基于快速瞬態(tài)算法的智能防竊電系統(tǒng)的研究

馬 淑 清

(內(nèi)蒙古大學(xué)交通學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

·水·暖·電·

基于快速瞬態(tài)算法的智能防竊電系統(tǒng)的研究

馬 淑 清

(內(nèi)蒙古大學(xué)交通學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

研究了通過(guò)快速瞬態(tài)算法實(shí)現(xiàn)企業(yè)外供電系統(tǒng)的智能防竊電系統(tǒng)，該系統(tǒng)在原電能表計(jì)量箱之前的進(jìn)線一側(cè)進(jìn)行電能多參數(shù)采集，通過(guò)快速瞬態(tài)算法實(shí)現(xiàn)采集參數(shù)與原電能表的電力參考值實(shí)時(shí)比對(duì)來(lái)判定竊電行為的發(fā)生時(shí)間、竊電方式及竊電量，可實(shí)現(xiàn)自行斷電和遠(yuǎn)程報(bào)警，報(bào)警解除后可通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人的供電恢復(fù)。

快速瞬態(tài)算法，防竊電，智能防竊電系統(tǒng)

0 引言

現(xiàn)有電量結(jié)算儀表大多基于用戶側(cè)安裝，用戶極易打開，部分用戶為了追求高額利潤(rùn)將竊電作為獲利手段，主動(dòng)竊電行為極易發(fā)生，這就造成了一部分線路線損長(zhǎng)期過(guò)大，且沒(méi)有很好的防范手段。

1 國(guó)內(nèi)外防竊電技術(shù)分析

1.1 常見的竊電方式分析

1)改變電流的竊電；2)改變電壓的竊電；3)改變電能表的結(jié)構(gòu)和接線方式；4)利用電能表編程器竊電。

1.2 防竊電技術(shù)措施

通過(guò)上述分析，現(xiàn)有竊電方法都要直接接觸和改變電能計(jì)量裝置才能達(dá)到竊電的目的，所以加強(qiáng)電能計(jì)量裝置技術(shù)改造，使互感器、計(jì)量二次回路、電能表、聯(lián)合接線盒及表箱等由以前的敞開式計(jì)量更改成全封閉式計(jì)量，是防止竊電的最有效的方法。

1)對(duì)居民用戶。采用集中裝表箱或全封閉表箱，使人、表分離，讓用戶無(wú)法接觸到電能表和二次線。

2)對(duì)高壓用戶。電能計(jì)量裝置的改造方案：加裝干式組合互感器(高壓計(jì)量箱)，并在組合互感器一次側(cè)用熱縮套進(jìn)行封閉，防止在一次接線端子人為短路竊電，二次回路使用鎧裝導(dǎo)線，電能表、聯(lián)合接線盒安裝在設(shè)有密碼和防撬鎖的全封閉式表箱內(nèi)等方法，使整個(gè)電能計(jì)量裝置處在一個(gè)全封閉狀態(tài)，并將計(jì)量點(diǎn)按室內(nèi)向室外遷移方法遷移。

3)更換原有的機(jī)電式電能表。使用新一代全電子式多功能電能表，具有不能倒裝、不可更改常數(shù)、失壓、失流記錄及電流不平衡記錄、逆相序記錄、設(shè)表等事件記錄防竊電功能。

4)對(duì)用電量大而且有竊電嫌疑的用戶。在表箱中加裝“電能計(jì)量裝置異常運(yùn)行測(cè)錄儀”，對(duì)用戶的用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和科學(xué)管理。

5)對(duì)原有的編程器加裝設(shè)置密碼程序。安裝了設(shè)置密碼程序的編程器，為電能表加裝密碼保護(hù)，是解決通過(guò)編程器竊電最為簡(jiǎn)單和有效的辦法。

以上方法均有一定的適用范圍，并難以實(shí)時(shí)判斷出竊電的行為、方式以及竊電量等，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能和對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表的功能。

2 研究目標(biāo)

研究快速瞬態(tài)算法防竊電技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能防竊電管理系統(tǒng)。

快速瞬態(tài)算法是充分利用了在任意一個(gè)時(shí)間段對(duì)外供電的電能總量約等于所用用戶使用的電能總量的基本原理，實(shí)現(xiàn)竊電行為的快速檢測(cè)和快速防止。

智能防竊電管理系統(tǒng)需要攻克戶外型執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、防竊電算法、防竊電自動(dòng)斷電等技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了以下功能：

1)實(shí)現(xiàn)對(duì)用電配電柜自身狀態(tài)、環(huán)境的自感知，自動(dòng)實(shí)時(shí)判斷竊電行為、竊電方式、竊電量；

