基于大數(shù)據(jù)的用電評(píng)價(jià)與反竊電技術(shù)分析

唐婧璇

（國(guó)網(wǎng)鹽城供電公司，江蘇 鹽城 224000）

隨著竊電方式日益智能化、多樣化和科技化，電力公司的防竊電不能僅僅依賴傳統(tǒng)的反竊手段和落后的反竊設(shè)備，必須提高用電檢查新設(shè)備及新技術(shù)的智能化，從而使應(yīng)用更為方便、更為簡(jiǎn)單，功能更為完善、更為先進(jìn)。不管盜竊手段多么先進(jìn)、多么復(fù)雜、多么智能化，都可以對(duì)偷電行為進(jìn)行打擊，從而有效地預(yù)防偷電。現(xiàn)在市面上也有防竊電設(shè)備，利用載波原理，對(duì)電表進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，檢測(cè)用戶有沒(méi)有偷電行為。該儀器又大又沉，操作起來(lái)很不方便。臺(tái)區(qū)電能表中載波模塊眾多，要想把所有的電能表都檢查一遍，就必須在設(shè)備中安裝多個(gè)載波模塊。如果電能表的載波模組不同，則需要多次操作，導(dǎo)致檢測(cè)周期較長(zhǎng)，工作效率較低。自從智能表和電力采集系統(tǒng)普及后，智能載波表已經(jīng)具備了記錄電壓、電流和開(kāi)蓋記錄等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程通信的能力，但是，使用這種新技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的采集和分析，目前還沒(méi)有發(fā)展起來(lái)，只能靠手工操作，無(wú)法直接判斷竊電的方式，也無(wú)法自動(dòng)生成采集和統(tǒng)計(jì)報(bào)告，耗時(shí)耗力。因此，在當(dāng)前我國(guó)電力市場(chǎng)面臨的反竊電問(wèn)題日益嚴(yán)重的情況下，電力企業(yè)急需一種有別于過(guò)去的新型查竊電技術(shù)。

1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

本文以用戶評(píng)價(jià)和電力信息采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)了1 套以批量定位查竊器為核心的大規(guī)模竊電檢測(cè)系統(tǒng)。該設(shè)備的主要作用是對(duì)全臺(tái)區(qū)的低壓臺(tái)區(qū)各用戶的用電量進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)后臺(tái)的智能分析軟件對(duì)其進(jìn)行分析；通過(guò)分析軟件，從儀表上讀出電表的數(shù)據(jù)，對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，從而判定有無(wú)盜竊行為。通過(guò)自動(dòng)分析、判定數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷竊電嫌疑戶，通過(guò)系統(tǒng)中客戶檔案鎖定竊電嫌疑戶地址，有目標(biāo)性和針對(duì)性地開(kāi)展查竊。它具有很好的保密性能，而且不會(huì)引起偷電行為者的警覺(jué)，因此可以減少打擊偷電行為的成本，同時(shí)也能提高工作的效率。對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展具有重要作用。

1.1 體系結(jié)構(gòu)的基本原則

1.1.1 安全和可靠度

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選擇時(shí)，要保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1.1.2 易于管理和高效率

為了提高設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可靠性，提高訪問(wèn)終端的速度，高速率地持續(xù)運(yùn)行，降低管理的復(fù)雜性，對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

1.1.3 擴(kuò)展性

這種大規(guī)模的反盜系統(tǒng)，可以充分利用現(xiàn)有的技術(shù)擴(kuò)大系統(tǒng)的擴(kuò)展性，促進(jìn)系統(tǒng)整體升級(jí)。

1.1.4 標(biāo)準(zhǔn)

本系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造，主要根據(jù)下列技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

（1）本系統(tǒng)的主站與采集終端的數(shù)據(jù)傳送按照Q/GDW 376.1—2009《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議：主站與采集終端通信協(xié)議》的要求。

