電能表典型采樣電路的竊電及差錯電量分析

曹 暉

(國網湖北省電力公司鄂州供電公司營銷部,湖北 鄂州 436000)

居民用電量逐步增加,部分用戶通過各種方式竊電,這種行為不僅造成電力資源損失,還會損壞電力設施,影響電網的安全運行。探討了一種典型采樣電路的電能表竊電行為,以核算差錯電量,為制定防竊電措施提供依據,促進電力系統的平穩發展。

1 多功能電能表采樣電路工作原理

三相三線多功能電能表的基本工作原理如下:對于A相采樣電路而言,選擇新一代電流互感器作為電流傳輸路線,將其整合到I/U轉換電路內,轉變為電壓信號,再運輸并儲留到計量芯片中,芯片基于一定算法得出實際的采樣電流。I/U電路有4個阻值大小相等的采樣電阻,即R102、R103、R105、R106,阻值均為10 Ω,電能表配備了2個低通濾波電路,分別由R101與C101、R104與C102組成,R101、R104阻值同為1.2 kΩ,C101、C102容值都是0.01 μF。假定A相電路電流為IA,整合進電流互感器內被轉變成Ia,I/U電路執行電流信號的轉換過程,最后計量芯片的輸入電壓為[1]:

U=(R102+R103)Ia

(1)

輸入計量芯片的電壓與輸入電流兩者存在明確的線性關系,即輸入電流越大,電能計量越多。

2 常見的竊電方式

目前主要運用電能表測量電能大小。近些年,智能電能表得到了廣泛應用,已成為電網工程項目的重要組成,其主要由各種電子元器件構成,可對電網電流及電壓進行智能化采樣處理,以脈沖形式輸出電能,將整個電網智能電表的脈沖信號轉變成電流能量輸送給用戶,利用智能電能表竊電主要有以下幾種方式:

2.1 欠壓法

可運用欠壓法獲得竊電判定結果,運用虛假接入電能表的電壓線圈,使二次回路的接線端口出現松動,基于電阻分壓原理將其串聯到正常的電壓回路內,使電網電壓的二次回路出現不同程度的損壞,根據這種竊電形式、特點制定相應的防竊電辦法,對失壓及欠壓進行控制。運用竊電軟件進行檢測,如果測得電網電壓值在設定數值內卻有電流通過,則可認定存在失壓竊電行為,若發現電網電壓值處于設定范圍內,則存在欠壓竊電行為。

2.2 欠流法

這種竊電行為通常采用短接方式處理電能表內分布的電流線圈端口,采用虛假接入方法或破壞電流線圈的接線位置,損壞TA端口,使電網中的電流回路出現短路。需提升竊電防范的針對性、實效性,在線圈內設置短路、開路專用線路,實時、動態地監測電網線圈運轉狀況,當出現異常時快速判定是否存在竊電行為,完整、詳細地記錄異常狀況。

2.3 移相法

此竊電方式包括電壓移相、電流移相兩種類型。電壓移相竊電法是反向連接電能表的電壓線圈位置接口,導致電壓回路陷入反向連接狀態,即錯相接線。電流移相竊電法是反向連接電能表電流線圈的位置接口,造成電流回路反向連接并出現反相及錯相情況。為防治移相電壓竊電行為,需查電能表的電網電壓回路,若存在反相錯接問題,說明人為改變了相鄰電壓之間的相序,檢測探查相序有差異時,可斷定發生了竊電行為,應加強防控力度。由于竊電行為造成原有的相鄰相位間的電流關系出現異常改變,如果發現電流間的相角處于不合理的范圍內,則可斷定出現了竊電行為。

3 竊電狀態下的電量計算公式

觀察竊電的電能表電路板,A、C兩相電路內都裝設了插式電阻,采樣電路加裝電阻后,通過電阻R102及R103的電流均減少,輸入計量芯片內的電壓減少,出現了電能計量異常情況。

3.1 A相異常計量分析

A相采樣電路內加裝了51 Ω電阻,將其并聯在I/U電路的電流輸入端。假設A相電流電流是IA,通過互感器轉變成Ia,I/U電路再行轉換后輸入計量芯片的電壓為[2]:

(2)

電力系統正常運作時,將相關參數代入式(1),精準算出輸入計量芯片內的電壓量值,加裝51 Ω電阻后,芯片的輸入電壓減少,大約是正常電壓的56%,即U′/U≈56%,A相電路的電流誤差理論值為-44%。

3.2 C相異常計量分析

對電能表C相、A相采樣電路運用相同的整改策略,將外接電阻加裝在C相電路上,測定出R302開路。圖1是具體的工作原理。

圖1 外接電阻加裝到C相電路上且R302維持開路狀態的原理Fig.1 Principle of adding anexternal resistor to a C-phase circuit and R302 maintaining an open state

