一種新型防竊電策略的研究與實現

，， ， ，

(國網資陽供電公司，四川 資陽 641300)

0 引 言

社會經濟增長對電能的需求日益增加，竊電行為卻始終存在，并成為影響社會經濟環境和供電企業利益的重大問題。據統計，中國一年由于竊電行為造成的損失高達200億元，而屢屢發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施損壞或人員傷亡，直接威脅整個電網的安全運行。近年來，利用高新科技的竊電技術層出不窮，竊電手段也出現多元化發展和隱蔽性態勢，甚至成為一整套產業化生產鏈。從電能表外使用高仿鉛封、加裝反檢查繼電器模塊與延時電容，到電能表內焊接二極管進行半波整流、主動分斷電路改變相位等，無不體現“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備，并加裝成套監測模塊，對現行電路構架進行深度改造，以達到可監測、可管理的目的；或者建立新的防竊電信息系統，增設特有通訊信道，經過后臺特定數據庫處理環節，與現有供電企業的業務系統進行接口設計以達到信息與資源共享。但以上兩方面，無疑增加了系統投資與運營成本，且未因地制宜，充分運用好現有的系統資源與硬件設施，造成了不必要的浪費。

1 策略研究的問題背景

用電信息采集系統是建設智能電網的關鍵部分，同時也是物理基礎，其涉及方面包括傳感器技術、電能計量技術、通信技術、數據庫技術等，主要能實現電力用戶數據采集、數據檢索、數據分析和數據管理，為供電企業各項業務提供可靠的技術支撐；同時也能方便供電企業與電力用戶進行雙向溝通、廣泛互動，從而實現提高供電電能利用效率，優化電網能源結構的最終目的[4-5]。

專變采集終端是供電企業依托用電信息采集系統推進“全覆蓋”、“全采集”、“全費控”進程中利用到的一種常見的用電信息采集設備，具有集成度高、技術先進，測量準確等優點。遠端普遍采用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，能實現電能表歷史和當前數據采集、電能表運行情況監測、事件記錄與報警、電能異常監測以及遠程關斷控制。其具有單獨的交流采樣信號回路，能完成電流信息的采集與上傳，主要使用場合多數為專變臺區[6-8]。

專變臺區用戶竊電行為相比公變臺區來說具有更明顯的隱蔽性和大電量性。一般情況下，專變用戶計量設備因其變壓器所屬性質會一同安裝在其廠區內，為供電企業用電檢查人員進行防竊電偵查帶來諸多不便；并且由于生產特性與規模，往往使得竊電追補金額數以萬計：所以專變臺區竊電治理必須防微杜漸，從防做起，對竊電苗頭進行有效監控和處理。

專變臺區配電柜一般會存在3種類型的CT，即計量CT、測量CT和保護CT。這3種CT的用途分別為：計量CT主要是將電流信息反饋給計量裝置(如智能電能表)，用于供電企業電能結算，一般準確度等級為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，一般準確度等級為0.2或0.5；保護CT主要是將故障電流信息反饋給繼保裝置(如保護動作開關)，用于切斷故障電路，保護供電系統安全，一般準確度等級為5 P或10 P。3種CT雖各自用途不同，但通過實際比較，計量CT和測量CT從準確度等級和安裝位置兩方面來看都最為接近，而保護CT由于準確度等級不夠且涉及到繼保裝置動作問題，如果更改接線將會產生更多不必要的工作量[9-10]。

基于以上問題，結合專變臺區的竊電防治工作，深度揣摩竊電者的心理，提出了一種現實可行且耗費較小的監控方法。通過現場搭建實驗平臺，充分利用成熟的用電信息采集系統平臺以及廣泛投用的專變采集終端，對專變臺區配電柜進行改造，選擇接入配電柜自帶的測量CT，與計量CT電量信息進行有針對性的實時比對，從而實現竊電防治的雙保險機制。

