第一講：全面剖析智能電表結(jié)構(gòu)和原理

近年來，智能電網(wǎng)(Smart Grid)的建設(shè)規(guī)模空前，已經(jīng)是我國電力行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。智能電表作為智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，它的發(fā)展對于智能電網(wǎng)的壯大具有不可替代的作用。下面是智能電表的一些基本知識，包括智能電表的結(jié)構(gòu)分類、工作原理和特點(diǎn)等，從中你還可以了解到智能電表能帶給用戶的哪些好處，其智能關(guān)鍵表現(xiàn)在哪些方面？

一、智能電表的定義

所謂智能電表，就是應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)等，形成以智能芯片（如CPU）為核心，具有電功率計量計時、記費(fèi)、與上位機(jī)通訊、用電管理等功能的電度表。

智能電表通過用戶交費(fèi)對智能IC卡充值并輸入電表中，電表才能供電，表中電量用完后自動拉閘斷電，從而有效地解決上門抄表和收電費(fèi)難的問題。并對用戶的購電信息實(shí)行微機(jī)管理，方便進(jìn)行查詢、統(tǒng)計、收費(fèi)及打印票據(jù)等。

二、智能電表的結(jié)構(gòu)分類

目前，國內(nèi)智能電度表從結(jié)構(gòu)上大致可分為機(jī)電一體式和全電子式兩大類。機(jī)電一體式，即在原機(jī)械式電度表上附加一定的部件，使其既能完成所需功能，又能降低造價且易于安裝，一般而言其設(shè)計方案是在不破壞現(xiàn)行計量表原有物理結(jié)構(gòu)，不改變其國家計量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上加裝傳感裝置變成在機(jī)械計度的同時亦有電脈沖輸出的智能電表，全電子式則從計量到數(shù)據(jù)處理都采用以集成電路為核心的電子器件，從而取消了電表上長期使用的機(jī)械部件，與機(jī)電一體化電度表相比具有電表體積減小，可靠性增加，更加精確，耗電量減少，并且生產(chǎn)工藝大大改善，不必只在原有意義上的專業(yè)電度表廠生產(chǎn)等優(yōu)越性，最終會取代帶有機(jī)械部件的計量表。

1、機(jī)電一體式的電度表

第一類機(jī)電結(jié)合的電度表，是在原有的機(jī)械表的基礎(chǔ)上，加裝電子式計數(shù)裝置和相應(yīng)的控制、通訊電路，或加上IC卡讀寫接口以實(shí)現(xiàn)自動計量計費(fèi)和控制；其基本結(jié)構(gòu)是在原有機(jī)械電度表的轉(zhuǎn)盤上打孔或涂（貼）上能吸收光線的材料。這類電度表由于其計量原理沒有改動，其計量精度和特性與機(jī)械表完全一樣，而成本相對較高，其優(yōu)勢在于能充分利用現(xiàn)已安裝使用中的大量的機(jī)械電度表，且其計量原理為大眾所熟悉而容易接受。

另一類機(jī)電結(jié)合的電度表則是采用電子式計量電路在獲得數(shù)字式脈沖信號后，通過微型電機(jī)驅(qū)動字碼轉(zhuǎn)輪得到電能計數(shù) 值，這種結(jié)構(gòu)是最簡潔可行的電子式電度表的方案，但遺憾的是其對計量電路的要求較高，即要求所有的表都按一個固定的比例將電能值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)數(shù)量的數(shù)字脈沖，才能按正確的速度驅(qū)動微電機(jī)以轉(zhuǎn)動字輪。這個比例就是所謂的電表常數(shù)（imp/kWh），由于電路中所用的決定脈沖速度的定時元件大都是參數(shù)離散性較大的阻容元件，為了保證電度表的計量精度和產(chǎn)品的一致性，就必須在生產(chǎn)過程中加強(qiáng)對元件的篩選和對半成品的調(diào)校，也就是說要增加相應(yīng)的人力物力的投入并要延長生產(chǎn)周期，從而使電度表的生產(chǎn)費(fèi)用和成本有所增加。另外這種結(jié)構(gòu)的電度表在數(shù)據(jù)收集和用戶繳費(fèi)方式上與老式的機(jī)械表沒什么區(qū)別，應(yīng)屬淘汰產(chǎn)品。

2、全電子式電度表

當(dāng)前電子式電能表對用戶用電采樣方式主要有兩種形式。一種是用互感器采樣，另一種為直接采樣。采用互感器采樣即利用電壓互感器和電流互感器分別來采集用戶的電壓信號和電流信號；直接采樣則是用熱穩(wěn)定性高的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)來取得電壓信號，而用電阻溫度系數(shù)非常小的錳銅片進(jìn) 行電流直接采樣。采用互感器采樣，在起動電流、線性范圍、功耗和精度等指標(biāo)皆不如直接采樣，尤其是小電流時更為突出。 例如：額定電流為20A時，直接采樣的啟動電流為20mA，互感器采樣的啟動電流為40 mA。又如：采用專用的錳銅片進(jìn)行直接電流采樣的全電子電能表誤差可調(diào)整到+0.5％，而采用電流互感器采樣，由于激磁電存在，若不采取補(bǔ)償措施，互感器本身誤 差就可能超過5％。利用互感器采樣的的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性較強(qiáng)，線路簡單，成本低。

