一种新型用电管理与监察系统设计

田　波，马天顺，张富春，张　凯，董兴华

(秦皇岛供电公司，河北 秦皇岛066000)



一种新型用电管理与监察系统设计

田波，马天顺，张富春，张凯，董兴华

(秦皇岛供电公司，河北 秦皇岛066000)

摘要：针对现存的几种主要的窃电方式，设计了一种新型的用电管理与监察系统。该系统通过三相高压无线采集器采集配电变压器高压侧电流，并通过多功能负控终端采集二次侧电压、电流；利用窃电专家分析系统进行窃电现象、窃电方式的识别，便于用电稽查人员快速查处窃电行为。最终，以淮北电力公司查处的某起欠流型窃电案例为例，验证了该用电管理与监察系统的有效性。

关键词：窃电方式；用电管理与监察；无线采集器；专家分析系统

0引言

长期以来，由于利益的驱使，一些用户利用各种手段从供电系统中窃取电量[1-4]。统计资料显示[5]，安徽电力有限公司每年被窃取的电量超过2亿kW·h，折合人民币几千万元。窃电行为严重损害了电力企业的合法权益，影响了电力生产的正常进行。因此，及时有效地防范窃电行为对维护电力企业自身利益、营造和谐的企业与客户关系有着重要的现实意义。

目前，防窃电技术已形成了初步的理论系统与丰富的实践经验。文献[6]设计了一种防窃电装置，该装置通过对一次侧、二次侧电量信息进行采集，根据采集数据形成两条负荷曲线，利用两条曲线的差异判断窃电行为；文献[7]提出了一种基于无线通信的防窃电系统设计思路，通过窃电分析专家系统可以及时发现窃电行为；文献[8]研究了一种配变监控系统的防窃电功能，该技术能够为判断窃电行为提供可靠依据。上述文献极大地丰富了防窃电技术体系，但是由于窃电方式的多样化与不断演进，防窃电技术仍然具有很大的研究空间和应用价值。

基于现有研究成果，本文设计了一种新型用电管理与监察系统，该系统能够通过采集配电变压器一次侧电流数据，并结合智能电能表的有关信息有效地识别窃电行为、窃电方式，方便用电稽查人员及时对窃电现象进行处理。

1现有窃电方式

从现场情况来看，窃电的方式多种多样[9]，但是，如果对现场发现的各种窃电方式进行系统总结，都可以从电能计量的基本原理上对其加以解释。电能计量所依据的基本公式如下：

P=UIcosφ

(1)

式中：P为电能表计量的有功功率；U为接入电能表的电压值；I为接入电能表的电流值；φ为功率因数角。

通过公式(1)可以看出，改变电压、电流、功率因数角3个要素中的任何一个，都可以改变电能表计量的有功功率，从而达到窃电目的。常见的窃电方式主要有欠压法、欠流法、移相法、扩差法以及分流法。

(1)欠压法窃电方式。欠压法窃电主要是通过改变电能表电压回路的正常接线，造成电压回路欠压或失压而达到窃电目的。

(2)欠流法窃电方式。欠流法窃电主要是通过改变电能表电流回路的正常接线，造成流入计量设备的电流减少而达到窃电目的。

(3)移相法窃电方式。移相法窃电通过改变电压回路或电流回路接线、利用外部电压或电流、利用电感或电容等方式使得电能表少计或者倒转。

(4)扩差法窃电方式。扩差法窃电是指通过改变电能表内部结构、改变互感器变比、改变互感器运行状态等方式扩大电能表计量误差进而达到窃电目的。

(5)表前分流法窃电方式。即在电能表之前私自接线用电从而使电能表少计电量。

2新型用电管理与监察系统总体设计

本文提出的新型用电管理与监察系统总体设计如图1所示。

图1　新型防窃电系统总体设计

该新型用电管理与监察系统主要由三相高压无线采集器、无线接收器、窃电分析专家系统等部分组成。其工作原理为：三相高压无线采集器采集高压侧电流数据，并通过无线信道将采集的电流数据传输给无线接收器；无线接收器通过RS485通信方式实现与用电管理终端的信息交互；用电管理终端通过已有的信道将无线接收器与多功能负控终端传来的数据上传到用电营销自动化系统主站，并经过交换机将数据提交给窃电专家分析系统；窃电专家分析系统通过预置判据分析用户是否存在窃电行为，如果存在，则给稽查人员发送报警信号。

3窃电专家分析系统

该新型用电管理与监察系统结构中，窃电专家分析系统是主要的功能实现单元，其具体的窃电行为分析流程如图2所示。

图2　窃电行为分析流程图

窃电专家分析主要的依据包括窃电初始判据与窃电方式判据，其中窃电初始判据用于判断用户是否存在窃电行为，而窃电方式判据用于判断发现用户存在窃电行为后进一步对窃电方式进行判定，以便于用电稽查人员快速准确地查处窃电行为。通过前文可知目前存在5种主要的窃电方式，其中对于扩差法与表前分流窃电法，主要是通过硬件措施进行防范，如采用专用计量箱、加装防撬铅封、封闭变压器低压出线端至计量设备的导体等，因此目前扩差法与表前分流窃电法已经得到了有效遏制；另外一方面，用电稽查人员很容易通过观察法及时发现采用这两种方式的窃电行为，所以不需要设置专门的判据对这两种窃电方式进行识别。