（2）抄表信息能滿足DL/T645—2007《多功能電能表通信協(xié)議》的抄表數(shù)據(jù)格式。

（3）在安全保護(hù)上，滿足電力用戶用電信息采集系統(tǒng)Q/GDW 377—2009《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)有關(guān)安全防護(hù)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。

（4）與集中器進(jìn)行通信，依據(jù)Q/GDW 376.2—2009《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議第二部分：集中器本地通信模塊接口協(xié)議》，對(duì)用電量進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)。

（5）它的工作原理是參考“線路故障錄波器”，能夠記錄、存儲(chǔ)電能表的操作資料，進(jìn)行分析、取證，可以記錄3 年以上的歷史資料。

1.1.5 先進(jìn)與實(shí)用

在充分運(yùn)用現(xiàn)有技術(shù)與裝備的基礎(chǔ)上，注重實(shí)際應(yīng)用，真正地提升了反竊工作的效果，減輕了現(xiàn)場(chǎng)工作人員的工作負(fù)擔(dān)。

1.2 系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)

從主站、通信和采集3 個(gè)層次對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了邏輯上的劃分，為以后各層次的設(shè)計(jì)思想提供了理論依據(jù)。系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

邏輯框架結(jié)構(gòu)描述如下。

（1）本系統(tǒng)的邏輯層由主站層、通信信道層和采集設(shè)備層3 層組成。

（2）主站層包括3 個(gè)主要模塊：批量定位查竊器、后臺(tái)智能分析軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)管理。批量定位查盜器與集線器通信，由集線器讀出集線器下電能表的資料，并完成協(xié)議分析，儀器記錄、存取電能表的資料；后臺(tái)智能分析軟件從儀表上讀出電能表的數(shù)據(jù)，對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，從而判定有沒(méi)有偷電行為。儀表讀出電表上的各項(xiàng)資料，包括電壓、電流、功率因數(shù)、相角、有功、無(wú)功、電能、開(kāi)蓋記錄、開(kāi)蓋時(shí)間和開(kāi)蓋表底等，能夠全面地分析判斷是否有竊電、負(fù)載異常、電流三相失衡及其他不正常情況。

（3）通信信道層是主站和采集裝置的連接，也是連接新站和終端的信息交流平臺(tái)。

（4）在系統(tǒng)的末級(jí)為采集裝置，其任務(wù)是對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的原始供電數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

1.3 體系結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分為3 個(gè)層面：主站、通信信道和現(xiàn)場(chǎng)終端，如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

（1）按占位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)分為3 個(gè)模塊：主站、通信信道和現(xiàn)場(chǎng)終端。

（2）從物理構(gòu)造上講，主站的網(wǎng)絡(luò)包括1 個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)和1 個(gè)應(yīng)用服務(wù)器，1 個(gè)磁盤(pán)陣列組合的1 個(gè)系統(tǒng)服務(wù)器，1 個(gè)大量的位置查找器。

（3）通信信道是指系統(tǒng)主站和終端間的通信信道，通過(guò)低電壓線路載波讀出電表中的數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、功率因數(shù)、相角、有功、無(wú)功、電能、開(kāi)蓋記錄、打開(kāi)時(shí)間和打開(kāi)蓋表底部等。

（4）現(xiàn)場(chǎng)終端是指由集中器、采集器等構(gòu)成的設(shè)備終端，其設(shè)置于工作場(chǎng)所。

2 設(shè)計(jì)原則

該系統(tǒng)由電源模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、載波模塊、I/O 模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、時(shí)鐘模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊組成。其構(gòu)造圖如圖3 所示。

圖3 反竊電系統(tǒng)的配置

該電源模塊與外部電源相連接，為系統(tǒng)提供電能，并設(shè)置了防止外接電源的突然變化，使設(shè)備能夠正常工作。

數(shù)據(jù)處理模塊包含加法器與乘法2 種功能，分別對(duì)電流取樣和電壓取樣進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并對(duì)其進(jìn)行比較和運(yùn)算；接受I/O 模塊輸出的控制命令，采集電流和電壓采集模塊。

