预付费电表的发展历程及技术热点

高杰 关慧娜

【摘要】本文主要介绍了预付费电表在中国的成长历程，分析了采用预付费电表给电力公司和供电管理部门带来的变革，描述了中国使用的预付费电表所具备的主要功能，分析了和预付费电表相关的一些技术热点，对未来预付费电表的市场进行了预期。

一、预付费电表在中国的成长历程

众所周知，预付费电表在中国的发展历史不过20余年左右的时间，而真正实现国产化并开始大面积推广使用也不过是近十年来的事情。使用的电表类型由最早的机电式预付费电表逐步发展为现在的全电子式预付费电表;采用的预付费方式更是各种各样，投币、代码交换、IC卡、电钥匙、存储钮扣、红外方式等等;表计相关的性能和功能更是逐步完善，日新月异。

中国最早的预付费电表的应用可以追溯到八十年代初，当时的东北电管局为了解决收费困难的问题，投入大量资金从国外进口了一批投币式预付费电表给用户安装。推广过程中，曾有人发出警告：由于投币口向用户开放，所以存在着用户作弊偷电的可能，但也有领导和专家认为，如果用户向投币箱中投其它东西偷电的话，年底管理部门开箱收币时，可以发现异物并给以处罚。而事实上有的用户将冰冻成币状投入电表，结果电被用了，钱却没收回来，最后电业部门不得不将耗费巨资安装的投币式预付费电表全部拆除，损失巨大。预付费投币电度表就此退出市场。

到了九十年代初，IC卡技术的进步推动了预付费电表的发展。当时的第一代预付费电表为机电结合式IC卡预付费电表，采用的还是存储器卡，连电子显示器也没有，剩余电量的多少是通过一排发光二极管指示的;但由于能还好地解决困扰电业局多年的伙表纠纷问题和收费难的问题，很快就在天津地区、东北地区得到了普及。

到了1997年，北京市城网的一户一表改造工程（9950工程），由北京电力局与预付费表生产厂家进行了方案论证，确定了北京市的户表改造方案的预付费电表方案，北京城网开始大规模使用预付费电表，对全国预付费电表的广泛使用起到了极大地推动作用。

到了1999年，国家电力公司向系统内的电力企业发出了通知，明确提出：在城乡居民一户一表改造工程中，不宜选用IC卡预付费电表。当时，此通知的发布也是不无道理的，有些专家学者针对IC卡预付费电表提出了的安全性的质疑，并列举了多种通过IC卡口对预付费电表进行攻击的手段以及IC卡的破译手段。面对技术难题，很多地区纷纷停止了刚刚启动的预付费电表项目。但是北京的户表改造工程选择了迎难而上，在一户一表指挥中心的带动下，联合各厂家组成了北京一户一表工程表计联合设计小组，攻克技术难题，成功地设计出了卡口防攻击的电路，并推出了中国首款CPU卡的预付费电表，从而又一次推动了预付费在中国的发展。

2001年，经过两年多的工作，中国的预付费电表国家标准《预付费售电系统》发布了，该标准包含了三个部分：第1部分《总则》（GB/T18460.1-2001），第2部分《介质管理》（GB/T18460.2-2001），第3部分《IC卡预付费电能表》（GB/T18460.3-2001）。该标准和原机械行业标准《预付费电度表》（JB/T 8382-1996）相比，无论在功能上还是在性能上的要求都有了很大的提高。可以说该标准的诞生对预付费电表的发展又一次起到了积极的推动作用。

2008年国家电网制定预付费表的技术规范，2009年进行统一招标，标志着预付费电度表进入新的发展时期。

在中国预付费电表的发展过程中，影响较大的工程有北京市的“一户一表”工程和天津市的“一户一表”工程。截至2004年底，北京市的“一戶一表”工程共安装了400万只单、三相预付费电表，天津市的“一户一表”工程共安装了300万只单、三相预付费电表。其他有影响的工程由南京、重庆、辽源、安徽、新疆等。