2)具有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信功能，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警，短信報(bào)警，就地報(bào)警；

3)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)恢復(fù)供電，防止竊電用戶自行送電；

4)系統(tǒng)監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)用戶用電狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，統(tǒng)計(jì)正常電能計(jì)量、竊電量計(jì)量，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、專家分析，提供竊電趨勢(shì)預(yù)報(bào)、供電系統(tǒng)運(yùn)行報(bào)表等完整的系統(tǒng)功能，支撐用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與挖掘，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性應(yīng)用。

3 研究技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1)總體思路。在現(xiàn)有電表計(jì)量箱進(jìn)線一側(cè)單獨(dú)安裝計(jì)量裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析，通過(guò)快速瞬態(tài)算法將原有計(jì)量裝置參考數(shù)據(jù)與現(xiàn)有計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，判定竊電行為，同時(shí)將信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳至遠(yuǎn)端中心主機(jī)。一旦發(fā)生竊電行為，即可自行斷電或由中心主機(jī)操作人員發(fā)出控制信號(hào)，控制現(xiàn)場(chǎng)切斷電源，避免竊電行為持續(xù)發(fā)生。同時(shí)就地報(bào)警或短信報(bào)警等。中心主機(jī)上裝有防竊電控制系統(tǒng)主站軟件，可對(duì)整個(gè)防竊電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、趨勢(shì)分析和報(bào)表，當(dāng)竊電行為停止時(shí)，可對(duì)供電的線路進(jìn)行遠(yuǎn)程恢復(fù)供電等。

2)快速瞬態(tài)算法研究。本防竊電系統(tǒng)通過(guò)在現(xiàn)有電能表計(jì)量箱之前單獨(dú)的進(jìn)行高壓側(cè)電壓、電流等多參數(shù)采集，同時(shí)通過(guò)無(wú)線智能通訊設(shè)備上傳至監(jiān)控中心，通過(guò)快速瞬態(tài)算法實(shí)現(xiàn)采集參數(shù)與電流參考數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，一旦差值超過(guò)設(shè)置的限值(初期可以設(shè)為5%，以后逐步增加到1%～2%)，即認(rèn)為發(fā)生竊電而實(shí)現(xiàn)報(bào)警和動(dòng)作，同時(shí)根據(jù)動(dòng)作時(shí)的數(shù)據(jù)關(guān)系可以判斷竊電行為的方式。

以下我們以q代表防竊電系統(tǒng)采集值，以s代表原有的計(jì)量箱電表示值，說(shuō)明快速瞬態(tài)算法：

a.如果滿足(Iaq>Ias)&(Ibq>Ibs)&(Icq>Ics)&(Ias=0)&(Ibs=0)&(Ics=0)條件，則存在竊電行為，竊電方式為直接短接三相進(jìn)線和出線。

b.如果滿足(80%Vs

c.如果滿足(Iaq>Ias或Ibq>Ibs或Icq>Ics)&(Ias，Ibs，Ics有一相或兩相為0)條件，則存在竊電行為，竊電方式為直接短接一相或兩相進(jìn)線和出線。

d.如果滿足(Iaq

e.如果滿足(Iaq=0且Iaq

f.如果滿足(Iaq≈Ias)&(Ibq≈Ibs)&(Icq≈Ics)條件，表示當(dāng)前不存在竊電行為。

竊電行為終止后系統(tǒng)操作員可以通過(guò)發(fā)送命令，控制現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)恢復(fù)供電。現(xiàn)場(chǎng)防竊電裝置是通過(guò)控制中心系統(tǒng)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制和手動(dòng)控制的，非系統(tǒng)操作人員不能在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)手動(dòng)送電，防止竊電用戶自行送電。

3)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有四部分：原電能表計(jì)量箱、戶外現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)防竊電控制箱、系統(tǒng)監(jiān)控中心(見圖1)。

a.戶外現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。戶外現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)在防竊電

系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)時(shí)判斷竊電行為時(shí)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)中斷供電；竊電行為終止時(shí)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程恢復(fù)供電，非系統(tǒng)操作人員不能在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)手動(dòng)送電，防止竊電用戶自行送電。