2 實時監控的平臺搭建

實現實時監控的平臺搭建如圖1所示。但根據專變臺區的現場計量裝置安裝位置情況可以分為兩種現場硬件搭建接法：“高供高計接法”和“高供低計接法”。

圖1 系統構架

2.1 “高供高計”接法

針對“高供高計”的專變臺區，計量裝置一般選用三相三線智能電能表，電能表規格為“3×100 V、3×1.5(6)A”，電能表、計量CT、計量PT以及專變采集終端均安裝在高壓室，其中計量CT數量為2個，串接在A相和C相，計量PT數量為2個，采用“V-V”接法并入電路，PT二次側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，數量為3個，分別串接在A、B、C三相上。考慮到實際設備及環境情況，應分為兩種類型來改造。第1種類型如圖2所示，具體為計量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，但需單獨布線從低壓室引線至高壓室，對戶外預裝式箱式變電站可采用這種方法，缺點是布線距離較長，對測量精度可能會帶來影響。第2種類型如圖3所示，具體為將計量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量CT的其他繞組(通常為測量用繞組)獲取，需要單獨布線，但距離較短，可適用于戶外預裝式箱式變電站或配電室，缺點是需要采購并更換計量CT，有一定的資金耗費。

圖2 “高供高計”且計量CT不帶多抽頭或多繞組

2.2 “高供低計”接法

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

圖3 “高供高計”且計量CT自帶多抽頭或多繞組

2.3 改造接法特點分析

表1 改造接法特點分析

3種方法各有優缺點，在實際勘查之后可以根據現場情況靈活運用，選擇最合適的改造接法，完成竊電監控平臺的硬件搭建。

3 系統建設及分析方法

專變采集終端可從測量CT或計量CT的測量繞組獲取第2組電流信號，通過終端自帶的表計特性計算得到的電量信息，原理如圖5所示，再與電能表計算得到的電量信息進行多次比對，從而為計量裝置是否存在故障或專變用戶是否存在竊電行為提供可靠參考。

圖5 專變采集終端計量原理

3.1 “高供高計”且計量CT不帶多抽頭或多繞組情況分析

根據常見的DYN11型配電變壓器特性，圖1中變壓器高壓側相電流與低壓側相電流關系滿足：

(1)

式中，N為變壓器變比。

在三相電壓對稱，三相負荷平衡的條件下，電表計算得到的電量為

W1=[Uab×Ia×cos(30°+θ)+

Ucb×Ic×cos(30°-θ)]×t

(2)

式中：Uab、Ucb為高壓側線(相)電壓；Ia、Ic為高壓側相電流；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、為高壓側線電壓；Ia′、Ic′為低壓側線(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，所以高壓側相電壓與高壓側、低壓側相電流的夾角均相同。

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

(4)

(5)

式中：N1為計量CT倍率；N2為測量CT倍率。聯合式(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行如式(6)校正后再與電能表得到的電量信息進行多次比對，就能夠較準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。

3.2 “高供高計”且計量CT自帶多抽頭或多繞組情況分析

在三相電壓對稱，三相負荷平衡的條件下，電能表計算得到的電量為

W1=[Uab×Ia×cos(30°+θ)+

Ucb×Ic×cos(30°-θ)]×t

(7)

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

同樣情況下，專變采集終端計算得到的電量為

W2=[Uab×Ia′×cos(30°+θ)+

Ucb×Ic′×cos(30°-θ)]×t

(8)

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

根據電流互感器特性，圖2中電流互感器一次側電流與二次側電流關系滿足：

(9)

(10)

式中：N1為計量CT倍率；N2為測量CT倍率。聯合式(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行如式(11)校正后再與電能表得到的電量信息進行多次比對，即可較為準確地判斷出是否存在電量異常情況。

3.3 “高供低計”情況分析

在三相電壓對稱，三相負荷平衡的條件下，電能表計算得到的電量為

W1=[Ua×Ia×cosθ+Ub×Ib×cosθ+

Uc×Ic×cosθ]×t

(12)

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

同樣情況下，專變采集終端計算得到的電量為

W2=[Ua×Ia′×cosθ+Ub×Ib′×cosθ+

Uc×Ic′×cosθ]×t

(13)

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

根據電流互感器特性，圖3中電流互感器一次側電流與二次側電流關系滿足：

(14)

(15)

式中：N1為計量CT倍率；N2為測量CT倍率。聯合式(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行校正后可與電能表得到的電量信息進行多次比對，進而能夠發現該專變用戶是否存在電量異常情況。

3.4 SG186系統及用電信息采集系統建設方法

在現場硬件設備搭建完成之后，需要對專變采集終端進行調試，調試流程見圖6。由于各廠家終端邏輯上默認自身設備為“測量點01”，所以必須通過修改參數將“測量點01”強制開啟并設置為交流采樣模式，電能表地址設置為終端的邏輯地址，這樣才可實現終端的計量功能。

