一種新型防竊電策略的研究與實(shí)現(xiàn)

，， ， ，

(國網(wǎng)資陽供電公司，四川 資陽 641300)

0 引 言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長對電能的需求日益增加，竊電行為卻始終存在，并成為影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境和供電企業(yè)利益的重大問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國一年由于竊電行為造成的損失高達(dá)200億元，而屢屢發(fā)生的竊電行為不但使國家電力資源白白流失，而且往往附帶電力設(shè)施損壞或人員傷亡，直接威脅整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。近年來，利用高新科技的竊電技術(shù)層出不窮，竊電手段也出現(xiàn)多元化發(fā)展和隱蔽性態(tài)勢，甚至成為一整套產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)鏈。從電能表外使用高仿鉛封、加裝反檢查繼電器模塊與延時(shí)電容，到電能表內(nèi)焊接二極管進(jìn)行半波整流、主動(dòng)分?jǐn)嚯娐犯淖兿辔坏?，無不體現(xiàn)“高精尖”水平，隨之而來的是更大的反竊電難度[1-3]。

不少供電企業(yè)采取了一定手段，但主要還是依托第三方公司，采購大量昂貴的儀器設(shè)備，并加裝成套監(jiān)測模塊，對現(xiàn)行電路構(gòu)架進(jìn)行深度改造，以達(dá)到可監(jiān)測、可管理的目的；或者建立新的防竊電信息系統(tǒng)，增設(shè)特有通訊信道，經(jīng)過后臺(tái)特定數(shù)據(jù)庫處理環(huán)節(jié)，與現(xiàn)有供電企業(yè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行接口設(shè)計(jì)以達(dá)到信息與資源共享。但以上兩方面，無疑增加了系統(tǒng)投資與運(yùn)營成本，且未因地制宜，充分運(yùn)用好現(xiàn)有的系統(tǒng)資源與硬件設(shè)施，造成了不必要的浪費(fèi)。

1 策略研究的問題背景

用電信息采集系統(tǒng)是建設(shè)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵部分，同時(shí)也是物理基礎(chǔ)，其涉及方面包括傳感器技術(shù)、電能計(jì)量技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等，主要能實(shí)現(xiàn)電力用戶數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理，為供電企業(yè)各項(xiàng)業(yè)務(wù)提供可靠的技術(shù)支撐；同時(shí)也能方便供電企業(yè)與電力用戶進(jìn)行雙向溝通、廣泛互動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)提高供電電能利用效率，優(yōu)化電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)的最終目的[4-5]。

專變采集終端是供電企業(yè)依托用電信息采集系統(tǒng)推進(jìn)“全覆蓋”、“全采集”、“全費(fèi)控”進(jìn)程中利用到的一種常見的用電信息采集設(shè)備，具有集成度高、技術(shù)先進(jìn)，測量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。遠(yuǎn)端普遍采用GPRS/CDMA/GSM/SMS等通訊方式；其近端則采用RS485/電力載波等通訊方式，能實(shí)現(xiàn)電能表歷史和當(dāng)前數(shù)據(jù)采集、電能表運(yùn)行情況監(jiān)測、事件記錄與報(bào)警、電能異常監(jiān)測以及遠(yuǎn)程關(guān)斷控制。其具有單獨(dú)的交流采樣信號回路，能完成電流信息的采集與上傳，主要使用場合多數(shù)為專變臺(tái)區(qū)[6-8]。

專變臺(tái)區(qū)用戶竊電行為相比公變臺(tái)區(qū)來說具有更明顯的隱蔽性和大電量性。一般情況下，專變用戶計(jì)量設(shè)備因其變壓器所屬性質(zhì)會(huì)一同安裝在其廠區(qū)內(nèi)，為供電企業(yè)用電檢查人員進(jìn)行防竊電偵查帶來諸多不便；并且由于生產(chǎn)特性與規(guī)模，往往使得竊電追補(bǔ)金額數(shù)以萬計(jì)：所以專變臺(tái)區(qū)竊電治理必須防微杜漸，從防做起，對竊電苗頭進(jìn)行有效監(jiān)控和處理。

