防竊電仿真系統(tǒng)應用與分析

王學剛　　張大為

一、防竊電仿真系統(tǒng)應用背景

河北南網(wǎng)防竊電仿真系統(tǒng)是在對現(xiàn)實各種竊電方式進行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，對用電檢查、裝表接電、抄表收費等相關(guān)工種和管理人員進行培訓、考核，可提高電網(wǎng)企業(yè)營銷專業(yè)用電檢查以及其它專業(yè)人員查處竊電的技術(shù)水平，從而降低線損、增加企業(yè)經(jīng)濟效益。本文在研究分析電能表竊電原理和用電營銷現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了防竊電仿真系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)方案，包括防竊電仿真培訓模擬裝置和防竊電仿真培訓系統(tǒng)軟件的構(gòu)成及功能要求。

二、防竊電仿真培訓模擬裝置

防竊電仿真培訓模擬裝置包括一套裝有實際電能表的柜體裝置和一套防竊電仿真培訓管理系統(tǒng)，通過硬件與軟件系統(tǒng)的互聯(lián)實現(xiàn)了通過硬件裝置模擬現(xiàn)實竊電情況，由軟件系統(tǒng)監(jiān)測、顯示、存儲電氣參數(shù)以及顯示向量圖和原理接線圖的功能。

（一）系統(tǒng)管理

河北南網(wǎng)防竊電仿真系統(tǒng)包括用戶管理、密碼管理、背景設(shè)置、數(shù)據(jù)管理四個子模塊，對于這四個子模塊管理員都可以進行操作，培訓師只可對其中的密碼管理和背景管理進行操作。用戶管理子模塊中包括添加用戶、刪除用戶、重置用戶密碼，該系統(tǒng)僅系統(tǒng)管理可以使用，用于整體地管理系統(tǒng)的使用用戶及用戶的資料。

密碼管理子模塊主要用于用戶自主地修改個人密碼，以防止密碼泄露后影響系統(tǒng)運行，保障系統(tǒng)的安全。

（二）用電模型的設(shè)計

河北南網(wǎng)防竊電仿真系統(tǒng)方案確定以配電網(wǎng)作為用電監(jiān)測對象。實訓室內(nèi)的硬件設(shè)備模擬一條10kV饋線，高壓側(cè)配關(guān)口計量電度表，記錄這一條供電線路上所有用戶的總電量。一條線上帶兩個配電臺區(qū)。第一個臺區(qū)的變壓器TI為公變，帶三個單相負荷用戶。第二個臺區(qū)的變壓器T2為專變，帶一個三相負荷用戶。第一個臺區(qū)用戶裝三塊單相電度表，分別記錄各分相的電量，另配有三相電能監(jiān)測裝置，既可以計單相電量，又可以計三相電量總和并對系統(tǒng)進行監(jiān)測。第二個臺區(qū)用戶裝一塊三相計量監(jiān)測一體的裝置，計量用電量并對系統(tǒng)進行監(jiān)測。

（三）硬件設(shè)備的設(shè)計

河北南網(wǎng)防竊電仿真系統(tǒng)硬件組成屏式柜體，屏體元件按照電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與操作功能進行分布設(shè)計。根據(jù)這一思路，將硬件操作組了三塊屏。關(guān)口高壓計量一塊屏，單相負荷用戶計量、監(jiān)測一塊屏，三相負荷用戶計量、監(jiān)測一塊屏。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖分別繪制在三塊屏上。第一塊屏模擬10kV的高壓關(guān)口計量，第二塊屏模擬第一個臺區(qū)，第三塊屏模擬第二個臺區(qū)。相應的元件裝在各自屏上。

（四）硬件控制

硬件屏上裝有控制開關(guān)，學員通過操作開關(guān)可以做各種仿真實驗，模擬各種竊電現(xiàn)象。屏上模擬的常用竊電手段有：電壓回路串電阻，電壓回路串二極管，電壓回路串電感，電壓回路斷線；電流回路短接，電流回路并電阻，電流互感器改變比；電流回路反接，電壓回路反接，相地反接。