對于電能表C相內通過的電流IC,電流互感器將其轉變成IC,I/U電路被轉換后輸進計量芯片的電壓可用下式計算:

U′=RIC

(3)

正常狀況下輸進計量芯片的電壓為:

U=(R302+R303)IC

(4)

C相采樣電路改造投用后,輸入計量芯片的電壓顯著增多,大約是正常值的2.55倍,有U′/U≈255%,C相電流誤差的理論值達到155%。

4 竊電狀態下差錯電量核算

采集電能表中過往某一時間段中的負荷曲線數據,分析數據后發現電能表計量異常主要經歷以下幾個階段:

4.1 階段I

將51 Ω電阻添加到電能表C相電路內。電網正常運行狀態下本體能實現負荷平衡,PA=PC。因為無法實測電能表的電流總誤差,為方便后續分析,認為C相、A相電路并聯電阻后的分相誤差值一致,據此推導出階段I中A相功率基本誤差的具體值,即r1=-44.6%,關于C相功率大小,可基于下式計算[3]:

(5)

測求出階段I電能表差錯電量的更正系數為:

(6)

式中,P、P1分別代表電能表正常運作、C相并聯電阻后的總功率。

結合電能表呈現出的正向有功總電量計算出階段I不同時間段抄錄電量累計值。式(7)、式(8)、式(9)分別能運算出電量Q、差錯電壓ΔQ、電度電費A的具體值:

Q=抄寫電量×倍數

(7)

ΔQ=(K1-1)Q

(8)

A=ΔQ×執行電價

(9)

式中,Ki為階段i電能表差錯電量對應的更正系數。

4.2 階段II

C相電路內電阻R302受損。假設正常工況中能得到負荷平衡關系,PA=PC。但很難測定該階段竊電電能表的總誤差,推算出C相功率的基本誤差r2=146.4%,C相功率大小為[4]:

(10)

階段II電能表差錯電量的更正系數為:

(11)

式中,P2表示C相電路電阻R302受損時電能表的總功率。

4.3 階段III

在原基礎上給A相采樣電路加裝51 Ω電阻。假定電力系統正常運轉過程中達到了負荷平衡狀態,總功率為P,此時階段III內電能表差錯電量的更正系數為:

(12)

式中,P3表示電能表A相相加裝電阻后的總功率。

綜上,電能表的總差錯電量為:

ΔQ總=ΔQ1+ΔQ2+ΔQ3

(13)

5 試驗檢驗

結合計量檢定規程,用三相電能表專用檢定裝置檢定分析竊電電能表的基本誤差。其中,三相平衡負載的正向、反向有功基本誤差見表1[5]。

表1 三相平衡負載的正向、反向有功基本誤差

檢定結果與A、C兩相電流誤差理論值之間大體持平。階段I差錯電量共少計量8595.6 kWh,階段II、III差錯電量分別共多計量155 794.8 kWh、58 449.4 kWh,階段III的差錯電量見表2。

表2 階段III的差錯電量統計

總差錯電量ΔQ總=Q1+Q2+Q3=-205 648.6 kWh。電能表計量異常期間多計電量總共為205 648.6 kWh,電能表的基本誤差試驗檢定結果與累計電能量均契合基于公式計算所得的電能數據。

6 防竊電技術方法

可為居民用戶配置集中裝或全封閉表箱,相當于使用線進管、管進箱、箱加鎖等反竊電手段,實現人、電能計量表的分離,對部分用戶接觸電能表與二次線的行為產生一定的遏制作用。

對高壓用戶的電能計量裝置進行技術改造,加裝高壓計量箱,熱縮套封閉組合互感器一次側,以防人為因素造成一次接線端子短路而竊電,為二次回路運用鎧裝導線,在全封閉式表箱中規范安裝電能表、接線盒等設施,使整個電能計量裝置達到全封閉。

對低供低計的用戶使用計量箱或柜對電能計量裝置進行一次全封閉處理,以防竊電。

加強用戶群賬號管理。不同電力用戶的用電需求差異較大,需對用戶采用分類管理辦法,有效調度電力資源,增加供電服務品質。按照不同用戶的用電性質、用電數量及所處位置等進行劃分,設置差異化用電量核算體系、計費方式及費控方案等。合理劃分電力用戶群,提高供電服務品質。

7 結束語

探討了一種電能表采樣電路的工作原理,分析竊電工況下電量計算及差錯電量核算等問題,推導得出相應的方法,通過試驗證實理論數據與試驗驗證數據之間具有較高的一致性,以有效實施反竊電技術措施,提供優質的電力服務。