基于电表数据的反窃电精准取证装置研制*

青志明，张宏艳，傅 望，欧阳浩涵，万天飞，李燕佳，王永强

(1.国网重庆市电力公司 技能培训中心，重庆 400053；2.澳大利亚新南威尔士大学，悉尼 2052；3.国网重庆市电力公司 北碚供电分公司，重庆 400700；4.国网重庆市电力公司 市区供电分公司，重庆 400050)

随着经济的飞速发展，人们对电的需求量大幅增加，在现有市场经济体制下，窃电已成为社会的一大公害[1-2]。当窃电发生时如何准确、及时获取信息，如何使取证数据具有法律有效性，如何在复杂的环境中取证，仍然是反窃电的重点与难点[3]。

学者们对此展开了一系列研究。文献[4]研制了一种新型防窃电装置，直接采集用户一次侧用电信息，作为判断窃电的依据；文献[5]利用事故树的分析方法，找出造成窃电风险的关键因素，为供电公司窃电损失风险应对措施提出了建议；文献[6-7]利用用电信息采集系统，对用户进行实行在线监测，分析其可能采用的窃电方式，通过数据比对实施现场精准打击；文献[8]提出了事前报警、事中控制、事后取证的方式；文献[9]介绍的几种泄漏检测与定位方法，有借鉴意义。以上的方式、方法在“报警准确性、及时性与取证有效性、效率”上均存在一些不足。

以窃电精准取证为目的，从现场电能计量装置的异常工况特征量的获取与分析入手，通过电表数据异常的原因深入分析，研制了基于电表计量数据异常的反窃电精准取证装置。解决了上述问题。

1 电表计量数据异常分析

电表是用来计量电能的仪表。电表计量数据异常的原因有很多，部分是由于用户窃电而造成的，目前，电表可以监测到的共有7类计量数据异常：电量异常、电压电流异常、费控异常、负荷异常、接线异常，时钟异常、异常用电，具体如表1所示。

表1 电表计量数据异常分类Table 1 Classification of abnormal measured data

从以上七类31项电表计量数据异常情况可以看出，出现数据异常状况有一部分是由于计量装置本身出现故障导致，例如时钟异常可能是由于内部电池故障，电池电压过低，电表软件故障，时钟故障等，这些都是由于电表自身的异常导致的。电能计量装置的互感器、二次回路(包括接线盒)及电能表都有可能出现故障，这些故障都会导致电表计量数据异常，但只有一部分是由于电能计量装置自身故障引起的，另外有一部分是由于窃电而引起的。

从表1可以看出，当只有电表数据异常出现时，并不能确定是电表故障还是窃电引起的。但这时如果能有另外的判据出现，例如：“重要判据1+重要判据2+关键判据+辅助判据4”(见表3)，当这些窃电判据依次出现时，则用户实施窃电的可能性在99%以上。此时，启动取证装置记录窃电过程并发出报警信号，就可实现取证、报警准确、及时、高效的目的。通过对窃电充要条件的全面、深入分析，提炼出了窃电的“关键判据(必要条件)”1个；“重要判据”2个；“辅助判据(充分条件)”5个。据此，可以有效过滤掉非窃电原因引起的计量异常的无效取证，实现窃电的精准取证与报警。

2 窃电精准取证系统架构

2.1 系统原理

如图1所示为窃电精准取证系统原理图，通过一次电流采集装置，以及从7类31项电表异常数据中梳理出关键判据1、关键判据2的采集及数据传输装置、单片机分析模块等来判定是否窃电。当单片机分析模块通过多判据确认用户正在进行窃电时，发送报警短信给稽查人员，同时发送信号1给视频采集终端。当窃电终止后再发送信号2给视频采集终端。储存装置自动储存收到信号1前30 min的摄像数据直到接收到信号2后30 min的摄像数据。同时，当稽查人员接收到窃电报警短信后，控制无人机到达异常计量装置的附近，将现场视频通过5.8 G图传装置转发到地面站。

图1 系统原理图Fig.1 Block diagram of operating principle

2.2 系统组成

系统由“电能计量装置异常工况智能采集模块、电能计量装置异常工况智能诊断模块以及电能计量装置异常工况精准取证模块”三大模块组成。如图2所示。

图2 系统组成框图Fig.2 Diagram of system composition

2.2.1 异常工况智能采集模块原理

主要电参数+环境综合监测：除采集一次电参数与电表电量参数外，还采集关键判据、重要判据与辅助判据，将这些数据送到分析模块，由于优化了“分析方法”，虽然分析的数据类型有所增加，但数据量却明显减少，使其采集、通讯及分析速度得到极大提升且结论的误判率降低。主要特点：实施技术难度较高，成本较低，有效解决了窃电报警准确性、及时性与取证难的问题。如图3所示。

图3 异常工况智能采集模块原理框图Fig.3 Block diagram of data collecting module

2.2.2 异常工况智能诊断模块原理

异常工况智能诊断模块安装在计量箱内，它是整个装置的核心由各模块中间接口与CPU等组成，其原理如图4所示。其作用包括3个方面：一是将采集到用户一次侧的电量信息按变比进行折算成二次电量；二是将采集到的电能表计量信息及环境异常信息(如：关键判据1、关键判据2)与二次电量进行综合比较与分析；三是当比较与分析的结果是用户窃电时，立即发送短信“XX用户正在窃电”。同时，下发控制指令“启动取证设备”，对指令下发时前后30 min的音视频进行存贮。