竊電仿真操作分為幾個步驟：

1）故障預置：由操作開關(guān)按照圖上的指示，預置一種竊電現(xiàn)象；

2）故障啟動：屏上有啟動按鈕。只有按下啟動按鈕，預置的實驗才能開始；

3）故障解除：屏上有解除按鈕。只有按下解除按鈕，故障才能解除；

4）操作復歸：故障解除后，將預置操作開關(guān)放回正常位置，整體復歸，為下次實驗做好準備。

（五）監(jiān)測管理

河北南網(wǎng)防竊電仿真系統(tǒng)中有管理機可以和硬件屏進行通訊管理。

管理機選用多485串口的工業(yè)控制機，工控機工作抗干擾能力強，又能支持多串口通訊。通訊方式采用主從方式。

硬件屏上模擬的竊電現(xiàn)象可以上傳給管理機，管理機上可以下發(fā)命令，模擬和硬操屏上相同的仿真實驗。為了硬件操作與軟件操作不能沖突，硬件屏上裝有就地、遠方操作切換開關(guān)，可以方便的切換。只有切換開關(guān)在遠方位置時，管理機才可以下發(fā)實驗的命令。

管理機用三個485串口通訊，分別管理集中抄表、遙信量、遙控量。

集中抄表通訊遵循DL/T645-1997規(guī)約。遙信量、遙控量分別由單片機管理與工控機通訊，仿照DL/T645規(guī)約。

（六）防竊電仿真系統(tǒng)的實驗信號設(shè)計

考慮到河北南網(wǎng)防竊電仿真系統(tǒng)可利用作為教學培訓的特點，硬件組屏應做到：操作方便、信號指示明確。因此本次硬件回路特意設(shè)計了信號回路。針對著仿真操作的幾個步驟，設(shè)計了紅色、綠色閃光、平光信號，組合出四種信號。

1）正常工作時綠燈平光，預置一種故障綠燈閃光；

2）故障啟動后紅燈平光；

3）故障設(shè)置時間超長，紅燈閃光報警；

故障時間由一時間繼電器控制，時間在30分鐘內(nèi)可調(diào)，提醒實驗人員實驗時間長應該解除故障，但不會自動解除。

4）故障解除綠燈閃光，和預置故障狀態(tài)時信號相同；

5）操作復歸后綠燈平光，回到正常狀態(tài)。

閃光電源為電子式信號電路，用555芯片等控制沒有聲音干擾。

（七）負載設(shè)計

為了使系統(tǒng)用戶能夠從實驗中看到不同負載對功率因數(shù)的影響，我們設(shè)計了三種負載：阻性、感性、容性，每一種負載單獨控制，可以方便地進行切換。

（八）遙信量

硬件操作屏上所做的仿真實驗，都可以通過繼電器的接點作為信息量上送，遙信量的采樣1秒鐘一次。即硬件屏上的每一次操作2秒之內(nèi)就可以送給管理機。另外，就地/遠方切換開關(guān)、斷路器位置都作為遙信量上送。

（九）遙控量

管理機通過遙信量獲悉就地/遠方切換開關(guān)的狀態(tài)，如果開關(guān)位置不在遠方，則通過軟件將管理機上的下發(fā)命令閉鎖，只有確認開關(guān)在遠方位置，才可以下發(fā)操作命令。管理機發(fā)的操作命令通過遙控板出口給到硬件屏上。所有硬件屏上的仿真實驗，都可以在管理機上操作。操作過程中的信號與硬件操作完全相同。

（十）保護回路

為了保證河北南網(wǎng)防竊電仿真系統(tǒng)實驗中設(shè)備、人身安全，硬件屏上裝有漏電保護、過流保護。當回路中出現(xiàn)過流或開關(guān)有漏電時，斷路器跳開主回路，同時發(fā)信號。

三、結(jié)束語

防竊電仿真培訓系統(tǒng)針對以往的竊電仿真系統(tǒng)主要實現(xiàn)了以下創(chuàng)新內(nèi)容：

（一）針對電子式電能表進行竊電方式的模擬。

本系統(tǒng)針對電子式電能表（包括單相、三相電能表）的各種竊電方式進行模擬，還對一些專門針對電子式電能表所產(chǎn)生的“高科技”竊電手法予以“曝光”，使得本系統(tǒng)具有很強的現(xiàn)實意義。

（二）建立了一種集培訓學習、理論驗證、實操練習和考核鑒定于一體的技術(shù)平臺——反竊電仿真實驗室。

本系統(tǒng)集培訓學習、理論實操考核于一體，功能強大。它可以輔助系統(tǒng)用戶進行課堂教學，為各類用戶進行實際操作練習提供平臺，還可為系統(tǒng)用戶的學習考核提供上機考試環(huán)境。本系統(tǒng)考慮到不同的工種重點掌握知識的差異，可以實現(xiàn)分別為不同的工種設(shè)立不同考題，極大地提高了培訓的效果。