防竊電智能電表箱及取證系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)分析

項(xiàng)煜，王華，葉華，陳云潤，張夢實(shí)

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司云和縣供電公司，浙江 云和 323600）

0 引言

當(dāng)前在電力系統(tǒng)的計(jì)量中基本都采用了智能電表，對(duì)于遏制竊電行為具有一定的效果，但針對(duì)智能電表的新型竊電手段也應(yīng)運(yùn)而生、屢禁不止，并且竊電行為多種多樣。竊電行為不僅對(duì)電力部門造成了經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)如果操作不當(dāng)，還容易引起安全用電事故，甚至引起火災(zāi)或者損壞電力設(shè)備。為了達(dá)到防竊電的目的，可以在實(shí)際中采用防竊電智能電表箱，并配置竊電取證系統(tǒng)，給企圖實(shí)施竊電行為的人員形成一個(gè)高壓態(tài)勢。本文首先分析了對(duì)智能電表進(jìn)行竊電的基本手段，之后闡述了防竊電智能電表箱的設(shè)計(jì)方法，最后分析了防竊電智能電表箱中的取證系統(tǒng)，以下進(jìn)行具體的分析和介紹。

1 竊電的基本手段分析

為了更好地進(jìn)行防竊電智能電表箱的研制，需要先掌握目前在實(shí)際中常采用到的基本竊電手段，從而針對(duì)這些手段采取必要的方法加以防范，并體現(xiàn)在防竊電智能電表箱的開發(fā)設(shè)計(jì)中。智能電表除了具有電量計(jì)量功能之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)用戶端的遠(yuǎn)程控制、防竊電等多種功能。當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用中的智能電表一般是根據(jù)電磁感應(yīng)的原理設(shè)計(jì)的，即電流及電壓線圈形成磁場，并產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，電壓及電流值越大，則轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也越大，電表的計(jì)數(shù)也越高，產(chǎn)生的用電量也越多，達(dá)到電量計(jì)量的目的。對(duì)于智能電表中的防竊電功能，則是利用霍爾傳感器，檢測給電表施加的盜電磁場，一旦檢測到異常情況，則可以及時(shí)發(fā)出告警信息。

雖然智能電表具備一定的防竊電能力，但依然可以實(shí)施竊電行為。對(duì)于竊電的基本手段，首先是改動(dòng)電表的結(jié)構(gòu)，包括改動(dòng)電表中的電壓回路或電流回路以及改變電表中的相位進(jìn)行竊電，甚至還可以改變智能電表中所設(shè)置的計(jì)量程序；其次是越過計(jì)量表計(jì)或繞過計(jì)量回路，這樣電表也就不計(jì)入用電量；再次是通過施加外部信號(hào)，如高頻電磁波形、強(qiáng)磁場信號(hào)等，以干擾智能電表的正常工作，如可以使得智能電表中的芯片閉鎖，或者電表中的互感器出現(xiàn)飽和情況，這些都可以使得電表進(jìn)入不計(jì)量的狀態(tài)，達(dá)到竊電的目的[1]；最后是暴力破壞計(jì)量裝置實(shí)施竊電。如要對(duì)智能電表實(shí)施竊電行為，則將電表中的傳感器取出或者將傳感器損壞，之后再外加磁場干擾電表的正常計(jì)量，從而達(dá)到竊電的目的。

2 防竊電智能電表箱的開發(fā)

2.1 應(yīng)用防竊電智能電表箱的必要性

根據(jù)實(shí)際中所發(fā)生的竊電行為來看，目前大部分的竊電行為都是在二次低壓側(cè)進(jìn)行的，重點(diǎn)對(duì)電能表采取一定的方式加以攻擊。故在安裝計(jì)量電能表的過程中，也應(yīng)配合安裝防竊電智能電表箱，這樣就可以有力阻止違法竊電分子試圖接觸電能表，提高了電能表自身的安全防護(hù)水平。故在電力企業(yè)的計(jì)量中，有必要應(yīng)用防竊電智能電表箱。同時(shí)為了提高防竊電智能電表箱的防護(hù)效果，在防竊電智能電表箱的生產(chǎn)制造材料選擇上，以及自身的構(gòu)造上都應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)，這樣才能夠起到更好的效果。