图4 电能计量装置异常工况智能诊断模块原理框图Fig.4 Block diagram of diagnosis module

2.2.3 异常工况精准取证模块原理

电能计量装置异常工况精准取证模块主要包括“双摄像装置、储存装置、5.8 G收发装置”，其原理如图5所示，主要功能有两个方面：

(1) 当收到异常工况智能诊断模块发来的用户“窃电”信息时，立刻启动“音、视频取证系统”。同时将现场的全境摄像头的视频数据通过无人机中继站传送给监控中心。

(2) 将“音、视频取证系统”的相关信息进行传送并存贮(摄像装置时时都在对客户端计量电表进行摄像储存)。

图5 异常工况取证模块原理框图Fig.5 Block diagram of forensics module

3 系统实现

系统总方案实现结构原理框图见图6。

3.1 音、视频取证系统实现

采用双摄像头取证方式(环境+细节)。计量箱内外加装摄像装置实时采集数据，有窃电报警信息时，取证数据处理器集合前30 min箱外摄像装置传入的数据形成一个新的数据库，此新的数据库直到数据采集处理器传来正常用电信号后，箱外摄像装置继续上传30 min数据后完结，取证数据处理器对数据库进行处理并保存至SD卡，箱内摄像装置同理，两个数据库的数据称为取证数据，取证数据可通过5.8 G数传远距离读取。两摄像头互为监视，外部摄像头有防破坏功能。

ALIENTEK OV2640 摄像头模块自带了有源晶振，用于产生 24 M 时钟作为 OV2640 的 XVCLK 输入。同时自带了稳压芯片，用于提供 OV2640 稳定的 2.8 V 和 1.3 V 工作电压，模块通过一个 2×9 的双排排针( P1)与外部通信，其电路如图7所示。

图6系统总方案实现结构原理框图
Fig.6Blockdiagramofoverallstructure

图7 摄像模块Fig.7 Schematic diagram of camera module

3.2 音、视频存贮实现

采用随摄像头存贮方式(本地)和全存贮方式(异地)两种方式同时进行。在摄像头上存贮时，有窃电报警信息及时对异常时间进行标注。计量箱外摄像装置所采集数据，有窃电报警信息时，取证数据处理器集合前30 min箱外摄像装置传入的数据形成一个新的数据库，新的数据库直到数据采集处理器传来正常用电信号后，箱外摄像装置继续上传30 min数据后完结，取证数据处理器对此数据库进行处理并保存至在计量箱内的SD卡中。

3.3 音、视频数据传输方式选择

采用小无线的传输方式，可以利用成熟的5.8 G数传远距离读取技术，成本低、方便使用且传输速率和距离都能达到使用要求。

4 系统测试与数据验证

通过对常见的数百种窃电组合判据进行分析后，得出了“计量异常、疑似窃电、正在窃电”三类简化结论。并在现场用各种窃电方法对电能计量装置实施窃电时，“反窃电精准取证装置”的响应情况进行了测试。结果见表2：

排除“计量正常”的情况，对“不确定、计量异常、疑似窃电”3种情况，通过5个辅助判据进行分析，得到93种“正在窃电”的情况。见表3。

表2 疑似窃电判据逻辑Table 2 Suspected power-stealing logic table

表3 正在窃电判据逻辑Table 3 Power-stealing logic table

在现场对93种“正在窃电”的情况，每种窃电类型试验3次。就“分析响应速度”、“分析结果正确率”“取证标注准确率”“取证数据有效性”等进行了逐一验证。结果如表4所示。

表4 系统测试与数据验证结果Table 4 System test and data verification results table

5 结束语

针对反窃电中的窃电报警准确性、及时性与取证难的问题，从电能计量装置的内、外异常工况特征量的获取与分析入手，引入音、视频联动辅助取证。提出了利用一次、二次电参数与电能表的计量参数进行对比，快速过滤出计量异常的电能计量装置；通过计量装置环境参数的采集与分析，准确、及时的锁定“正在窃电的电能计量装置”并启动现场声音视频取证，同时将“正在窃电”的信息发送给用检人员。为验证方法与装置的有效性和准确性，在现场进行了279次“正在窃电”的仿真试验，其结果正确率达100%。通过系统地对窃电类型、窃电判据的分析，提出了对窃电现场进行精准音像取证及异常数据的信息传送的方法，实现了基于电表计量数据异常的反窃电精准取证装置研制。使取证的准确性和有效性得到显著提高，能更加高效地对窃电行为进行查处，对窃电行为形成有效的震慑作用。由于当窃电发生时，稽查人员能及时获知信息并到现场进行检查，可以及时阻止用户的窃电行为与获取搜集证据，为窃电查处提供了有力的技术支持。由此，解决了检查难、取证难的问题，节省了人力和物力，提高了管理效率，有效打击了窃电行为，减少了国有资金的损失，增加了供电企业的收入，维护了供用电秩序，确保了电网的安全、稳定和经济运行。