对于理想变压器，有：

(2)

式中：p1为理想变压器一次侧有功功率；p2为理想变压器二次侧有功功率。

3.1防窃电初始判据

根据电路的基本原理，配电变压器一次侧功率等于二次侧功率与配电变压器损耗之和。为了便于分析，首先忽略配电变压器损耗，即将配电变压器视为理想变压器，理想变压器电路如图3所示。

图3　理想变压器电路

经单相理想变压器的功率情况加以推广，可以将三相配电变压器视为3个理想变压器组合，则有：

(3)

uAiA+uBiB+uCiC=uaia+ubib+ucic

(4)

在正常运行状态下，电压近似恒定，那么:

(5)

即:

(6)

考率到变压器损耗，正常用电的判据为:

(7)

由于三线三相制接线不用测量B相电流，又由于ia+ib+ic=0，故对上述判据进行调整，有:

(8)

如果电能计量装置中装有电流互感器，则需要在二次侧补乘电流互感器的变比。

式(6)、式(7)中，m的取值必须适当，经过现场实际经验以及试验测试，m的值取0.3。较为合适。

如果窃电专家分析系统检测到高、低压侧电流值满足上述判据，则启动窃电方式程序，对于用户的窃电方式做进一步的判断。

3.2防窃电方式判据

(1)欠压窃电方式判据

电能表的接线方式分为三相三线制与三相四线制，下面就两种接线方式下的欠压窃电方式分别进行讨论。

图4　三相三线制接线方式

对于三相四线制接线方式，三相电能表可以看作是三个单相电能表的组合，因此可以将三相电压幅值分别与阈值进行比较，如果某相电压小于阈值，则认为该相断路。同样，阈值设定为额定电压值的十分之一。

(2)欠流窃电方式判据

通过文献[10]可知，当用户采用欠流法窃电时，电能表测得电压值与变压器二次侧电流值的比值会有一个显著的变化，根据电压电流二者比值的变化，就可以准确判断出用户是否存在窃电行为。

(3)改变功率因数窃电方式判据

4算例分析

以淮北电力公司查处的某一起欠流型窃电案例为例，验证该防窃电系统的有效性。专用配电变压器额定容量为630 kVA，配电变压器变比为10/0.4，电流互感器变比为1 000/5，电压互感器变比为400/100，电能表接线为三相三线制，采集到的异常数据如表1所示，报警前一时刻的正常数据如表2所示。

表1　异常数据

表2　报警前一时刻的正常数据

由于该电能计量装置通过电流互感器接入系统，所以正常用电判据为：

式中：n1为电流互感器变比。

根据报警前最后一次的采样数据，可得A相电能表测量电压与变压器高压侧电流的比值为101/2.56=39.45，采样异常时A相比值为102/11.6=8.79，两者差距显著，所以存在A相欠流窃电现象；同理，报警前C相电能表测量电压与变压器高压侧电流的比值为101/0.51=66.89，采样异常时A相比值为102/10.1=10.1，两者差距显著，所以也存在C相欠流窃电现象。

通过上述案例可知，该系统能够有效地判别窃电现象以及具体的窃电方式。

5结论

本文提出了一种新型用电管理与监察系统，该系统的优点在于：

(1)能够及时发现用户的窃电行为；

(2)发现用户的窃电行为后，依据窃电方式判据可以判别具体的窃电方式，方便用电稽查人员快速查找窃电点。

参考文献:

[1]李玉梅. 窃电常见现象及反窃电措施[J].华北电力技术,2011(11): 45-47.

[2]刘崇伟,李韵.智能电能表防窃电技术研究[J].电气应用,2014,33(1):82-85.

[3]万忠兵,赵智辉.无线防窃电系统研制及应用[J].四川电力技术，2012,35(4):77-79.

[4]郭立才, 彭志炜, 范强. 电能计量及反窃电方法综述[J].高压电器,2010,46(5)：86-88.

[5]李国胜. 电能计量及用电检查实用技术[M].北京:中国电力出版社,2009.

[6]赵兵, 吕英杰, 邹和平. 一种新型防窃电装置的设计[J].电力保护与控制,2009，37(23):116-118.

[7]冯凌, 侯兴哲, 孙洪亮，等. 基于无线通信的防窃电系统设计[J].电测与仪表,2011，48(6):54-57.

[8]周未, 朱瑞德, 王金全. 基于GSM网络的防窃电实时监控系统方案探讨[J]. 电力自动化设备,2004，24(2): 64-66.

[9]王伟能,王志强,杨帅.智能电能表中窃电与防窃电技术分析[J].湖南电力,2012,32(5):30-31.

[10]陈腾飞. 基于用电信息采集系统的窃电在线稽查装置的开发应用[D].保定:华北电力大学,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)

Abstract：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.

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

中图分类号:TM761

文献标识码:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2016.02.006

作者简介：田波(1980-)，男，工程师，研究方向为配电网规划， E-mail:2679494345@qq.com。

收稿日期：2015-10-25。