2.2 防竊電智能電表箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)防竊電智能電表箱的過程中，應(yīng)保證該電表箱具有便捷性、實(shí)用性、可儲(chǔ)存性和可定位性。其中便捷性是指防竊電智能電表箱可以在原有電表箱的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，同時(shí)設(shè)備在安裝的過程中也較為方便，不能占用過大的空間?？蓛?chǔ)存性是指該電表箱能夠存儲(chǔ)取證系統(tǒng)所采集到的圖像信息等數(shù)據(jù)，可定位性是指能夠?qū)⒖赡艽嬖诟`電行為的電表箱位置發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器中。

整個(gè)智能電表箱在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，應(yīng)能夠屏蔽高頻信號(hào)，使得高頻信號(hào)無法穿透智能電表箱上的屏蔽層，從而防止竊電人員通過施加高頻磁場來實(shí)施竊電。同時(shí)在防竊電表箱中設(shè)置高頻信號(hào)以及強(qiáng)磁信號(hào)的監(jiān)測模塊，來主動(dòng)監(jiān)測是否存在竊電行為[2]。對(duì)于防竊電電表箱的硬件系統(tǒng)，可采取模塊化的設(shè)計(jì)思想，主要組成部分包括通信模塊、數(shù)據(jù)接口模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)模塊、電源模塊、控制器、攝像模塊及感應(yīng)模塊等，圖1為智能電表箱防竊電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 智能電表箱防竊電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從圖1可以看出，利用通信功能模塊，可以實(shí)現(xiàn)該硬件系統(tǒng)和遠(yuǎn)程服務(wù)器中的數(shù)據(jù)通信。攝像功能模塊則可以作為竊電取證系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成，通過該功能模塊，可以將現(xiàn)場的監(jiān)控圖片信息發(fā)送到控制器，并經(jīng)過處理之后進(jìn)一步發(fā)送到監(jiān)控人員的移動(dòng)終端設(shè)備上。但數(shù)據(jù)信息在通信傳輸?shù)倪^程中，應(yīng)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，確保數(shù)據(jù)信息在傳輸?shù)倪^程中，不會(huì)被非法篡改。時(shí)鐘電路模塊則可以記錄下智能電表箱出現(xiàn)異常情況的時(shí)間，存儲(chǔ)模塊則可以對(duì)采集到的各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行儲(chǔ)存，以便后續(xù)取證使用。

控制器功能模塊則是智能電表箱防竊電系統(tǒng)中的核心部分，通過分析和處理傳感器所采集到的數(shù)據(jù)信息，判斷是否出現(xiàn)了竊電行為，并將各個(gè)功能模塊相互之間協(xié)調(diào)連接起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電表箱的集中監(jiān)控，達(dá)到防竊電的目的[3]。同時(shí)智能電表箱中的控制器模塊，還具有觸發(fā)斷電與解鎖復(fù)電、觸發(fā)取證與告警預(yù)警等功能。當(dāng)智能電表箱檢測到存在竊電行為時(shí)，應(yīng)觸發(fā)出斷電信號(hào)，并觸發(fā)取證系統(tǒng)開始工作，記錄下相關(guān)證據(jù)，并發(fā)出遠(yuǎn)程預(yù)警信息。當(dāng)告警處理完畢之后，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程解鎖復(fù)電，給用戶恢復(fù)正常的用電。

3 防竊電智能電表箱中的取證系統(tǒng)

