一種新型用電管理與監察系統設計

田 波，馬天順，張富春，張 凱，董興華

(秦皇島供電公司，河北 秦皇島066000)

一種新型用電管理與監察系統設計

田 波，馬天順，張富春，張 凱，董興華

(秦皇島供電公司，河北 秦皇島066000)

針對現存的幾種主要的竊電方式，設計了一種新型的用電管理與監察系統。該系統通過三相高壓無線采集器采集配電變壓器高壓側電流，并通過多功能負控終端采集二次側電壓、電流；利用竊電專家分析系統進行竊電現象、竊電方式的識別，便于用電稽查人員快速查處竊電行為。最終，以淮北電力公司查處的某起欠流型竊電案例為例，驗證了該用電管理與監察系統的有效性。

竊電方式；用電管理與監察；無線采集器；專家分析系統

0 引言

長期以來，由于利益的驅使，一些用戶利用各種手段從供電系統中竊取電量[1-4]。統計資料顯示[5]，安徽電力有限公司每年被竊取的電量超過2億kW·h，折合人民幣幾千萬元。竊電行為嚴重損害了電力企業的合法權益，影響了電力生產的正常進行。因此，及時有效地防范竊電行為對維護電力企業自身利益、營造和諧的企業與客戶關系有著重要的現實意義。

目前，防竊電技術已形成了初步的理論系統與豐富的實踐經驗。文獻[6]設計了一種防竊電裝置，該裝置通過對一次側、二次側電量信息進行采集，根據采集數據形成兩條負荷曲線，利用兩條曲線的差異判斷竊電行為；文獻[7]提出了一種基于無線通信的防竊電系統設計思路，通過竊電分析專家系統可以及時發現竊電行為；文獻[8]研究了一種配變監控系統的防竊電功能，該技術能夠為判斷竊電行為提供可靠依據。上述文獻極大地豐富了防竊電技術體系，但是由于竊電方式的多樣化與不斷演進，防竊電技術仍然具有很大的研究空間和應用價值。

基于現有研究成果，本文設計了一種新型用電管理與監察系統，該系統能夠通過采集配電變壓器一次側電流數據，并結合智能電能表的有關信息有效地識別竊電行為、竊電方式，方便用電稽查人員及時對竊電現象進行處理。

1 現有竊電方式

從現場情況來看，竊電的方式多種多樣[9]，但是，如果對現場發現的各種竊電方式進行系統總結，都可以從電能計量的基本原理上對其加以解釋。電能計量所依據的基本公式如下：

P=UIcosφ

(1)

式中：P為電能表計量的有功功率；U為接入電能表的電壓值；I為接入電能表的電流值；φ為功率因數角。

通過公式(1)可以看出，改變電壓、電流、功率因數角3個要素中的任何一個，都可以改變電能表計量的有功功率，從而達到竊電目的。常見的竊電方式主要有欠壓法、欠流法、移相法、擴差法以及分流法。

(1)欠壓法竊電方式。欠壓法竊電主要是通過改變電能表電壓回路的正常接線，造成電壓回路欠壓或失壓而達到竊電目的。

(2)欠流法竊電方式。欠流法竊電主要是通過改變電能表電流回路的正常接線，造成流入計量設備的電流減少而達到竊電目的。

(3)移相法竊電方式。移相法竊電通過改變電壓回路或電流回路接線、利用外部電壓或電流、利用電感或電容等方式使得電能表少計或者倒轉。

(4)擴差法竊電方式。擴差法竊電是指通過改變電能表內部結構、改變互感器變比、改變互感器運行狀態等方式擴大電能表計量誤差進而達到竊電目的。

(5)表前分流法竊電方式。即在電能表之前私自接線用電從而使電能表少計電量。

2 新型用電管理與監察系統總體設計

本文提出的新型用電管理與監察系統總體設計如圖1所示。

圖1 新型防竊電系統總體設計

該新型用電管理與監察系統主要由三相高壓無線采集器、無線接收器、竊電分析專家系統等部分組成。其工作原理為：三相高壓無線采集器采集高壓側電流數據，并通過無線信道將采集的電流數據傳輸給無線接收器；無線接收器通過RS485通信方式實現與用電管理終端的信息交互；用電管理終端通過已有的信道將無線接收器與多功能負控終端傳來的數據上傳到用電營銷自動化系統主站，并經過交換機將數據提交給竊電專家分析系統；竊電專家分析系統通過預置判據分析用戶是否存在竊電行為，如果存在，則給稽查人員發送報警信號。

3 竊電專家分析系統

該新型用電管理與監察系統結構中，竊電專家分析系統是主要的功能實現單元，其具體的竊電行為分析流程如圖2所示。

圖2 竊電行為分析流程圖

竊電專家分析主要的依據包括竊電初始判據與竊電方式判據，其中竊電初始判據用于判斷用戶是否存在竊電行為，而竊電方式判據用于判斷發現用戶存在竊電行為后進一步對竊電方式進行判定，以便于用電稽查人員快速準確地查處竊電行為。通過前文可知目前存在5種主要的竊電方式，其中對于擴差法與表前分流竊電法，主要是通過硬件措施進行防范，如采用專用計量箱、加裝防撬鉛封、封閉變壓器低壓出線端至計量設備的導體等，因此目前擴差法與表前分流竊電法已經得到了有效遏制；另外一方面，用電稽查人員很容易通過觀察法及時發現采用這兩種方式的竊電行為，所以不需要設置專門的判據對這兩種竊電方式進行識別。

