胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：本文詳細(xì)的介紹預(yù)付費(fèi)電子電能表用途、特點(diǎn)、適應(yīng)范圍、結(jié)構(gòu)、原理及其性能。

關(guān)鍵詞：預(yù)付費(fèi)電子電能表，原理，性能

0 引言

鐵路電力計(jì)量是鐵路電力管理工作的重要內(nèi)容。隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，有著諸多缺點(diǎn)的機(jī)械電磁式電度表逐步在被淘汰，新型的預(yù)付費(fèi)電子電能表被大量的推廣和使用。在現(xiàn)階段在鐵路電力計(jì)量中使用廣泛是單相預(yù)付費(fèi)電子電能表。單相預(yù)付費(fèi)電子電能表是在普通單相電子式電能表基礎(chǔ)上增加了微處理器、IC卡接口和表內(nèi)跳閘繼電器構(gòu)成的。它通過(guò)IC卡進(jìn)行電能表電量數(shù)據(jù)以及預(yù)購(gòu)電費(fèi)數(shù)據(jù)的傳輸，通過(guò)繼電器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)欠費(fèi)跳閘功能，為解決抄表收費(fèi)問(wèn)題提供了有效的手段。

1 用途、特點(diǎn)和適應(yīng)范圍

應(yīng)用計(jì)算機(jī)管理，先購(gòu)電后用電；在額定電流范圍內(nèi)能限制上限使用功率(由供電部

門(mén)限定)；一表一卡，專卡專用，失卡不失電，補(bǔ)卡再用；電卡能雙向傳遞數(shù)據(jù)；能自動(dòng)斷電告警和用戶購(gòu)電；電量為零時(shí)，自動(dòng)拉閘斷電；并具有一定的防竊電軟件設(shè)計(jì)等。預(yù)付費(fèi)電子式電能表適用于頻率為50Hz或60Hz有功電能計(jì)量，安裝于室內(nèi)或室外表箱內(nèi)使用。適用于環(huán)境溫度為10-50，相對(duì)濕度不超過(guò)85，且周圍空氣中不應(yīng)有腐蝕性氣體，避免塵砂、鹽霧、凝露等影響。

2 基本原理

電能表由分壓器取得電壓采樣信號(hào)，分流器取得電流采樣信號(hào)，經(jīng)乘法器得到電壓電

流乘積信號(hào)，再經(jīng)頻率變換產(chǎn)生一個(gè)頻率與電壓電流乘積成正比的計(jì)數(shù)脈沖，通過(guò)分頻，驅(qū)

動(dòng)步進(jìn)電機(jī)計(jì)量電度。工作原理圖如下。

3 IC卡技術(shù)

在預(yù)付費(fèi)電能表中IC卡技術(shù)是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。IC卡是集成電路卡（Intergrated CircuitGard）的簡(jiǎn)稱。它將集成電路鑲在塑料卡片上。它與磁卡比較有接口電路簡(jiǎn)單、保密性好、不易損壞、存儲(chǔ)容量大、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。IC卡中的芯片分為不揮發(fā)的存儲(chǔ)器（也稱存儲(chǔ)卡）、保護(hù)邏輯電路（也稱加密卡）和微處理單元（也稱CPU卡）三種。在電能表上使用的卡，這三種都有，接口往往采用串行方式的接觸式卡。下面對(duì)各種卡的構(gòu)成特點(diǎn)及使用特點(diǎn)作簡(jiǎn)單介紹。

3.1存儲(chǔ)卡

大量使用的存儲(chǔ)卡中，可以分為以下3種。（1）只讀型。數(shù)據(jù)一次性寫(xiě)入存儲(chǔ)器不可更改，往往由ROM或PROM存儲(chǔ)器構(gòu)成，其價(jià)格非常低廉，但數(shù)據(jù)內(nèi)容不可改變，適用于游戲卡、特定標(biāo)識(shí)卡等。

（2）計(jì)數(shù)型。芯片采用熔絲式的電路或存儲(chǔ)單元鎖死的電路，單元初始狀態(tài)為1（未

熔斷或未鎖死），當(dāng)需要改寫(xiě)時(shí)，把相關(guān)單元熔絲燒斷，單元狀態(tài)變?yōu)?/span>0。計(jì)數(shù)卡簡(jiǎn)單可靠，

數(shù)據(jù)內(nèi)容不可改寫(xiě)，有很高的安全性，成本也較低；缺點(diǎn)是卡不可以改寫(xiě)，不能重復(fù)充值使

用。它適用于電話卡、加油收費(fèi)卡等。

（3）充值型。芯片采用電可擦除的存儲(chǔ)電路，可以重復(fù)改寫(xiě)多次（一般為1萬(wàn)次以上），

數(shù)據(jù)保持時(shí)間一般大于10年。它適用于卡的數(shù)據(jù)需要反復(fù)改寫(xiě)的場(chǎng)合，如收費(fèi)卡、公路卡

等。

3.2加密卡

加密卡由電可擦除存儲(chǔ)單元和密碼控制邏輯單元構(gòu)成，對(duì)于存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)受到邏

輯單元的控制不能任意進(jìn)行，需要先核對(duì)密碼后才可以操作，否則卡將被鎖死。這樣可以大大提高卡的安全保密性能。

加密卡中分主存儲(chǔ)區(qū)、保護(hù)存儲(chǔ)區(qū)、加密存儲(chǔ)區(qū)三部分。其中主存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)可以任意讀寫(xiě)。保護(hù)存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)可以任意讀出，但改寫(xiě)需要先送“檢驗(yàn)字"，芯片將檢驗(yàn)字與存在加密存儲(chǔ)區(qū)的密碼比較，當(dāng)檢驗(yàn)結(jié)果一致時(shí)，控制邏輯打開(kāi)存儲(chǔ)器，可以進(jìn)行寫(xiě)入。檢驗(yàn)字比較次數(shù)限定4次，如果連續(xù)4次檢驗(yàn)出錯(cuò)，芯片將鎖死，整個(gè)芯片只能讀出，不能再使用。加密存儲(chǔ)區(qū)為存放密碼和比較計(jì)數(shù)值的區(qū)域，此區(qū)域在校驗(yàn)字未比較成功前不能讀寫(xiě)。