專變臺(tái)區(qū)配電柜一般會(huì)存在3種類型的CT，即計(jì)量CT、測量CT和保護(hù)CT。這3種CT的用途分別為：計(jì)量CT主要是將電流信息反饋給計(jì)量裝置(如智能電能表)，用于供電企業(yè)電能結(jié)算，一般準(zhǔn)確度等級為0.2(S)或0.5(S)；測量CT主要是將電流信息反饋給測量裝置(如顯示電流表)，用于檢查人員觀察電流大小，一般準(zhǔn)確度等級為0.2或0.5；保護(hù)CT主要是將故障電流信息反饋給繼保裝置(如保護(hù)動(dòng)作開關(guān))，用于切斷故障電路，保護(hù)供電系統(tǒng)安全，一般準(zhǔn)確度等級為5 P或10 P。3種CT雖各自用途不同，但通過實(shí)際比較，計(jì)量CT和測量CT從準(zhǔn)確度等級和安裝位置兩方面來看都最為接近，而保護(hù)CT由于準(zhǔn)確度等級不夠且涉及到繼保裝置動(dòng)作問題，如果更改接線將會(huì)產(chǎn)生更多不必要的工作量[9-10]。

基于以上問題，結(jié)合專變臺(tái)區(qū)的竊電防治工作，深度揣摩竊電者的心理，提出了一種現(xiàn)實(shí)可行且耗費(fèi)較小的監(jiān)控方法。通過現(xiàn)場搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，充分利用成熟的用電信息采集系統(tǒng)平臺(tái)以及廣泛投用的專變采集終端，對專變臺(tái)區(qū)配電柜進(jìn)行改造，選擇接入配電柜自帶的測量CT，與計(jì)量CT電量信息進(jìn)行有針對性的實(shí)時(shí)比對，從而實(shí)現(xiàn)竊電防治的雙保險(xiǎn)機(jī)制。

2 實(shí)時(shí)監(jiān)控的平臺(tái)搭建

實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的平臺(tái)搭建如圖1所示。但根據(jù)專變臺(tái)區(qū)的現(xiàn)場計(jì)量裝置安裝位置情況可以分為兩種現(xiàn)場硬件搭建接法：“高供高計(jì)接法”和“高供低計(jì)接法”。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架

2.1 “高供高計(jì)”接法

針對“高供高計(jì)”的專變臺(tái)區(qū)，計(jì)量裝置一般選用三相三線智能電能表，電能表規(guī)格為“3×100 V、3×1.5(6)A”，電能表、計(jì)量CT、計(jì)量PT以及專變采集終端均安裝在高壓室，其中計(jì)量CT數(shù)量為2個(gè)，串接在A相和C相，計(jì)量PT數(shù)量為2個(gè)，采用“V-V”接法并入電路，PT二次側(cè)B相接地。測量CT一般在配電柜組裝過程中就配備好并安裝在低壓室，數(shù)量為3個(gè)，分別串接在A、B、C三相上?？紤]到實(shí)際設(shè)備及環(huán)境情況，應(yīng)分為兩種類型來改造。第1種類型如圖2所示，具體為計(jì)量CT不帶多抽頭或多繞組。此種情況下，專變采集終端的電流信號可取自低壓室測量CT，但需單獨(dú)布線從低壓室引線至高壓室，對戶外預(yù)裝式箱式變電站可采用這種方法，缺點(diǎn)是布線距離較長，對測量精度可能會(huì)帶來影響。第2種類型如圖3所示，具體為將計(jì)量CT更換為多抽頭或多繞組類型。此種情況下，專變采集終端的電流信號可直接從計(jì)量CT的其他繞組(通常為測量用繞組)獲取，需要單獨(dú)布線，但距離較短，可適用于戶外預(yù)裝式箱式變電站或配電室，缺點(diǎn)是需要采購并更換計(jì)量CT，有一定的資金耗費(fèi)。

圖2 “高供高計(jì)”且計(jì)量CT不帶多抽頭或多繞組

2.2 “高供低計(jì)”接法

針對“高供低計(jì)”的專變臺(tái)區(qū)，計(jì)量裝置一般選用三相四線智能電能表，電能表規(guī)格為“3×220 V/380 V、3×1.5(6)A”。電能表、計(jì)量CT及專變采集終端均安裝在低壓室，如圖4所示，其中計(jì)量CT共有3個(gè)，分別安裝在A、B、C三相上；測量CT同樣有3個(gè)，也分別安裝在A、B、C三相上。區(qū)別是兩種CT安裝位置一般分布于總路斷路器上下兩側(cè)，優(yōu)點(diǎn)是測量CT可直接使用，較為簡便。

