1.   智能电能表结构原理

智能电能表系统主要由以下部分组成：电流采集电路，用于采集被测电流的信号；电压采集电路，用于采集被测电压的信号；计量芯片，用于测算电流和电压所采集的信号，从而获得使用者的有功功率、无功功率、功率因数、谐波畸变等数据信息；电源，为智能电能表提供电源；主控电路，负责收集、处理和分析计量芯片的数据；显示电路，将已知数据实时反馈给使用者，包括整个软件运行状况、用户信息和故障信息；时钟电路，用于保障整个系统的运行，确保数据的准确性和同步性；存储器，用于存储系统中的重要数据，以便后续数据查阅；脉冲输出信号，用于校准电能表数据；通信电路，是传送数据的渠道，实现远程数据采集和传输。

这些部分协同工作，使智能电能表能够准确测量电流和电压，并提供丰富的电能数据信息。智能电能表通过采集和处理这些数据，实现对电能使用情况的监测和管理，为能源消费者提供更加智能和高效的用电服务^[1]。

2.   智能电能表的应用分析

2.1   在工业用户中的应用

对某地区近几年工业用户智能电能表普及率进行调查，具体数据如图1所示。

图  1  2012—2022年某地区工业用户智能电能表普及率

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由图1可知，该地区2012年工业用户智能电能表的普及率为83%，2014年上升至85%，2016年为88%，2018年为91%，2020年为96%，2022年普及率达到了100%，实现了全面覆盖。

在工业领域中，智能电能表的应用较为成熟并领先于其他行业。工业用电量大且配电系统复杂，在应用智能电能表时有以下几个特点：

提高新能源用电。当下，我国大力推广屋顶光伏，这类发电系统往往会配备相应的智能电能表，对于工业用户而言，供电部门一般会在配电柜中配置智能电能表，通过电能表获取用户的用电情况，从而有效分析用户用电需求，能够和新能源系统有效联接，及时调节用户的新能源用电需求。

优化分布式能源。供电部门实时收集用户用电数据，分析用户用电情况，从而采取科学合理、安全适用的供电方案。

增强电力负荷预测能力。随着智能电能表普及率的提升，供电部门能够通过智能电能表获取用户的用电去向，及时汇总整理用电预计量，提高预测的准确度，从而有效应对高峰期的用电量，及时调整用电负荷。

提高故障处理水平。智能电能表能够实现数据实时更新，及时发现用电故障和异常情况，将相关信息传输至供电部门，有助于运维人员进行故障分析；因此，当出现故障时，智能电能表实时数据显示有助于提升处理故障的水平。

实现智能化管理。通过智能电能表采集用户实时用电数据，以此为基础监测用电设备的状况和能耗情况，更加详细地获取电力负荷情况，为编制用电计划提供最优方案，实现自动实施、跟踪、监测和评估用电情况，实现智能化、科学化管理^[2]。

2.2   在居民用户中的应用

对某地区近几年的居民用户智能电能表普及率进行调查，具体数据如图2所示。

图  2  2012—2022年某地区个体用户智能电能表普及率

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由图2可知，该地区2012年居民用户智能电能表的普及率为62%，2014年上升至71%，2016年为76%，2018年为85%，2020年为93%，2022年的普及率达到了100%，实现了全面覆盖。

居民用户有着用电少、电路简单的特点，更为重视电费费率、峰谷电显示和查看电费等功能。以2022年数据为例，某一地区已经实现智能电能表全覆盖应用，大大提高了抄表数据正确率和效率，主要有下面几个特征：

智能化用户管理。智能电能表对数据的反馈是实时的，供电部门能够准确掌握用电量，实现用户用电信息的高效反馈。利用反馈信息分析用户的用电需求，获取用户主要用电模型，分析电力损耗和电费情况，设计符合用户需求的用电方案。智能电能表也能够帮助用户了解个人用电情况，从而改善自身用电习惯^[3]。

重视用户用电质量。对居民用户用电数据进行实时监测，有助于智能电能表在出现故障时的实时分析处理，了解具体故障内容，将有关数据传送给主机。在发生紧急故障时，智能电能表可以通过切断电源的方式降低故障损失，并将不同等级的告警信息发送给主机。

建立健全智能家居。随着技术的发展和进步，智能电能表有助于促进电力双向沟通。在智能家居中，双向通信是电器设备共享数据和信息的基础，能够有效监测家居设备的信息和数据，通过数据监测和负荷管理，提高电能使用效果。

