智能電能表中竊電與防竊電技術(shù)分析

王偉能，王志強(qiáng)，楊帥

(1.湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南 長沙410007;2.金瑞新材料科技股份有限公司，湖南 長沙 410007)

竊電是一種違法行為，嚴(yán)重?cái)_亂了用電秩序，損害了廣大用電客戶和電力投資者的利益。如何在智能電網(wǎng)得到大力推廣的新形勢下，開展防竊電工作，對于供電企業(yè)計(jì)量技術(shù)是非常重要的一個(gè)課題。

目前已有文獻(xiàn)報(bào)道了多種防竊電的方法〔1－7〕，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)方面和電磁方面的改進(jìn)及傳感器應(yīng)用等，但仍不足以應(yīng)對現(xiàn)代電網(wǎng)系統(tǒng)中種類繁多的竊電手段。本文從電能計(jì)量原理上對常見竊電技術(shù)進(jìn)行分類，總結(jié)各種竊電情況下的狀態(tài)特征及相應(yīng)的防竊電技術(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)對防竊電方法進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 竊電與防竊電技術(shù)

電能表是電能測量最基礎(chǔ)的計(jì)量元件，有感應(yīng)式電能表、電子式電能表和智能型電能表。智能電能表是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，其技術(shù)已經(jīng)相對成熟。主要由電子元器件組成，其工作原理是利用電流采樣元件 (包括電流互感器、錳銅分流器、霍爾效應(yīng)傳感器和Rogowski線圈等4種方式)和電壓采樣元件 (包括分壓電阻和電壓互感器)對輸入智能電能表的電流和電壓進(jìn)行采樣，再對采樣電壓和采樣電流進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出，最后通過中央處理器把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為用電量并輸出。經(jīng)過電流互感器和電壓互感器的三相四線制智能電能表的原理示意圖如圖1。

圖1 三相四線智能電能表原理圖

雖然目前針對智能電能表的竊電方式種類繁多，但是根據(jù)電能計(jì)量式

可以把竊電方式分為減小電壓的欠壓法、減小電流的欠流法及改變相位的移相法3種。

1)欠壓法

竊電手段包括:虛接電能表電壓線圈;松動(dòng)二次回路接線端子;在電壓回路中串接電阻分壓;斷開二次回路或TV一次回路。

對應(yīng)的防竊電方法:設(shè)定失壓門限電壓和欠壓門限電壓。若檢測電壓值低于失壓門限電壓且對應(yīng)相有電流，則判定為失壓竊電;若檢測電壓值位于2個(gè)門限電壓之間，則判定為欠壓竊電。

2)欠流法

竊電手段包括:對電能表電流線圈接線端子進(jìn)行短接;虛接或斷開電能表電流線圈接線;對TA端子、一次或二次回路等進(jìn)行短路。

對應(yīng)的防竊電方法:利用對線圈進(jìn)行短路、開路檢測的專用電路，動(dòng)態(tài)地監(jiān)測線圈工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，則判為竊電行為發(fā)生并記錄在案。

3)移相法

移相法竊電分為電壓移相和電流移相2種。

電壓移相竊電包括:將TV一次側(cè)、二次側(cè)或電能表電壓線圈接線端反接;將TV一次側(cè)、二次側(cè)或電能表電壓線圈接線端反接;即同時(shí)將電壓回路反相，錯(cuò)相接線。

電流移相竊電包括:將TA一次側(cè)、二次側(cè)或電能表電流線圈接線端反接;將TA一次側(cè)、二次側(cè)或電能表電流線圈接線端兩相或三相接線交換;同時(shí)將電流回路反相、錯(cuò)相。

防電壓移相竊電法:當(dāng)電能表電壓回路接線錯(cuò)誤時(shí)，不是三相電壓間的相序發(fā)生了變化，就是相互之間兩兩夾角不再是120°，或者這2個(gè)條件同時(shí)不滿足。檢側(cè)三相電壓的相序和兩兩夾角這2個(gè)條件。若有任何1個(gè)條件不滿足，則判定為竊電行為。

防電流移相竊電法:由于三相電流間不再有固定的相位和相角關(guān)系?，F(xiàn)以電壓的相位為參考劃分出超前40°和滯后80°的區(qū)間，若對應(yīng)相電流沒有位于此區(qū)間，則判斷存在竊電行為并記錄在案。

2 實(shí)驗(yàn)

防竊電硬件平臺(tái)功能框圖如圖2。實(shí)驗(yàn)采用16位的DSP56800芯片作為微處理器〔8〕，外圍擴(kuò)展模塊包括電壓整形濾波、檢測TA信號(hào)整形濾波、計(jì)量TA信號(hào)整形濾波、TA信號(hào)開路檢測信號(hào)、LCD顯示、實(shí)時(shí)時(shí)鐘及鍵盤。

圖2 防竊電硬件平臺(tái)框圖

防竊電軟件流程如圖3所示:先檢測優(yōu)先級(jí)高的竊電故障類型;在從上到下的檢測過程中，若檢測到故障，則不再繼續(xù)進(jìn)行下面的故障類型檢測，而直接跳轉(zhuǎn)到故障記錄。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防竊電平臺(tái)能對各種竊電行為進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的判斷，并記錄詳細(xì)竊電信息，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

圖3 防竊電軟件流程

3 結(jié)束語

對常見的智能電表竊電方式進(jìn)行了歸納，并提出了相應(yīng)的防竊電方法，利用DSP強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和功能豐富的片內(nèi)外設(shè)，設(shè)計(jì)了防竊電平臺(tái)。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防竊電平臺(tái)能快速、準(zhǔn)確地判斷各種竊電行為，并記錄相應(yīng)的竊電信息，達(dá)到防竊電的目的。

〔1〕李冰.淺議供電企業(yè)如何做好反竊電工作〔J〕.西北電力技術(shù)，2004(6):135－137.

〔2〕 Christopher H.Patterson，Gary l.Miller，Jeffery，et al.Power stealing circuit:US，041222.1〔P〕.1993.

〔3〕 HAN Gu-jinga，YIN Xiao-gonga，QIN Lianga，et al.A novel technique of preventing electricity-stealing in current method for electric power measuring equipment 〔J〕. Electrical Measurement＆ Instrumentation，2007(10):119-123.

〔4〕ZHANG Yihui，MA Yanfeng，HAN Pingjun，ZHAO Mingyuan.Theftproof device for power load management terminal〔J〕.Electric Power Automation Equipment，2009，11(1):183-186.

〔5〕ZHAO Bing，Lü Ying-jie，ZOU He-ping.Design of a new antistealing electricity device〔J〕.Power System Protection and Control，2009(23):211-214.

〔6〕劉軍，高亮，蔡振江，等.單相全電子式防竊電電能表的研制〔J〕.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003(2):98-101.

〔7〕韓松林.對幾種防竊電電路的功能分析〔J〕.電測與儀表，1999(7):49-52.

〔8〕Motorola Company.DSP56F826 16-bitdigitalsignalprocessor〔EB/OL〕.(2001－08－10)〔2012－04－10〕.http://www.Motorola.com/library.