在供電企業(yè)的計(jì)量工作中，如果發(fā)現(xiàn)了竊電行為，需要及時(shí)掌握相關(guān)的竊電證據(jù)，在傳統(tǒng)的竊電取證過程中，取證難度卻較大。隨著物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)據(jù)及圖像信息采集方面存在著較大的優(yōu)勢，可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來開發(fā)出取證系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在應(yīng)用過程中，主要可以分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)應(yīng)用等多個(gè)不同的層次。在防竊電智能電表箱的開發(fā)中，可以嵌入取證系統(tǒng)，圖2為攝像頭取證系統(tǒng)的工作流程。

圖2 攝像頭取證系統(tǒng)的工作流程

從圖2可以看出，首先當(dāng)智能電表箱的箱門被打開之后，系統(tǒng)中的控制器根據(jù)所接收到的信號(hào)來初始化攝像頭，并進(jìn)入準(zhǔn)備錄像的狀態(tài)。由于在防竊電智能電表箱中，設(shè)置了門禁系統(tǒng)。當(dāng)電表箱門打開之后，通過門禁系統(tǒng)對(duì)操作人員的身份進(jìn)行識(shí)別認(rèn)證，只有身份通過認(rèn)證之后，才可以進(jìn)行下一步的正常操作，否則發(fā)出竊電預(yù)警信息，并使得攝像頭處于準(zhǔn)備錄像狀態(tài)。對(duì)于攝像頭模塊的啟動(dòng)信息，包括傳感器采集到的人體紅外信息、高頻電磁波、高頻磁場等，當(dāng)檢測到這些信號(hào)時(shí)，都可以作為攝像頭模塊的啟動(dòng)信息[4]。如當(dāng)人體紅外線傳感器采集到人體紅外信號(hào)之后，就可以發(fā)出啟動(dòng)攝像頭錄像信息，并開始正式錄像，留下視頻證據(jù)。當(dāng)人體紅外信號(hào)消失之后，則結(jié)束攝像頭錄像。

當(dāng)智能電表箱中的信號(hào)監(jiān)測模塊檢測到電場強(qiáng)度或者是磁場強(qiáng)度超過了控制模塊中所設(shè)定的閾值之后，也會(huì)主動(dòng)發(fā)生預(yù)警信息，提醒用電稽查人員對(duì)該電表箱進(jìn)行檢查，這些都是防竊電智能電表箱取證系統(tǒng)的基本運(yùn)行原理。同時(shí)防竊電智能電表在實(shí)際應(yīng)用中，也具有較為明顯的優(yōu)勢，如采用防竊電智能電表及取證系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)防竊電的主動(dòng)化，更好地維護(hù)供電企業(yè)計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。本文所分析的防竊電智能電表箱在實(shí)際的應(yīng)用中也取得了較好的應(yīng)用效果，配合取證系統(tǒng)的使用，對(duì)于違法竊電人員形成了一個(gè)較強(qiáng)的威懾[5]。經(jīng)過在某供電企業(yè)的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，使用該防竊電智能電表箱及取證系統(tǒng)之后，竊電行為明顯減少，售電量也得到了一定程度上的提高。并且還很好地解決了配電系統(tǒng)中的一些高電量損失線路問題，使得電力企業(yè)的整體線損率得到了減低，規(guī)范了電力企業(yè)的經(jīng)營。證明使用該防竊電智能電表箱及取證系統(tǒng)，不僅具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，還有力防范了竊電行為的發(fā)生，在計(jì)量領(lǐng)域中具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢[6]。

4 結(jié)語

通過應(yīng)用本文所分析的防竊電智能電表箱及取證系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)非法竊電行為的監(jiān)測、聯(lián)動(dòng)斷電、竊電取證、遠(yuǎn)程預(yù)警、違法處置、解鎖復(fù)電等一體化操作的閉環(huán)處理，提高對(duì)竊電行為處置的時(shí)效性和有效性。該防竊電智能電表箱及取證系統(tǒng)，可以在實(shí)際的電力系統(tǒng)計(jì)量中加以推廣應(yīng)用。