圖6 終端硬件調試

在SG186系統中新建考核類型的虛擬用戶，該用戶下計量點設置為考核類型的虛擬電能表，并掛接在供異常監控用的虛擬臺區下，最后進行采集系統資源同步，如圖7所示。

圖7 SG186系統搭建

可在用電信息采集系統“用戶自定義群組”中添加需要監控的實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”功能界面可實現表碼逐日跟蹤，或“電量查詢”功能界面實現異常時段內的電量跟蹤，具體流程見圖8。

圖8 用電信息采集系統搭建

圖9 現場裝置實物

4 現場實驗驗證

以轄區內某異常專變臺區進行實際安裝驗證，經過現場勘查后發現，該臺區變壓器容量為800 kVA，采用“高供低計”的計量方式，計量電能表為DTZY832-Z型三相四線費控智能電能表，電能表規格為“3×220 V/380 V、3×1.5(6)A、50 Hz”，準確度等級為有功1.0級，無功2.0級。采集設備為FKGA23-WFET1000型專變采集終端，終端規格為“3×220 V/380 V、3×1.5(6)A、50 Hz”，準確度等級為有功0.5級，無功2.0級；計量CT變比為1200/5，準確度等級為0.2 S級；測量CT變比為1200/5，準確度等級為0.5 S級。由于計量CT與測量CT變比相同，根據“高供低計”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行實際電量的異常跟蹤。

根據現場情況進行改造，將測量CT接入專變采集終端，完成終端上線調試和系統檔案維護工作，然后對該專變臺區進行多日電量信息監控，圖9為現場裝置實物圖，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、計量CT、測量CT。

1)該臺區連續7 d的電量數據如表2所示。

表2 7 d電量數據對比

通過計量電能表得到的電量數據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的實驗標準偏差為

≈23.345

(18)

通過采集終端得到的電量數據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的實驗標準偏差為

兩者7 d時間內的平均電量數據相對誤差為

=1.12%

(21)

同時兩者實驗標準偏差的相對誤差為

=-1.499%

(22)

δ1和δ2均滿足實際監控的誤差要求，由此可見這種方法能夠達到精準監控專變用戶電量數據異常變化的目的。

2)對比計量電能表計和采集終端3月8日全天的電量數據，數據密度為每小時采集1個數據。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量電能表計電量信息的跟蹤任務，兩者數據誤差較小，能夠實現用戶電量異常監控的目的。

3)對比計量電能表計和采集終端中記錄的三相電流數據，數據密度為每小時采集1個數據。通過繪制A相電流比對曲線(如圖11所示)可知，采集終端也可實現電流信息的有效跟蹤，且相對誤差較小，可以用來監控用戶的電流異常。

由于測量CT隱藏在配電柜中，且組數較多，不易發覺，當用戶擅自更改計量CT、智能電能表接線時，用電信息采集系統會監測到兩者電量差異變化，從而監控人員能夠較快發現竊電異常，同時通過專變采集終端獲取的第2組電量數據能夠為竊電處罰及電量追補提供可靠依據。

圖10 3月8日全天電量數據對比

圖11 3月8日全天電流數據對比

在后續的監控過程中，通過對比發現及時查處了該用戶間歇性繞越計量裝置進行竊電的行為，為供電企業追回了電量電費損失。而實際工作中，這種新型防竊電策略也得到了區域性推廣，在異常監控和降低線損率方面取得了一定成效。

5 結 語

根據專變臺區的現場實際情況，利用專變采集終端的交流采樣功能，聯合測量CT組成第2套測量回路，與專變用戶本身使用的電能表、計量CT組成計量回路形成可靠對比，通過實驗中兩者傳回數據的綜合分析，驗證了該策略的有效性和合理性。從整體推廣的角度上看，其具有的主要優勢如下：

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

2)充分利用竊電心理，在計量裝置背后設置第2道防線，由于測量CT的組數較多、位置隱藏，并能夠為竊電處理和追補提供可靠數據支持；

3)充分利用系統資源，如用電信息采集系統，不需要專門開發新的監控系統，利用現有的通訊主站，在終端上線調試完成之后，即可進行每日異常監控。