二、采用预付费电表给电力公司和供电管理部门带来的变革

1.改变了传统的抄表和收费模式

现行抄表收费管理模式有以下几种：

（1）人工抄表收费方式：为用户安装普通计量仪表，按固定的时间由管理人员上门抄表和收费。需要管理人员多，工作量大;优点是计量仪表成本低，采用付费方式容易被用户接受，基本不存在用户能源被切断问题。

（2）抄表器抄表方式：抄表员拿着抄表器到现场接收抄表数据，回到营业所将数据自动传输到电脑收费系统，完成抄表工作。此方式主要适用于电表分散区域，如郊区，农村。

（3）自动抄表收费方式：为用户安装具有通讯能力的计量仪表，通过通讯网络系统自动完成用户计量仪表的数据抄收，再通过金融网点方式以自动或人工方式完成缴费。这种方式技术难度高，通讯网络建设及维护成本大;优点是自动化程度高，节省人力，并很容易实现系统的实时监控，也可以进行远程切断用户能源的操作。

（4）预付费收费方式：为用户安装预付费电表，通过IC卡作为传输介质，在用户和管理部门之间传输信息，自动实现计量仪表的抄收以及缴费工作。这种方式成本较高，信息传输不及时，同时让用户充当了信息通道的角色，未体现管理部门服务的宗旨。优点是实现了抄表、收费、控制的三位一体，彻底杜绝了欠费现象的发生，管理人员和管理费用少。

在发达国家：以人工或自动抄表收费方式为主。原因是金融业高度发达，发生欠费的情况较少，同时管理部门有资金实力可以建立抄表网络系统，具有较强的自动化管理水平。在发展中国家：人工抄表收费方式和预付费收费方式并存。原因是人口众多，人工管理方式已逐渐无法管理，而管理部门还不具备资金和技术实力推行网络化的自动抄表收费管理系统，金融业的发展已经初具规模，预付费收费方式恰好成为较佳的选择，既可以实现电表数据的抄读，也避免了欠费，可以说是一举两得。

2.提高了电力公司的整体水平

伴随着预付费电表的推广，供电公司的整体水平也得到提高。供电公司必须建立一套人马，熟悉计算机操作，掌握智能卡密钥的发行和分配，和银行和营业网点之间建立可靠的网络连接，有能力维护拥有数百万用户的数据库，及时有效地处理用户故障，提供多种售电的模式以及网络查询的便利等等，把电力公司的信息化建设和管理水平提高到了一个新的层次，这在传统的人工抄表时期是无法做到的。

三、预付费电表主要功能分析

（1）用电控制功能：当用户购电量或购电金额用完时，自动切断用户用电;当用户购买新的电量或金额后，输入到电表中之后可以恢复供电。

（2）显示功能：可以清晰地显示用户的用电量和剩余电量或剩余金额等信息，便于用户使用。

（3）报警功能：当用户预付费电表中所剩电量小于报警电量时，能够给予声或光的报警提示，以便用户尽快购电。

（4）返读功能：用户每次将电卡插入预付费电表后，电表将自动把用电信息回写到电卡中，以供售电管理系统查询。

（5）补卡功能：当用户购电卡丢失时，可以通过售电网络为用户补发电卡。

（6）透支功能：当电表中的剩余电量或剩余金额用尽后，可以插卡启动透支功能，允许用户在紧急的情况下继续使用一定的电量。

（7）检查功能：售电网络可以发行检查卡，定期对用户预付费电表运行情况进行检查。

（8）自检功能：电表应能在运行过程中进行故障自检，发现故障时进行提示，便于供电管理部门及时排查。

（9）超负荷控制功能：电表应能检测到用户是否在超负荷用电，超负荷时应能切断用户的供电;用户插卡后应能恢复供电。

（10）通讯功能：售电部门可以通过建立一定的数据通讯信道，对居民使用的电表中的运行数据及时进行抄收。

四、预付费电表的技术热点

1.安全性问题

安全性问题是预付费电表的一个最重要的问题，也是电力公司最关心的问题。所谓道高一尺，魔高一丈，安全永远是相对的，没有绝对的安全，现在安全也并不等于能永远安全，就像世界上的任何事物的矛盾永远存在的规律是一样的，一旦你采用了预付费电表，安全性问题就会永远存在。