圖3 “高供高計(jì)”且計(jì)量CT自帶多抽頭或多繞組

2.3 改造接法特點(diǎn)分析

表1 改造接法特點(diǎn)分析

3種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際勘查之后可以根據(jù)現(xiàn)場情況靈活運(yùn)用，選擇最合適的改造接法，完成竊電監(jiān)控平臺(tái)的硬件搭建。

3 系統(tǒng)建設(shè)及分析方法

專變采集終端可從測量CT或計(jì)量CT的測量繞組獲取第2組電流信號，通過終端自帶的表計(jì)特性計(jì)算得到的電量信息，原理如圖5所示，再與電能表計(jì)算得到的電量信息進(jìn)行多次比對，從而為計(jì)量裝置是否存在故障或?qū)Ｗ冇脩羰欠翊嬖诟`電行為提供可靠參考。

圖5 專變采集終端計(jì)量原理

3.1 “高供高計(jì)”且計(jì)量CT不帶多抽頭或多繞組情況分析

根據(jù)常見的DYN11型配電變壓器特性，圖1中變壓器高壓側(cè)相電流與低壓側(cè)相電流關(guān)系滿足：

(1)

式中，N為變壓器變比。

在三相電壓對稱，三相負(fù)荷平衡的條件下，電表計(jì)算得到的電量為

W1=[Uab×Ia×cos(30°+θ)+

Ucb×Ic×cos(30°-θ)]×t

(2)

式中：Uab、Ucb為高壓側(cè)線(相)電壓；Ia、Ic為高壓側(cè)相電流；θ為相電壓與相電流的夾角。

同樣情況下，專變采集終端計(jì)算得到的電量為

W2=[Uab×Ia′×cos(30°+θ)+

Ucb×Ic′×cos(30°-θ)]×t

(3)

式中：Uab、Ucb、為高壓側(cè)線電壓；Ia′、Ic′為低壓側(cè)線(相)電流；θ為相電壓與相電流的夾角。由于配電變壓器不具有移相功能，所以高壓側(cè)相電壓與高壓側(cè)、低壓側(cè)相電流的夾角均相同。

根據(jù)電流互感器特性，圖1中電流互感器一次側(cè)電流與二次側(cè)電流關(guān)系滿足式(4)、式(5)：

(4)

(5)

式中：N1為計(jì)量CT倍率；N2為測量CT倍率。聯(lián)合式(1)、式(4)、式(5)代入式(3)中與式(2)比較可得到：

(6)

可知在這種情況下，對專變采集終端得到的電量信息進(jìn)行如式(6)校正后再與電能表得到的電量信息進(jìn)行多次比對，就能夠較準(zhǔn)確地判斷出是否存在電量異常情況。另一種處理方法是直接將計(jì)量CT更換為多抽頭或多繞組的形式，具體電量分析方法見3.2節(jié)。

3.2 “高供高計(jì)”且計(jì)量CT自帶多抽頭或多繞組情況分析

在三相電壓對稱，三相負(fù)荷平衡的條件下，電能表計(jì)算得到的電量為

W1=[Uab×Ia×cos(30°+θ)+

Ucb×Ic×cos(30°-θ)]×t

(7)

式中：Uab、Ucb為高壓側(cè)線電壓；Ia、Ic為計(jì)量CT的計(jì)量繞組引出的高壓側(cè)線(相)電流；θ為高壓側(cè)相電壓與高壓側(cè)相電流的夾角。

同樣情況下，專變采集終端計(jì)算得到的電量為

W2=[Uab×Ia′×cos(30°+θ)+

Ucb×Ic′×cos(30°-θ)]×t

(8)

式中：Uab、Ucb為高壓側(cè)線電壓；Ia′、Ic′為計(jì)量CT的測量繞組引出的高壓側(cè)線(相)電量；θ為高壓側(cè)相電壓與高壓側(cè)相電流的夾角。

根據(jù)電流互感器特性，圖2中電流互感器一次側(cè)電流與二次側(cè)電流關(guān)系滿足：

(9)

(10)

式中：N1為計(jì)量CT倍率；N2為測量CT倍率。聯(lián)合式(9)、式(10)代入式(8)中與式(7)比較可得到：

(11)

在此種情況下，對專變采集終端得到的電量信息也需要進(jìn)行如式(11)校正后再與電能表得到的電量信息進(jìn)行多次比對，即可較為準(zhǔn)確地判斷出是否存在電量異常情況。