3.3 CPU卡

在卡上集成了存儲(chǔ)器及微處理器。由于有了微處理器，CPU卡可以進(jìn)行各種較為復(fù)雜的運(yùn)算，而且從總線上直接進(jìn)行檢驗(yàn)字比較變?yōu)殚g接的卡的認(rèn)證和識(shí)別，排除了從總線上破

譯密碼的可能，安全性能有了很大提高。目前CPU卡已在金融卡中廣泛使用。IEC7S16國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)CPU卡的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)接口都有規(guī)定。

4 主要功能

（1）計(jì)量功能。計(jì)量有功電量，有功正向有功十反向有功。

（2）功率脈沖輸出。脈沖寬度80±5ms，空觸點(diǎn)輸出，同時(shí)有脈沖LED指示。

（3）負(fù)荷控制。具有超功率自動(dòng)斷電的負(fù)荷控制功能，可以設(shè)置功率限額以及允許次

數(shù)，當(dāng)平均功率大于限額后，電能表跳閘并顯示當(dāng)時(shí)的功率。使用用戶購(gòu)電卡插入電能表可

以恢復(fù)供電。但當(dāng)超功率跳閘次數(shù)超過(guò)設(shè)定的允許次數(shù)時(shí)，電能表將不可恢復(fù)供電，只有使

用了參數(shù)設(shè)置卡改變了功率限額后，才恢復(fù)供電。

（4）防竊電功能。具有自動(dòng)檢測(cè)短接電流回路的防竊電功能，當(dāng)短接進(jìn)出線時(shí)，電能

表顯示“O"并且記錄竊電次數(shù)。

（5）顯示。LCD顯示可以設(shè)置自動(dòng)及手動(dòng)（按鈕切換）方式顯示如下幾項(xiàng)數(shù)據(jù)：01：有功總電量；02：剩余電費(fèi)；03：費(fèi)率；04：剩余電費(fèi)報(bào)警限額；05：功率限額；06：允許過(guò)載跳閘次數(shù)；07：電能表常數(shù)；08：電能表編號(hào)。

（6）報(bào)警顯示。當(dāng)電能表自檢出現(xiàn)故障時(shí)，顯示：E1X X X X X——存儲(chǔ)器故障；E2X X X X X——繼電器故障；E3X X X XX——時(shí)鐘故障。

（7）預(yù)付費(fèi)功能。使用購(gòu)電卡可購(gòu)電量送入電能表，電能表按設(shè)定的費(fèi)率遞減，當(dāng)剩

余電費(fèi)小于設(shè)定的報(bào)警門(mén)X時(shí)，電能表跳閘，提醒用戶去購(gòu)電；此時(shí)插入購(gòu)電卡可以恢復(fù)供

電。當(dāng)剩余電費(fèi)小于0后，電能表將跳閘，直到購(gòu)電后才恢復(fù)供電。

5 安科瑞單相預(yù)付費(fèi)電能表在遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)中的應(yīng)用

5.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介

系統(tǒng)為B/S架構(gòu)，主要包括前端管理網(wǎng)站和后臺(tái)集抄服務(wù)，配合公司的預(yù)付費(fèi)電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計(jì)量箱ADF300L系列，實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量和電費(fèi)管理等功能。

5.2系統(tǒng)功能

AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)由云平臺(tái)-網(wǎng)關(guān)-預(yù)付費(fèi)電能表組成，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)到表的充值、查詢、監(jiān)控、控制及短信報(bào)警等功能。
??本系統(tǒng)適用于一些大集團(tuán)和大物業(yè)，往往需要將多個(gè)物業(yè)環(huán)境、分散于各地的物業(yè)集中式收費(fèi)和管理，面臨著數(shù)據(jù)公網(wǎng)傳輸，財(cái)務(wù)操作分散，在線支付，總部財(cái)務(wù)扎口等復(fù)雜的需求。

遠(yuǎn)程集中抄表：抄表信息通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)上傳到云平臺(tái)，快速便捷，免去人工抄表。

遠(yuǎn)程售電:財(cái)務(wù)集中管理，電量實(shí)時(shí)下發(fā)，并比對(duì)充值次數(shù)防止Z弊，方便快捷。

能耗分析:用戶和管理員都可查詢預(yù)付費(fèi)表或管控表每天的用能狀況；可提供能耗分析+財(cái)務(wù)軌跡一體式綜合管理報(bào)表，包含用戶表的能耗、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、能耗和財(cái)務(wù)的期初期末值等數(shù)據(jù)。

在線支付:商戶可以通過(guò)小程序或者微信公眾號(hào)實(shí)現(xiàn)在線自助充值水電費(fèi)，也可以實(shí)時(shí)關(guān)注商鋪用水用況。

短信提醒:金額不足或金額欠費(fèi)提醒、電表充值到賬提醒，都可及時(shí)短信通知商戶。

遠(yuǎn)程控制:可對(duì)任意一塊電表執(zhí)行遠(yuǎn)程拉閘或保電等一系列遠(yuǎn)程控制操作，方便管理。

5.3設(shè)備選型

參考文獻(xiàn)：

[1]張建芳.淺談單相預(yù)付費(fèi)電子電能表的功效[J].

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版.