試析單相電子式防竊電電能表設(shè)計

王蕊 陰輝 田艷麗 馬翠平 徐興奇 李杰

摘 要：當(dāng)前，隨著用電設(shè)備越來越多，用電量越來越大，對電力系統(tǒng)的保障能力提出了更高的要求。受經(jīng)濟利益驅(qū)使，竊電行為也呈上升態(tài)勢，給電力企業(yè)造成了巨大損失。設(shè)計一款好的單相電子式防竊電電能表，能有效防范針對電能表的竊電行為。本文從分析目前竊電技術(shù)手段入手，分析單相電子式防竊電電能表的設(shè)計思路，以供參考。

關(guān)鍵詞：單相；電子式；防竊電；電能表；設(shè)計

隨著我國社會和經(jīng)濟的快速發(fā)展，對電力的需求呈現(xiàn)快速上升之勢，電力系統(tǒng)面臨著前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。與此同時，竊電行為屢禁不止，且有從普通居民向中小企業(yè)蔓延之勢。電力和經(jīng)濟的損失也水漲船高，給電力企業(yè)和國家都帶來了較大的負面影響。伴隨防竊電技術(shù)和手段的不斷改進，竊電技術(shù)和手段也越來越先進和隱蔽，給調(diào)查取證帶來了新的困難。因此，分析竊電行為的技術(shù)手段，并采取針對性防范措施，對防竊電行為具有重要意義。特別是針對通過在電能表上做手腳的竊電行為，設(shè)計一款單相電子式防竊電電能表，將有效防范通過電能表而進行的竊電行為。

1 當(dāng)前常見竊電方法

竊電行為的發(fā)生，主要是人們對電是商品的意識淡薄，還有竊電人法律意識淡薄，以及電力企業(yè)管理存在漏洞等原因造成的。竊電的方法有數(shù)十種之多，通過電能表的竊電行為最常見的有以下幾種：

1.1 欠壓竊電法

所謂欠壓竊電法，即故意采取措施改變電能表計量電壓回路接線或故意制造電壓回路故障，使線圈電壓失壓或減少，從而造成計量電量的減少，達到竊取電力的目的。其通常的手段是：使電壓回路開路、使電壓回路接觸不良、串聯(lián)電阻來降低電壓、改變電路接法等。

1.2 欠流竊電法

所謂欠流竊電法，即故意采取措施改變電能表計量電流回路接線或制造電流回路故障，使電能表的線圈無電流通過或者通過的電流減少，從而導(dǎo)致計量電量少計，實現(xiàn)其竊電的目的。其主要手段包括：使電流回路開路、使電流回路短路、改變TA的變比、改變電路接法等。

1.3 移相竊電法

所謂移相竊電法，即故意采取多種手段改變電能表的接線，或故意接入無相互關(guān)聯(lián)的電壓和電流，甚至用電感和電容等元器件改變線圈中的電壓、電流之間的相位關(guān)系，使電能表慢轉(zhuǎn)或倒轉(zhuǎn)，從而達成竊電目的。其主要措施有：改變電流回路接法、改變電壓回路接法、用變壓器或變流器附加電流、以外設(shè)電源使電表倒轉(zhuǎn)、以電感和電容移相等。

1.4 擴差竊電法

所謂擴差竊電法，即故意私拆電表并采用各種手法改變電表內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使電表本身的誤差擴大，以及利用電流或機械力損壞電表，破壞電表的運行條件，使電能表少計電量。其核心是通過改變電表的性能，通過擴大誤差以達到竊電的目的。其方法主要包括：改變電表結(jié)構(gòu)性能、用大電流或外力損壞電表、破壞電表的運行條件等。

1.5 無表竊電法

所謂無表竊電法，即竊電者故意在外部供電線路上私拉亂接，或者故意不經(jīng)過電能表直接用電。相對于前面4種竊電法，無表竊電性質(zhì)更為嚴重，可謂明目張膽地搶劫性竊電行為。不僅會造成供電企業(yè)的電力和經(jīng)濟損失，還會擾亂、破壞供電秩序，甚至導(dǎo)致傷亡事件和火災(zāi)發(fā)生。

2 單相電子式防竊電電能表設(shè)計

竊電與反竊電行為如影隨形，反竊電必須以防竊電為基礎(chǔ)。因此，對防竊電技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用越來越受到有關(guān)部門和電力企業(yè)的高度重視。隨著竊電技術(shù)水平越來越高，傳統(tǒng)的防竊電技術(shù)已難以滿足防竊電的需要。因此，開發(fā)新的單相式防竊電電能表就顯得尤為重要，本文通過采用AD7751芯片來分析單相電子式防竊電電能表的設(shè)計方法。

2.1 電能表芯片

對于一般電子式電能表，其測量原理基本相同。主要是通過對電壓和電流適時采樣，并對采樣數(shù)據(jù)進行分析和處理。AD7751是用CMOS工藝制成的高精度電能計量專用IC，可對50HZ或60HZ單相交流電進行電能計量。該產(chǎn)品完全符合國際電工委員會制定的IEC1036標(biāo)準(zhǔn)，它在500∶1的動態(tài)圍內(nèi)測量誤差小于0.3%。具有高精度、低功耗、可靠性強等特點，能將被測電功率轉(zhuǎn)換成頻率信號。其低頻輸出端可提供平均有功功率的信息，能直接驅(qū)動電度表中的電磁式計數(shù)器，亦可送單片機。校準(zhǔn)頻率信號則代表瞬時有功功率的信號，可作功率校準(zhǔn)用或接單片機，再利用單片機中的時器計算出被測電能。

2.2 硬件設(shè)計

硬件設(shè)計主要包括中央處理器CPU、時鐘電路、EEPROM存儲器電路和顯示電路。用戶的電壓、電流信號經(jīng)過采樣電路后，送入AD7751芯片，再通過單片機芯片處理，并通過顯示電路輸出。為防止竊電行為，還設(shè)計了時鐘電路，對竊電行為的時間、時長進行準(zhǔn)確記錄，以備查。EEPROM存儲器接入單片機芯片，其目的是用來存儲用戶的用電情況和竊電情況。

2.3 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件的主要作用是電能的計算與顯示、竊電情況的記錄與處理等。其主要由主程序、中斷程序，以及電費結(jié)算子程序、顯示子程序等組成。軟件設(shè)計時主要考慮結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計和模塊化設(shè)計，便于連接、調(diào)試、修改和移植。

綜上所述，傳統(tǒng)的防竊電方法越來越難以控制竊電行為的發(fā)生，而采用AD7751芯片設(shè)計的單相電子式防竊電電能表具有智能化、模塊化的特點，能夠有效記錄竊電行為發(fā)生的具體日期、時間和次數(shù)，并通過顯示程序顯示出來。其低成本、低功耗、高精度、防竊電的特性，決定了其應(yīng)用具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]魏雙雙，滕召勝，周良璋，等.一種新型的智能電能表設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2011，（10）：2587-2591.

[2]江嵐.電子式電能表的可靠性及改善措施研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2014.

（作者單位：國網(wǎng)山東省電力公司巨野縣供電公司）