3.3 “高供低計(jì)”情況分析

在三相電壓對稱，三相負(fù)荷平衡的條件下，電能表計(jì)算得到的電量為

W1=[Ua×Ia×cosθ+Ub×Ib×cosθ+

Uc×Ic×cosθ]×t

(12)

式中：Ua、Ub、Uc為低壓側(cè)相電壓；Ia、Ib、Ic為計(jì)量CT引出的低壓側(cè)相電流；θ為低壓側(cè)相電壓與低壓側(cè)相電流的夾角。

同樣情況下，專變采集終端計(jì)算得到的電量為

W2=[Ua×Ia′×cosθ+Ub×Ib′×cosθ+

Uc×Ic′×cosθ]×t

(13)

式中：Ua、Ub、Uc為低壓側(cè)相電壓，Ia′、Ib′、Ic′為測量CT引出的低壓側(cè)相電流；θ為低壓側(cè)相電壓與低壓側(cè)相電流的夾角。

根據(jù)電流互感器特性，圖3中電流互感器一次側(cè)電流與二次側(cè)電流關(guān)系滿足：

(14)

(15)

式中：N1為計(jì)量CT倍率；N2為測量CT倍率。聯(lián)合式(14)、式(15)代入式(13)中與式(12)比較可得到

(16)

通過式(16)對專變采集終端得到的電量信息進(jìn)行校正后可與電能表得到的電量信息進(jìn)行多次比對，進(jìn)而能夠發(fā)現(xiàn)該專變用戶是否存在電量異常情況。

3.4 SG186系統(tǒng)及用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)方法

在現(xiàn)場硬件設(shè)備搭建完成之后，需要對專變采集終端進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試流程見圖6。由于各廠家終端邏輯上默認(rèn)自身設(shè)備為“測量點(diǎn)01”，所以必須通過修改參數(shù)將“測量點(diǎn)01”強(qiáng)制開啟并設(shè)置為交流采樣模式，電能表地址設(shè)置為終端的邏輯地址，這樣才可實(shí)現(xiàn)終端的計(jì)量功能。

圖6 終端硬件調(diào)試

在SG186系統(tǒng)中新建考核類型的虛擬用戶，該用戶下計(jì)量點(diǎn)設(shè)置為考核類型的虛擬電能表，并掛接在供異常監(jiān)控用的虛擬臺(tái)區(qū)下，最后進(jìn)行采集系統(tǒng)資源同步，如圖7所示。

圖7 SG186系統(tǒng)搭建

可在用電信息采集系統(tǒng)“用戶自定義群組”中添加需要監(jiān)控的實(shí)際專變用戶和通過專變采集終端新建的虛擬用戶。在“表碼查詢”功能界面可實(shí)現(xiàn)表碼逐日跟蹤，或“電量查詢”功能界面實(shí)現(xiàn)異常時(shí)段內(nèi)的電量跟蹤，具體流程見圖8。

圖8 用電信息采集系統(tǒng)搭建

圖9 現(xiàn)場裝置實(shí)物

4 現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

以轄區(qū)內(nèi)某異常專變臺(tái)區(qū)進(jìn)行實(shí)際安裝驗(yàn)證，經(jīng)過現(xiàn)場勘查后發(fā)現(xiàn)，該臺(tái)區(qū)變壓器容量為800 kVA，采用“高供低計(jì)”的計(jì)量方式，計(jì)量電能表為DTZY832-Z型三相四線費(fèi)控智能電能表，電能表規(guī)格為“3×220 V/380 V、3×1.5(6)A、50 Hz”，準(zhǔn)確度等級為有功1.0級，無功2.0級。采集設(shè)備為FKGA23-WFET1000型專變采集終端，終端規(guī)格為“3×220 V/380 V、3×1.5(6)A、50 Hz”，準(zhǔn)確度等級為有功0.5級，無功2.0級；計(jì)量CT變比為1200/5，準(zhǔn)確度等級為0.2 S級；測量CT變比為1200/5，準(zhǔn)確度等級為0.5 S級。由于計(jì)量CT與測量CT變比相同，根據(jù)“高供低計(jì)”電量校正公式(16)可以得到W1=W2。在此校正公式下可通過比對電量進(jìn)行實(shí)際電量的異常跟蹤。