對于理想變壓器，有：

(2)

式中：p1為理想變壓器一次側有功功率；p2為理想變壓器二次側有功功率。

3.1 防竊電初始判據

根據電路的基本原理，配電變壓器一次側功率等于二次側功率與配電變壓器損耗之和。為了便于分析，首先忽略配電變壓器損耗，即將配電變壓器視為理想變壓器，理想變壓器電路如圖3所示。

圖3 理想變壓器電路

經單相理想變壓器的功率情況加以推廣，可以將三相配電變壓器視為3個理想變壓器組合，則有：

(3)

uAiA+uBiB+uCiC=uaia+ubib+ucic

(4)

在正常運行狀態下，電壓近似恒定，那么:

(5)

即:

(6)

考率到變壓器損耗，正常用電的判據為:

(7)

由于三線三相制接線不用測量B相電流，又由于ia+ib+ic=0，故對上述判據進行調整，有:

(8)

如果電能計量裝置中裝有電流互感器，則需要在二次側補乘電流互感器的變比。

式(6)、式(7)中，m的取值必須適當，經過現場實際經驗以及試驗測試，m的值取0.3。較為合適。

如果竊電專家分析系統檢測到高、低壓側電流值滿足上述判據，則啟動竊電方式程序，對于用戶的竊電方式做進一步的判斷。

3.2 防竊電方式判據

(1)欠壓竊電方式判據

電能表的接線方式分為三相三線制與三相四線制，下面就兩種接線方式下的欠壓竊電方式分別進行討論。

圖4 三相三線制接線方式

對于三相四線制接線方式，三相電能表可以看作是三個單相電能表的組合，因此可以將三相電壓幅值分別與閾值進行比較，如果某相電壓小于閾值，則認為該相斷路。同樣，閾值設定為額定電壓值的十分之一。

(2)欠流竊電方式判據

通過文獻[10]可知，當用戶采用欠流法竊電時，電能表測得電壓值與變壓器二次側電流值的比值會有一個顯著的變化，根據電壓電流二者比值的變化，就可以準確判斷出用戶是否存在竊電行為。

(3)改變功率因數竊電方式判據

4 算例分析

以淮北電力公司查處的某一起欠流型竊電案例為例，驗證該防竊電系統的有效性。專用配電變壓器額定容量為630 kVA，配電變壓器變比為10/0.4，電流互感器變比為1 000/5，電壓互感器變比為400/100，電能表接線為三相三線制，采集到的異常數據如表1所示，報警前一時刻的正常數據如表2所示。

表1 異常數據

表2 報警前一時刻的正常數據

由于該電能計量裝置通過電流互感器接入系統，所以正常用電判據為：

式中：n1為電流互感器變比。

根據報警前最后一次的采樣數據，可得A相電能表測量電壓與變壓器高壓側電流的比值為101/2.56=39.45，采樣異常時A相比值為102/11.6=8.79，兩者差距顯著，所以存在A相欠流竊電現象；同理，報警前C相電能表測量電壓與變壓器高壓側電流的比值為101/0.51=66.89，采樣異常時A相比值為102/10.1=10.1，兩者差距顯著，所以也存在C相欠流竊電現象。

通過上述案例可知，該系統能夠有效地判別竊電現象以及具體的竊電方式。

5 結論

本文提出了一種新型用電管理與監察系統，該系統的優點在于：

(1)能夠及時發現用戶的竊電行為；

(2)發現用戶的竊電行為后，依據竊電方式判據可以判別具體的竊電方式，方便用電稽查人員快速查找竊電點。

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[3]萬忠兵,趙智輝.無線防竊電系統研制及應用[J].四川電力技術，2012,35(4):77-79.

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[6]趙兵, 呂英杰, 鄒和平. 一種新型防竊電裝置的設計[J].電力保護與控制,2009，37(23):116-118.

[7]馮凌, 侯興哲, 孫洪亮，等. 基于無線通信的防竊電系統設計[J].電測與儀表,2011，48(6):54-57.

[8]周未, 朱瑞德, 王金全. 基于GSM網絡的防竊電實時監控系統方案探討[J]. 電力自動化設備,2004，24(2): 64-66.

[9]王偉能,王志強,楊帥.智能電能表中竊電與防竊電技術分析[J].湖南電力,2012,32(5):30-31.

[10]陳騰飛. 基于用電信息采集系統的竊電在線稽查裝置的開發應用[D].保定:華北電力大學,2013.

Design of a New Electricity Management and Supervision System

TIAN Bo, MA Tianshun, ZHANG Fuchun, ZHANG Kai, DONG Xinghua

(Qinhuangdao Power Company,Qinhuangdao 066000, China)

Aiming at the existing major ways of power stealing, a new type of electricity management and supervision system is designed and presented in this paper. The current of high-voltage side of the transformer is collected by the three-phase high-pressure wireless acquisition device, while the voltage and current of low-voltage side are collected through a multi-function load control terminal. The mode of power stealing is identified by an expert system, which is helpful for electricity inspectors to investigate the behavior of power stealing. Eventually, an under-flow pattern case of power stealing is selected to verify the effectiveness of the electricity management and supervision system.

stealing electric energy ways; electricity management and supervision; wireless acquisition; expert analysis system

2015-10-25。

田波(1980-)，男，工程師，研究方向為配電網規劃， E-mail:2679494345@qq.com。

TM761

A

10.3969/j.issn.1672-0792.2016.02.006