戶外執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用真空永磁斷路器開關(guān)，較傳統(tǒng)開關(guān)不同之處在于開關(guān)單相固封式結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)開關(guān)操作機(jī)構(gòu)通常安裝在底座內(nèi)，無(wú)法進(jìn)行密封處理，長(zhǎng)期受雨水、空氣侵蝕容易造成開關(guān)卡澀，不能正常合分。真空永磁斷路器開關(guān)每一相極柱內(nèi)固封有獨(dú)立的雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)及真空滅弧室，極大程度上增加了設(shè)備的耐候性。并且由于特有單相固封式結(jié)構(gòu)，每一相極柱都可以獨(dú)立安裝拆卸，當(dāng)開關(guān)出現(xiàn)故障時(shí)可直接更換其中一相或兩相極柱，大大減少了開關(guān)后期維護(hù)費(fèi)用。

b.現(xiàn)場(chǎng)防竊電控制箱。現(xiàn)場(chǎng)防竊電控制箱是系統(tǒng)的核心裝置，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)用電數(shù)據(jù)的采集、計(jì)量、分析、判斷以及控制命令的發(fā)送等，它由智能電表、控制器、防撬監(jiān)測(cè)裝置、通訊模塊組成。

智能電表完成對(duì)進(jìn)線一側(cè)的三相電壓,三相電流,功率,峰平谷電量等多電能數(shù)據(jù)采集和計(jì)量，接收控制器發(fā)送的命令對(duì)真空斷路組合裝置實(shí)現(xiàn)合分閘操作以及現(xiàn)場(chǎng)就地聲光報(bào)警、語(yǔ)音報(bào)警的輸出等。是本系統(tǒng)判斷原有電能表是否存在竊電的基準(zhǔn)。

控制器是防竊電控制箱的神經(jīng)中樞，負(fù)責(zé)對(duì)智能電表和原電能表采集的電流、電壓、電量、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)的差值自動(dòng)對(duì)比，判斷有無(wú)竊電行為以及竊電方式。當(dāng)發(fā)生竊電行為時(shí)，發(fā)送斷電命令給現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)通過(guò)GPRS無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，將防竊電數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程主機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警。當(dāng)竊電行為停止時(shí)，響應(yīng)遠(yuǎn)程主機(jī)命令，控制現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人的供電恢復(fù)。

控制箱防撬監(jiān)測(cè)裝置用以實(shí)現(xiàn)對(duì)防竊電控制箱的保護(hù)，避免人為惡意破壞，實(shí)現(xiàn)開箱即斷電的功能。

通訊模塊采用GPRS網(wǎng)絡(luò)DTU，具有很強(qiáng)的安全性、保密性和可靠性。

c.系統(tǒng)監(jiān)控中心。系統(tǒng)監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶用電狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)用電相關(guān)數(shù)據(jù)(電壓,電流,功率,頻率,4象限電能等)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、趨勢(shì)和報(bào)表，實(shí)時(shí)生成線損，判斷竊電行為，發(fā)送竊電警報(bào)，發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)斷電命令，計(jì)量竊電量。當(dāng)竊電行為停止時(shí)，對(duì)需要恢復(fù)供電的線路發(fā)送恢復(fù)供電命令。

4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施效果

表1 641線路2013年與2014年線損情況對(duì)比

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，搭建一套試驗(yàn)系統(tǒng)，并在某供電企業(yè)合作掛網(wǎng)測(cè)試，經(jīng)過(guò)一年的掛網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，631,641兩條外轉(zhuǎn)供電線路線損已經(jīng)由原來(lái)的30%～50%下降到5%(平均)以內(nèi)，線路線損得到有效控制，取得了很好的防竊電效果，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(見表1)，并對(duì)竊電行為起到了很好的震懾作用。

5 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)上線后，提高了對(duì)外供電企業(yè)用電管理水平，減少了電表工巡檢的工作量，提高了防竊電效率，維護(hù)了正常的供用電秩序，保證安全用電，解決了多年來(lái)電計(jì)量管理歷史遺留的難題，驗(yàn)證了基于快速瞬態(tài)算法的智能防竊電系統(tǒng)的可行性，為同行業(yè)的電計(jì)量管理起到了很好的推廣作用。

[1] 向天學(xué).農(nóng)村供電所防范竊電的有效措施[J].農(nóng)村電工，2005(9)：10-12.

[2] 李珞新，余建華.用電管理手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

Research on intelligent prevention electricity-stolen system based on rapid transient algorithm

Ma Shuqing

(TrafficInstitute,InnerMongoliaUniversity,Hohhot010020,China)

This paper researched the intelligent prevention electricity-stolen system through rapid transient algorithm implementation enterprise power supply system, the system made electric many parameters acquisition before the original watt-hour metering box into the line on one side, through rapid transient algorithm realized acquisition parameters and original watt-hour meter power reference value real-time contrast to determine the time, electricity-stolen methods and electricity-stolen amounts of electricity-stolen way, which could realize the self power and remote alarm, after alarm contact could through GPRS wireless network realize the site unmanned power supply recovery.

rapid transient algorithm, prevention electricity-stolen, prevention electricity-stolen system

2015-08-25

馬淑清(1965- )，女，副教授

1009-6825(2015)31-0129-03

TU855

A