根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行改造，將測量CT接入專變采集終端，完成終端上線調(diào)試和系統(tǒng)檔案維護(hù)工作，然后對該專變臺(tái)區(qū)進(jìn)行多日電量信息監(jiān)控，圖9為現(xiàn)場裝置實(shí)物圖，從上到下(從左到右)依次為三相四線智能電能表、專變采集終端、計(jì)量CT、測量CT。

1)該臺(tái)區(qū)連續(xù)7 d的電量數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 7 d電量數(shù)據(jù)對比

通過計(jì)量電能表得到的電量數(shù)據(jù)7 d平均值為

177.6+153.6)÷7=174.171 4

(17)

利用貝塞爾公式得到W1的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為

≈23.345

(18)

通過采集終端得到的電量數(shù)據(jù)7天平均值為

161.04+175.44+151.2)÷7

=172.217 1

(19)

同樣利用貝塞爾公式得到W2的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為

兩者7 d時(shí)間內(nèi)的平均電量數(shù)據(jù)相對誤差為

=1.12%

(21)

同時(shí)兩者實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差的相對誤差為

=-1.499%

(22)

δ1和δ2均滿足實(shí)際監(jiān)控的誤差要求，由此可見這種方法能夠達(dá)到精準(zhǔn)監(jiān)控專變用戶電量數(shù)據(jù)異常變化的目的。

2)對比計(jì)量電能表計(jì)和采集終端3月8日全天的電量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)密度為每小時(shí)采集1個(gè)數(shù)據(jù)。通過繪制對比曲線(如圖10所示)可知，采集終端較好地完成了計(jì)量電能表計(jì)電量信息的跟蹤任務(wù)，兩者數(shù)據(jù)誤差較小，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶電量異常監(jiān)控的目的。

3)對比計(jì)量電能表計(jì)和采集終端中記錄的三相電流數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)密度為每小時(shí)采集1個(gè)數(shù)據(jù)。通過繪制A相電流比對曲線(如圖11所示)可知，采集終端也可實(shí)現(xiàn)電流信息的有效跟蹤，且相對誤差較小，可以用來監(jiān)控用戶的電流異常。

由于測量CT隱藏在配電柜中，且組數(shù)較多，不易發(fā)覺，當(dāng)用戶擅自更改計(jì)量CT、智能電能表接線時(shí)，用電信息采集系統(tǒng)會(huì)監(jiān)測到兩者電量差異變化，從而監(jiān)控人員能夠較快發(fā)現(xiàn)竊電異常，同時(shí)通過專變采集終端獲取的第2組電量數(shù)據(jù)能夠?yàn)楦`電處罰及電量追補(bǔ)提供可靠依據(jù)。

圖10 3月8日全天電量數(shù)據(jù)對比

圖11 3月8日全天電流數(shù)據(jù)對比

在后續(xù)的監(jiān)控過程中，通過對比發(fā)現(xiàn)及時(shí)查處了該用戶間歇性繞越計(jì)量裝置進(jìn)行竊電的行為，為供電企業(yè)追回了電量電費(fèi)損失。而實(shí)際工作中，這種新型防竊電策略也得到了區(qū)域性推廣，在異常監(jiān)控和降低線損率方面取得了一定成效。

5 結(jié) 語

根據(jù)專變臺(tái)區(qū)的現(xiàn)場實(shí)際情況，利用專變采集終端的交流采樣功能，聯(lián)合測量CT組成第2套測量回路，與專變用戶本身使用的電能表、計(jì)量CT組成計(jì)量回路形成可靠對比，通過實(shí)驗(yàn)中兩者傳回?cái)?shù)據(jù)的綜合分析，驗(yàn)證了該策略的有效性和合理性。從整體推廣的角度上看，其具有的主要優(yōu)勢如下：

1)充分利用現(xiàn)場資源，如專變采集終端和測量CT，未在變壓器兩側(cè)新增加任何設(shè)備儀器，尤其是未在計(jì)量回路添加任何裝置，所以不會(huì)對計(jì)量設(shè)備造成影響；

2)充分利用竊電心理，在計(jì)量裝置背后設(shè)置第2道防線，由于測量CT的組數(shù)較多、位置隱藏，并能夠?yàn)楦`電處理和追補(bǔ)提供可靠數(shù)據(jù)支持；

3)充分利用系統(tǒng)資源，如用電信息采集系統(tǒng)，不需要專門開發(fā)新的監(jiān)控系統(tǒng)，利用現(xiàn)有的通訊主站，在終端上線調(diào)試完成之后，即可進(jìn)行每日異常監(jiān)控。