淺談單相預付費電能表的功能及其在預付費系統中的應用

胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：本文詳細的介紹預付費電子電能表用途、特點、適應范圍、結構、原理及其性能。

關鍵詞：預付費電子電能表，原理，性能

0 引言

鐵路電力計量是鐵路電力管理工作的重要內容。隨著時代的發展和科技的進步，有著諸多缺點的機械電磁式電度表逐步在被淘汰，新型的預付費電子電能表被大量的推廣和使用。在現階段在鐵路電力計量中使用廣泛是單相預付費電子電能表。單相預付費電子電能表是在普通單相電子式電能表基礎上增加了微處理器、IC卡接口和表內跳閘繼電器構成的。它通過IC卡進行電能表電量數據以及預購電費數據的傳輸，通過繼電器自動實現欠費跳閘功能，為解決抄表收費問題提供了有效的手段。

1 用途、特點和適應范圍

應用計算機管理，先購電后用電；在額定電流范圍內能限制上限使用功率(由供電部

門限定)；一表一卡，專卡專用，失卡不失電，補卡再用；電卡能雙向傳遞數據；能自動斷電告警和用戶購電；電量為零時，自動拉閘斷電；并具有一定的防竊電軟件設計等。預付費電子式電能表適用于頻率為50Hz或60Hz有功電能計量，安裝于室內或室外表箱內使用。適用于環境溫度為10-50，相對濕度不超過85，且周圍空氣中不應有腐蝕性氣體，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，分流器取得電流采樣信號，經乘法器得到電壓電

流乘積信號，再經頻率變換產生一個頻率與電壓電流乘積成正比的計數脈沖，通過分頻，驅

動步進電機計量電度。工作原理圖如下。

3 IC卡技術

在預付費電能表中IC卡技術是一個關鍵技術。IC卡是集成電路卡（Intergrated CircuitGard）的簡稱。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單、保密性好、不易損壞、存儲容量大、壽命長等特點。IC卡中的芯片分為不揮發的存儲器（也稱存儲卡）、保護邏輯電路（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。下面對各種卡的構成特點及使用特點作簡單介紹。

3.1存儲卡

大量使用的存儲卡中，可以分為以下3種。（1）只讀型。數據一次性寫入存儲器不可更改，往往由ROM或PROM存儲器構成，其價格非常低廉，但數據內容不可改變，適用于游戲卡、特定標識卡等。

（2）計數型。芯片采用熔絲式的電路或存儲單元鎖死的電路，單元初始狀態為1（未

熔斷或未鎖死），當需要改寫時，把相關單元熔絲燒斷，單元狀態變為0。計數卡簡單可靠，

數據內容不可改寫，有很高的安全性，成本也較低；缺點是卡不可以改寫，不能重復充值使

用。它適用于電話卡、加油收費卡等。

（3）充值型。芯片采用電可擦除的存儲電路，可以重復改寫多次（一般為1萬次以上），

數據保持時間一般大于10年。它適用于卡的數據需要反復改寫的場合，如收費卡、公路卡

等。

3.2加密卡

加密卡由電可擦除存儲單元和密碼控制邏輯單元構成，對于存儲區數據的讀寫受到邏

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

加密卡中分主存儲區、保護存儲區、加密存儲區三部分。其中主存儲區數據可以任意讀寫。保護存儲區數據可以任意讀出，但改寫需要先送“檢驗字"，芯片將檢驗字與存在加密存儲區的密碼比較，當檢驗結果一致時，控制邏輯打開存儲器，可以進行寫入。檢驗字比較次數限定4次，如果連續4次檢驗出錯，芯片將鎖死，整個芯片只能讀出，不能再使用。加密存儲區為存放密碼和比較計數值的區域，此區域在校驗字未比較成功前不能讀寫。

3.3 CPU卡

在卡上集成了存儲器及微處理器。由于有了微處理器，CPU卡可以進行各種較為復雜的運算，而且從總線上直接進行檢驗字比較變為間接的卡的認證和識別，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國際標準中，對CPU卡的結構、數據接口都有規定。

4 主要功能

（1）計量功能。計量有功電量，有功正向有功十反向有功。

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

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

數，當平均功率大于限額后，電能表跳閘并顯示當時的功率。使用用戶購電卡插入電能表可

以恢復供電。但當超功率跳閘次數超過設定的允許次數時，電能表將不可恢復供電，只有使

用了參數設置卡改變了功率限額后，才恢復供電。

（4）防竊電功能。具有自動檢測短接電流回路的防竊電功能，當短接進出線時，電能

表顯示“O"并且記錄竊電次數。

（5）顯示。LCD顯示可以設置自動及手動（按鈕切換）方式顯示如下幾項數據：01：有功總電量；02：剩余電費；03：費率；04：剩余電費報警限額；05：功率限額；06：允許過載跳閘次數；07：電能表常數；08：電能表編號。

（6）報警顯示。當電能表自檢出現故障時，顯示：E1X X X X X——存儲器故障；E2X X X X X——繼電器故障；E3X X X XX——時鐘故障。

（7）預付費功能。使用購電卡可購電量送入電能表，電能表按設定的費率遞減，當剩

余電費小于設定的報警門X時，電能表跳閘，提醒用戶去購電；此時插入購電卡可以恢復供

電。當剩余電費小于0后，電能表將跳閘，直到購電后才恢復供電。

5 安科瑞單相預付費電能表在遠程預付費系統中的應用

5.1系統簡介

系統為B/S架構，主要包括前端管理網站和后臺集抄服務，配合公司的預付費電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計量箱ADF300L系列，實現電能計量和電費管理等功能。

5.2系統功能

AcrelCloud-3200預付費水電云平臺由云平臺-網關-預付費電能表組成，通過通信網絡完成系統到表的充值、查詢、監控、控制及短信報警等功能。
??本系統適用于一些大集團和大物業，往往需要將多個物業環境、分散于各地的物業集中式收費和管理，面臨著數據公網傳輸，財務操作分散，在線支付，總部財務扎口等復雜的需求。

遠程集中抄表：抄表信息通過網關實時上傳到云平臺，快速便捷，免去人工抄表。

遠程售電:財務集中管理，電量實時下發，并比對充值次數防止Z弊，方便快捷。

能耗分析:用戶和管理員都可查詢預付費表或管控表每天的用能狀況；可提供能耗分析+財務軌跡一體式綜合管理報表，包含用戶表的能耗、財務數據、能耗和財務的期初期末值等數據。

在線支付:商戶可以通過小程序或者微信公眾號實現在線自助充值水電費，也可以實時關注商鋪用水用況。

短信提醒:金額不足或金額欠費提醒、電表充值到賬提醒，都可及時短信通知商戶。

遠程控制:可對任意一塊電表執行遠程拉閘或保電等一系列遠程控制操作，方便管理。

5.3設備選型

參考文獻：

[1]張建芳.淺談單相預付費電子電能表的功效[J].

[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.