載波模塊可使設(shè)備與檢測(cè)范圍內(nèi)的載波計(jì)進(jìn)行集中通信；采用低壓輸電線路作為通信媒介與終端設(shè)備之間的可靠數(shù)據(jù)傳輸，采用半雙工通信的方法，對(duì)電表中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行抄寫(xiě)（包括電壓、電流、電源故障和電源開(kāi)關(guān)等）。

I/O 模塊將數(shù)據(jù)輸入設(shè)備，并將設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出。I/O 模塊由LED 顯示屏組成，其像素為500×500，視窗容量不低于100 mm×100 mm，中文菜單顯示；該鍵盤(pán)由“0～9”“刪除”“返回”“上下左右”“確定”等17 個(gè)關(guān)鍵字組成。按鍵要靈活、可靠，沒(méi)有卡頓、接觸不良、擰緊不松。

數(shù)據(jù)采集模塊，與數(shù)據(jù)處理模塊相連，由4 條與功率集中器對(duì)應(yīng)的線路相連的采集電路組成。本系統(tǒng)可與單相表、三相表通信，對(duì)各臺(tái)用戶的用電量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括用戶電壓、用戶電流、用戶功率因數(shù)和用戶相角等。

數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊儲(chǔ)存作業(yè)系統(tǒng)或其他程式的暫態(tài)資料，儲(chǔ)存程式與試驗(yàn)資料；該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分主要由運(yùn)行存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器組成，該存儲(chǔ)器可以滿足大量用戶對(duì)電力的存儲(chǔ)需求，并且具有1 T 的硬盤(pán)容量。

該時(shí)鐘模塊采用RTC 時(shí)鐘模塊，其內(nèi)置的鈕扣電池能夠在斷開(kāi)電源的情況下為該芯片提供能量，從而確保準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)。

一種簡(jiǎn)易的測(cè)量竊電設(shè)備方法如下。

（1）在以5 s 為周期的電流取樣期間，持續(xù)地獲得在XXhour：XXsec到Y(jié)Ysec中的三相總電流值（Ub和IQ）。

（2）在連接到被檢查區(qū)域的任何零線連接的情況下，載波模塊每隔5 s 發(fā)送1 條零線，讀取被檢查區(qū)域中電能表的電流In，并用載波讀取檢查區(qū)域中的全部?jī)x表：①XXhour：XXhmin：XXhsec到Y(jié)Yhour：YYmin：YYsec時(shí)段中的電流值（I1，I2，I3，I4，…，In）；②斷電記錄；③打開(kāi)的記錄。

（3）將時(shí)間段內(nèi)采集的數(shù)據(jù)集（IaIb和Ic）、（I1，I2，I3，...，In）作為實(shí)例：由CPU 進(jìn)行交與運(yùn)算，計(jì)算時(shí)段中某一時(shí)刻所獲取的數(shù)據(jù)集，該模塊計(jì)算基礎(chǔ)電流值（Iα=Ia+Ib+Ic），和參比電流值其中，實(shí)時(shí)電流損失ΔI=Iα-Iβ。

（4）如果ΔI≥1A 或者ΔI＜A 且ΔI/Iα≥50%，該設(shè)備會(huì)發(fā)出警告，需要對(duì)掃描區(qū)域內(nèi)的儀表進(jìn)行進(jìn)一步排除，如果有對(duì)應(yīng)的打開(kāi)記錄，則對(duì)應(yīng)表進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)。