预付费电表系统的安全性，一方面肯定要靠管理，严厉打击各种窃电行为，另一方面必须靠技术来保证，也就是说预付费方案必须在一段时间内具备足够的安全机制，同时还应随着技术的发展，不断地改进和升级换代。

CPU卡，从应用角度上讲，在很大程度上比存储卡和加密卡提供了更多的安全机制，但也应密切關注其安全性。

首先，计算机的速度越来越快，网络功能日益强大，由于CPU卡使用的加密算法绝大多数都是公开的，集群破解一组密钥所需的时间也越来越短。其次，即使采用了CPU卡作为介质，也可以通过卡口捕获其进行安全认证的全过程，分析后进行破解，在适当时候将非法的数据输入电表中。因此，首先必须制定一套严谨周密的设计方案，增加破译的难度，其次电表中对每次交易的数据要记录，售电系统应具备进行异常分析和统计的功能。

2.卡口防攻击问题

卡接口的安全性，采用接触式还是非接触式的IC卡？非接触式的安全性优于接触式的接口，且没有机械磨损，是最佳的选择，但成本较高。采用接触式的接口，必须加防攻击的电路，保证能抵御来自外界的一定程度的攻击。

3.断电装置的选择

预付费电表中，断电装置是一个关键部件。早期的预付费电表往往采用的是继电器，有人就采用大电流将继电器的触电烧融结，使之无法断电。因此，断电装置一定要采用可靠的脱扣开关或断路器。

4.电价调整的问题

预付费电表在使用过程中，由于政策性电价上涨调整，会导致用户在调整前期形成抢购电量的短暂现象;同时预售的电量，当遇到电价调整后将会造成电费的损失。因此，预付费电表在设计上应考虑电价调整后的对策，一般有以下几种对策：（1）设计限购电量，限制用户囤积电量;（2）采用金额方式，电价调整后将新的电价下装到电表中。

5.多费率电表的预付费问题

多费率预付费电表由于无法预先知道各费率的用电量，因此无法实现按电量进行预售，因此针对拟实行分时电价政策的预付费管理模式需采用金额的方式控制用电。

6.预付费电表的抄表问题

预付费电表本身的数据传输介质IC卡，已是一种抄表方式，但是无法完全满足用电监管的需要，需要新的配套抄表方式，例如红外抄表，485抄表，电力线载波等自动抄表等等。

7.预付费电表的换表问题

预付费电表由于故障而需要换表时，表内的用电数据和设置的参数如何传递到新表中。另外，用户搬迁时如何将电表中的剩余电量返还给用户。因此，预付费电表在设计时应考虑换表时对表内数据的处理问题。

8.售电系统的便利性问题

预付费电表的售电系统应便于用户就近购电，随时购电的需要，因此应充分利用银行和邮局营业网点多，发展代收电费和充值的业务。

同时，应设立自主购电设备，24小时售电，还应开设网上售电业务，使用户不出家门就可以购电。另外，为了进一步提升服务水平，还可以提供为行动不方面的老人或伤残人员代购电业务。

五、预付费电表未来的市场预期

我国是电能表生产大国，据有关资料，我国电能表生产厂家已有800多家，年产电能表的生产能力达2亿只。正常情况下，我国的电能表市场年需求量大约只有5000万只左右，其中民用单相表约占总量的90%～95%。

随着IC卡技术的不断发展以及国内相关行业服务意识的提高，在与居民用户日常生活相关的计量表计中使用IC卡技术已经得到了迅速的推广和广泛的应用。目前在电表、水表、燃气表以及暖气热力表中都已经开始采用IC卡作为抄表收费、控制以及数据管理的媒介，使得IC卡表已经成为当前国内应用技术发展的一个亮点。

在未来的一段时间内，在国内和人口较多的发展中国家推广IC卡表收费管理方案是相当有前途的，应该具有较为良好的市场前景。