WXRedian | CES电气 | 国网嘉兴供电公司龙鹏、揭业炜：一种状态可视化智能物联网电表箱的设计与应用

针对目前电表箱存在的通用式机械锁容易被外部人员打开，设备管理人员无法在第一时间获取相关信息，箱门长期未锁容易导致触电安全隐患、违约用电隐患等问题，国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司的龙鹏、揭业炜、彭斌在2024年第6期《电气技术》上撰文设计一种状态可视化智能物联网电表箱，可以实现通过手机端和后台对电表箱进行远程控制，在箱门被外部人员打开后发送报警信息给设备管理人员，以缩短箱门非正常打开时长，降低安全隐患，提高电表箱精细化管理水平，从而为用户提供更加优质的用电服务。

随着社会和科技的不断进步，客户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高。现有电表箱所配备的机械锁很容易被打开，导致以下问题：箱门处于异常打开状态、人身安全隐患、窃电隐患、箱门破损隐患、窗户破损隐患等。由于现有电表箱不具备自动报警功能，致使管理人员无法在第一时间发现上述问题，进而可能产生一系列不良后果。因此，为了提高电表箱的安全可靠性和管理水平，更好地满足客户用电需求，本文从服务用户和电表箱系统化管理的角度出发，设计一种状态可视化智能物联网电表箱，以解决上述问题。

1 现状概况

随着小区电力设备投运年限的增长，越来越多老旧小区的电表箱呈现出配置质量低、运行状态差、损坏情况多等问题，严重影响电量计量质量与电表箱管理工作。经调查浙江某区域不同年限小区电表箱的运行状况发现，不同年限的小区均存在不同程度的电表箱损坏现象，包括箱体损坏、锁孔失灵、电表裸露运行等情况。不同年限小区电表箱受损率见表1。

该辖区内电表箱老旧的小区数量较多，运维班组的工作压力较大。传统的电表箱需要人工巡视才能得到其现场实际运行信息，随着小区数量的增多，所需人力成本逐年增加。

表1 某区域不同年限小区电表箱受损率

同时，随着工作量的增加，工作质量呈现下降趋势，严重影响电表箱的精益化管理，从而降低用户“电力获得感”。

2 问题分析

2.1 电表箱运维人员的角度

目前，城市聚集区商品房小区居住人口多，每个管理网格内的小区数量多，电表箱数量巨大，仅依靠人工进行巡视很难实现全覆盖，存在问题的电表箱无法在第一时间被发现并得到有效处理。农村区域虽然电表箱数量相对较少，但是村落之间距离相对较远，给巡视造成一定的难度，问题的解决存在时间上的滞后性。

2.2 用电客户的角度

客户是电力的消费者，当电表箱存在问题时，会对客户的正常生活造成影响，如电表箱破损、箱门锁损坏等会导致人员误碰带电部位等安全隐患。如果损坏的电表箱没有在第一时间被电力公司人员修复，就需要客户报修，从而给用户带来不好的用电体验。

2.3 施工单位的角度

在前期建设施工阶段，如何降低建造成本、提高施工效率是施工单位较为关心的问题，因此在提升电表箱智能水平的同时，要确保施工工艺不能过于复杂，还要确保新型电表箱成本不能高于现有电表箱成本太多。

3 解决方案

基于电表箱现况和上述问题分析结果，借鉴冷藏快递柜和智能快递柜的设计思路，本文设计一种状态可视化智能物联网电表箱。通过对原有电表箱进行升级实现自动开锁、网络连接的功能，手机移动端可以对电表箱进行控制，后台负责数据收集、管理、分析，并建立相关台账，实现对电表箱的精细化管理。根据功能模块细化为门锁装置方案、电源系统方案、应急开锁方案、通信控制模块方案和软件系统方案五个部分，具体如图1所示。

3.1 门锁装置方案

门锁装置主要是解决电表箱箱门开关控制的问题，需满足以下条件：反应灵敏精确，响应时间小于2s；价格低廉，成本小于15元；不易损坏，可开合次数大于10000次。对比常见的伸缩弹簧式锁和旋转机械锁，其开锁时间对比如图2所示。