2.3   在反窃电方面的应用

对比其他的防窃电方式，智能电能表有着高准确度、宽频带、低能耗和高性能的特征，有着极为明显的优势，成为当前主流的防窃电方式。智能电能表存储、传输和监测数据都具备防窃电功能，这有助于分析过去运行数据和事件记录情况^[4]。

停电记录分析。大多数窃电用户都是通过断开电表闸，利用表计前端直接用电，这种窃电方式往往造成表计不计量，无法及时被用电系统收集和查看到用电信息，使得后台不能及时分析用电情况，反窃电有着较大难度。面对这种问题，智能电能表的近期停电记录数据是重要参考，能够分析出窃电时间。

开表盖记录分析。表计的开盖记录往往会在出厂前被清除，一般情况下，配送、安装和运行阶段都不会将表计开盖；因此，如果出现了开盖情况，大概率是因为设备被拆开过，导致出现计量不准的情况，存在窃电嫌疑。利用智能电能表历史数据，对近期开盖记录进行分析，若出现表计安装后有开盖的情况，则应及时校对验证设备。

记录数据分析。在运行过程中，表计出现的断相、失压、开盖和电流不均等异常情况都会被记成事件，这些异常情况一旦清除，就会形成记录痕迹。所谓需量清零和电量清零，就是表计在清零过程中形成的过程记录；而编程记录则是记录设置表计中有关数据的。这些记录主要包括操作前后数据信息，有操作前表计电量和需量数据，也有操作时的相关数据，还有操作时间和代码等信息。这些操作往往在表计出厂前完成，如果出厂后发现表计中有相关记录，则有窃电嫌疑。

电流分析。大部分单相智能电能表具备中性线电流记录功能，单相表计中的相线电流相当于中性线电流，如果发现非中性线电流，可认定为用电异常或疑似窃电。正常情况下，表计中性线电流和相线电流是相等的，如果二者不等则存在异常。

电量异常分析。智能电能表能够读取正向和反向电量数据，具备双向计量能力。一般用户只能消费电量，电能表记录其正向电量，除非出现进出线接反问题才能产生反向电量；因此，如果出现人为更改进出线情况，则可认定为疑似窃电。可读取智能电能表记录的近10日冻结正反向电量数据，通过不同时间的用电量对比，分析进出线是否接反。

智能电能表在反窃电过程中的应用非常广泛，为了深入分析其应用情况，笔者通过某一地区的窃电用户数据，分析其窃电过程中的电气接线和表计监测到的数据情况，可从图3可知，该用户主要是利用切断中性线，从其他设备中获得中性线，而将相线接入耗电设备来窃取电量。

图  3  中性线方式窃电

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从图4中可看到12 h内这一用户电能表数据，其中中性线电流数据和相线电流数据非常清晰。从10:00开始，出现中性线数据和相线数据不相等的情况，意味着从这一时间开始有疑似窃电行为，须专业人员到现场进行查看。

图  4  中性线电流与相线电流数据监测情况

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3.   智能电能表的运行维护

对供电公司来说，智能电能表关系到营销、客服、电费和计量等多个部门运作，需要各部门之间相互配合，明确任务，这样才能保障智能电能表的正常运行。此外，电能表的维护也需要多部门通力合作，重视跨部门的工作分工和协作是保障其正常运行的重点。

3.1   建立实时高效的信息传递平台

在智能电能表的维护中，建立健全信息管理制度是非常关键的，这就需要供电单位做好部门协调和分工，及时将部门信息资源整理汇总到信息管理平台上，方便运维人员收集基础信息，为维护工作作参考。须将涉及到电能表维护全部环节的部门纳入到平台中，及时反馈平台相关数据。另外，做好信息联网也是非常关键的，将计量中心相关数据联网到智能平台，有助于及时反馈故障情况和信息。

3.2   加强专业人才管理及储备

重视专业人才队伍建设和培养，通过定期考核、技能培训等方式强化工作人员的技术水平，为维护设备运行提供坚强的人才力量。相比传统的电能表，智能电能表有着更为复杂的维护管理要求，其范围广、难度大、涉及内容多，对人员的专业性有着更高要求。为了做好人才管理和培训，管理单位须做好人员的日常管理，定期开展技能培训，定时考核技能水平，真实掌握当前技术人员的技能情况，为后续可能出现的问题和不足做好基础准备工作。

3.3   实施标准化作业

完善工作内容，强化安全监督，切实增强智能电能表工作质量和效能。此外，强化企业管理，提高应急处置能力，避免突发情况导致的风险和危害，真正保障企业用电安全，维护企业利益。