全電子式電能表

三． 智能電表的工作原理和特點(diǎn)

1. 智能電表的工作原理

用戶持IC卡到供電部門交款購電，供電部門用售電管理機(jī)將購電量寫入IC卡中，用戶持IC卡在感應(yīng)區(qū)刷非接觸式IC卡（簡稱刷卡，下同），即可合閘供電，供電后將卡拿走。當(dāng)表內(nèi)剩余電量等于報警電量時，拉閘斷電報警（或蜂鳴器報警），此時用戶在感應(yīng)區(qū)刷卡即可恢復(fù)供電；當(dāng)剩余電量為零時，自動拉閘斷電，用戶必須再次持卡交費(fèi)購電，才可以恢復(fù)用電。

電子式智能電表，是在電子式電表的基礎(chǔ)上，近年來開發(fā)面世的高科技產(chǎn)品，它的構(gòu)成、工作原理與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表有著很大的差別。而電子式智能電表主要是由電子元器件構(gòu)成，其工作原理是先通過對用戶供電電壓和電流的實(shí)時采樣，再采用專用的電能表集成電路，對采樣電壓和電流信號進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出，最后通過單片機(jī)進(jìn)行處理、控制，把脈沖顯示為用電量并輸出。

通常我們把智能電表計量一度電時A/D轉(zhuǎn)換器所發(fā)出的脈沖個數(shù)稱之為脈沖常數(shù)，對于智能電表來說，這是一個比較重要的常數(shù)，因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換器在單位時間內(nèi)所發(fā)出脈沖數(shù)個的多少，將直接決定著該表計量的準(zhǔn)確度。目前智能電表大多都采用一戶一個A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計原則，但也有些廠家生產(chǎn)的多用戶集中式智能電表采用多戶共用一個A/D轉(zhuǎn)換器，這樣對電能的計量只能采用分時排隊來進(jìn)行，勢必造成計量準(zhǔn)確度的下降，這點(diǎn)在設(shè)計選型時應(yīng)該注意。

智能電表的工作特點(diǎn)

智能電表不只采用了電子集成電路的設(shè)計，再加上具有遠(yuǎn)傳通信功能，可以與電腦聯(lián)網(wǎng)并采用軟件進(jìn)行控制，因此與感應(yīng)式電表相比，智能電表不管在性能還是操作功能上都具有很大的優(yōu)勢。

（1）功耗：由于智能電表采用電子元件設(shè)計方式，因此一般每塊表的功耗僅有0·6w~0·7w左右，對于多用戶集中式的智能電表，其平均到每戶的功率則更小。而一般每只感應(yīng)式電表的功耗為1·7w左右。

（2）精度：就表的誤差范圍而言，2·0級電子式電能表在5%~400%標(biāo)定電流范圍內(nèi)測量的誤差為±2%,而且目前普遍應(yīng)用的都是精確等級為 1·0 級，誤差更小。感應(yīng)式電表的誤差范圍則為+0·86%~-5·7%,而且由于機(jī)械磨損這種無法克服的缺陷，導(dǎo)致感應(yīng)式電能表越走越慢，最終誤差越來越大。國家電網(wǎng)曾對感應(yīng)式電表進(jìn)行抽查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)50%以上的感應(yīng)式電表在用了5年以后，其誤差就超過了允許的范圍。

（3）過載、工頻范圍：智能電表的過載倍數(shù)一般能達(dá)到6~8倍，有較寬的量程。目前8~10倍率的表成正為越來越多用戶的選擇，有的甚至可以達(dá)到20倍率的寬量程。工作頻率也較寬，在40HZ~1000HZ范圍。而感應(yīng)式電表的過載倍數(shù)一般僅為4倍，且工作頻率范圍僅為45~55HZ之間。

（4）功能：智能電表由于采用了電子表技術(shù)，可以通過相關(guān)的通信協(xié)議與計算機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，通過編程軟件實(shí)現(xiàn)對硬件的控制管理。因此智能電表不僅有體積小的特點(diǎn)，還具有了遠(yuǎn)傳控制、復(fù)費(fèi)率、識別惡性負(fù)載、反竊電、預(yù)付費(fèi)用電等功能，而且可以通過對控制軟件中不同參數(shù)的修改，來滿足對控制功能的不同要求，而這些功能對于傳統(tǒng)的感應(yīng)式電表來說都是很難或不可能實(shí)現(xiàn)的。

四、智能電表帶給用戶的好處

智能電表較普通機(jī)械式電能表有著計量更精準(zhǔn)、智能扣費(fèi)、電價查詢、電量記憶、余額報警、信息遠(yuǎn)程傳送的優(yōu)勢。

對電力公司而言，采用智能電表可省去人工抄表的成