图1 状态可视化智能物联网电表箱分解方案

图2 开锁时间对比

根据价格和开锁时间最终选择伸缩弹簧式锁。伸缩弹簧式锁控制原理如图3所示。

图3 伸缩弹簧式锁控制原理

3.2 电源系统方案

电源系统主要用于门锁、通信等的电能供应，需要满足以下条件：能够可靠稳定供电，更换周期大于10个月；体积小，长、宽、高均小于5cm；价格低廉，成本小于20元。对比220V/12V变压器、12V/2.6A∙h蓄电池、23A/12V干电池三种方案，更换周期对比如图4所示。

图4 更换周期对比

根据价格和更换周期最终选择220V/12V变压器供电方案。220V/12V变压器供电原理如图5所示。

图5 220V/12V变压器供电原理

3.3 应急开锁方案

在电源系统断电情况下，需要进行应急开锁。应急开锁方案需要满足以下条件：通用性强，所有电表箱可通用；价格低廉，成本低于5元。通过对比机械式应急锁和外接应急电源两种方案，最终选择外接应急电源方案。应急电源可以随身携带，可在任意一个电表箱断电时进行连接，从而实现应急开锁。

3.4 通信控制模块方案

通信控制模块用于门锁与前端和后台的信息交互，需要满足以下条件：可以实现门锁与前端和后台的通信；门锁与前端的通信距离大于1m；门锁、前端与后台的通信距离无限远。对比蓝牙通信、公网通信、电力无线专网通信三种方案，由于蓝牙无法实现远距离通信，电力无线专网运营区域有限，最终选择公网通信方案。公网通信控制模块实物如图6所示。

图6 公网通信控制模块实物

3.5 软件系统方案

软件系统方案主要是针对手机端和后台实现对电表箱的开关、信息收集和管理，需要具备以下条件：实现对电表箱的开关控制；收集电表箱打开的地点、时间、人员信息；建立电表箱信息台账。软件系统方案如图7所示。

图7 软件系统方案

3.6 整体方案

基于5个分模块的方案设计，状态可视化智能物联网电表箱整体设计方案如图8所示。通过实物制作，状态可视化智能物联网电表箱门锁控制模块实物如图9所示。

图8 状态可视化智能物联网电表箱整体设计方案

图9 状态可视化智能物联网电表箱门锁控制模块实物

4 应用分析

4.1 降低隐患概率

为了验证方案可行性，进一步优化方案实效，在3个小区进行实际应用，状态可视化智能物联网电表箱可以实现APP无线开锁、异常开锁报警、信息收集等功能。APP控制界面如图10所示。

图10 APP控制界面

当电表箱被异常打开时，设备管理人员会在第一时间收到报警信息，掌握电表箱状态，并及时赶赴现场处理存在问题的电表箱，以确保能在最短的时间内解决问题，从而实现所有电表箱处于可控、在控状态，大幅降低因电表箱箱门长期未关等问题导致的安全事故发生概率。报警信息截图如图11所示。

图11 报警信息截图

4.2 提升管理水平

通过建立所有箱门开关记录信息台账，可以实时掌握管理区域内所有电表箱的状态，实现状态可视化管理，提升电表箱精细化管理水平。对电表箱箱门打开和关闭时间进行分析，可以得出不同网格区域隐患消缺及时率，对处理不及时的网格管理人员进行培训督促，从而提升电表箱的问题、隐患处理时效。电表箱箱门开关信息台账界面如图12所示。

图12 电表箱箱门开关信息台账界面

4.3 试运行结果

经过3个月的试点应用，电表箱箱门被异常打开的次数较之前大大下降，箱门被异常打开后可以得到100%精准消缺，大幅提升了用户用电安全水平。试点前后电表箱打开次数对比见表2。

表2 试点前后电表箱打开次数对比

从试点运行结果分析可知，状态可视化智能物联网电表箱可以有效解决该区域以往存在的问题，具有应用推广价值。

5 结论

状态可视化智能物联网电表箱解决了传统电表箱周期巡视工作量大、无法远程控制等问题，可以满足电表箱的精细化管理需求，有效地提高了电表箱的管理效率，降低了电表箱被外部人员打开的概率，进一步提升了服务客户最后一公里的基础设施建设水平，同时降低了因电表箱箱门未锁而产生触电、违约用电等问题的概率，保障了用户安全用电的良好环境，提升了用户的“电力获得感”。

本工作成果发表在2024年第6期《电气技术》，论文标题为“一种状态可视化智能物联网电表箱的设计与应用”，作者为龙鹏、揭业炜、彭斌。

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