（5）如果ΔI＜1A 且ΔI/Iα＜50%，并且沒(méi)有任何開(kāi)蓋和斷電事件，則該區(qū)域的表計(jì)基本是正常的。

（6）可以用ΔP=ΔI×200 V 來(lái)估計(jì)損失功率ΔP 的計(jì)算。

該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊與集線板相連，對(duì)整個(gè)臺(tái)區(qū)下的用戶進(jìn)行采集，然后由數(shù)據(jù)處理器對(duì)其進(jìn)行分析，從而判定是否存在竊電行為。通過(guò)批量采集、分析，不僅提高了查竊工作的效率，擴(kuò)大了對(duì)偷電行為的調(diào)查，而且還減少了人力物力，消除了竊電帶來(lái)的不良影響。現(xiàn)場(chǎng)查竊無(wú)須逐一拆解用戶的電表，增強(qiáng)了查竊的保密性；并通過(guò)科學(xué)設(shè)定比較參數(shù)，由系統(tǒng)自動(dòng)分析用戶資料。通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)的分析，可以確定有沒(méi)有偷電行為，從而提高了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)偷電行為的識(shí)別能力。整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程如下。

（1）與臺(tái)區(qū)相連的集流器，能夠?qū)θ_(tái)區(qū)下的電力用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（2）將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理模塊，抽取出判定標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，并將其與數(shù)據(jù)處理模塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，由竊電分析軟件進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析與判定。一是對(duì)單、三相儀表的電壓資料進(jìn)行判定，以確定是否有電壓；二是單相負(fù)載，電流通過(guò)表計(jì)進(jìn)入負(fù)載，電流通過(guò)表計(jì)的零和火電流的數(shù)據(jù)，可以判斷是否外接線、加裝短路環(huán)、表計(jì)的電子元件等；三是產(chǎn)生三相電能表矢量圖，尤其是三相四線式電能表，并將其與常用的三相四線式互感器的測(cè)量計(jì)進(jìn)行比較，從而自動(dòng)判定故障點(diǎn)并產(chǎn)生竊電量。根據(jù)分析的資料，判定用戶有沒(méi)有偷電。

（3）若顯示的結(jié)果是，用戶存在竊電嫌疑，可以在輸出模塊內(nèi)的打印機(jī)上打印該用戶的信息，并將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊中，由此對(duì)該用戶的電力信息進(jìn)行注釋。

（4）若顯示的結(jié)果是，用戶不存在竊電嫌疑，則將數(shù)據(jù)更新后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，由此對(duì)該用戶用電信息進(jìn)行注釋。

該系統(tǒng)的操作流程如圖4 所示。

圖4 工作流程

3 系統(tǒng)的主要功能測(cè)試

通過(guò)該設(shè)備發(fā)現(xiàn)盜竊戶李某某，發(fā)現(xiàn)該表記錄的零和火電流存在很大偏差，被認(rèn)定為盜竊犯罪嫌疑人，現(xiàn)場(chǎng)檢查人員立即對(duì)其進(jìn)行了控制和檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)表外接線竊電的現(xiàn)象。利用鉗形電表重新進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)火線電流和電表上的火線電流并不相符，判斷有可能是用戶電能表上被人動(dòng)了手腳。打開(kāi)電能表蓋子，發(fā)現(xiàn)該用戶私自使用火線電流取樣。

在測(cè)試了該系統(tǒng)后，對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行如下分析。

（1）從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，該系統(tǒng)通過(guò)采集和分析用戶的用電量數(shù)據(jù)，并將其進(jìn)行比較和分析，以直觀的方式反映出用電量的實(shí)際狀況，實(shí)現(xiàn)了防竊電功能。

（2）由于采用載波技術(shù)來(lái)傳送用戶端的數(shù)據(jù)，對(duì)用戶的電力設(shè)備配置環(huán)境有一定的要求，因此需要在實(shí)踐中不斷改進(jìn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)過(guò)去單純靠人工進(jìn)行竊電分析的缺陷，本文提出了1 套查竊范圍廣、低成本、工作效率高、保密性高等一系列優(yōu)勢(shì)的防竊電系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)試證明該系統(tǒng)切實(shí)可行，可以在防竊電工作中大力推廣。