电能表典型采样电路的窃电及差错电量分析

曹 晖

(国网湖北省电力公司鄂州供电公司营销部,湖北 鄂州 436000)

居民用电量逐步增加,部分用户通过各种方式窃电,这种行为不仅造成电力资源损失,还会损坏电力设施,影响电网的安全运行。探讨了一种典型采样电路的电能表窃电行为,以核算差错电量,为制定防窃电措施提供依据,促进电力系统的平稳发展。

1 多功能电能表采样电路工作原理

三相三线多功能电能表的基本工作原理如下:对于A相采样电路而言,选择新一代电流互感器作为电流传输路线,将其整合到I/U转换电路内,转变为电压信号,再运输并储留到计量芯片中,芯片基于一定算法得出实际的采样电流。I/U电路有4个阻值大小相等的采样电阻,即R102、R103、R105、R106,阻值均为10 Ω,电能表配备了2个低通滤波电路,分别由R101与C101、R104与C102组成,R101、R104阻值同为1.2 kΩ,C101、C102容值都是0.01 μF。假定A相电路电流为IA,整合进电流互感器内被转变成Ia,I/U电路执行电流信号的转换过程,最后计量芯片的输入电压为[1]:

U=(R102+R103)Ia

(1)

输入计量芯片的电压与输入电流两者存在明确的线性关系,即输入电流越大,电能计量越多。

2 常见的窃电方式

目前主要运用电能表测量电能大小。近些年,智能电能表得到了广泛应用,已成为电网工程项目的重要组成,其主要由各种电子元器件构成,可对电网电流及电压进行智能化采样处理,以脉冲形式输出电能,将整个电网智能电表的脉冲信号转变成电流能量输送给用户,利用智能电能表窃电主要有以下几种方式:

2.1 欠压法

可运用欠压法获得窃电判定结果,运用虚假接入电能表的电压线圈,使二次回路的接线端口出现松动,基于电阻分压原理将其串联到正常的电压回路内,使电网电压的二次回路出现不同程度的损坏,根据这种窃电形式、特点制定相应的防窃电办法,对失压及欠压进行控制。运用窃电软件进行检测,如果测得电网电压值在设定数值内却有电流通过,则可认定存在失压窃电行为,若发现电网电压值处于设定范围内,则存在欠压窃电行为。

2.2 欠流法

这种窃电行为通常采用短接方式处理电能表内分布的电流线圈端口,采用虚假接入方法或破坏电流线圈的接线位置,损坏TA端口,使电网中的电流回路出现短路。需提升窃电防范的针对性、实效性,在线圈内设置短路、开路专用线路,实时、动态地监测电网线圈运转状况,当出现异常时快速判定是否存在窃电行为,完整、详细地记录异常状况。

2.3 移相法

此窃电方式包括电压移相、电流移相两种类型。电压移相窃电法是反向连接电能表的电压线圈位置接口,导致电压回路陷入反向连接状态,即错相接线。电流移相窃电法是反向连接电能表电流线圈的位置接口,造成电流回路反向连接并出现反相及错相情况。为防治移相电压窃电行为,需查电能表的电网电压回路,若存在反相错接问题,说明人为改变了相邻电压之间的相序,检测探查相序有差异时,可断定发生了窃电行为,应加强防控力度。由于窃电行为造成原有的相邻相位间的电流关系出现异常改变,如果发现电流间的相角处于不合理的范围内,则可断定出现了窃电行为。

3 窃电状态下的电量计算公式

观察窃电的电能表电路板,A、C两相电路内都装设了插式电阻,采样电路加装电阻后,通过电阻R102及R103的电流均减少,输入计量芯片内的电压减少,出现了电能计量异常情况。

3.1 A相异常计量分析

A相采样电路内加装了51 Ω电阻,将其并联在I/U电路的电流输入端。假设A相电流电流是IA,通过互感器转变成Ia,I/U电路再行转换后输入计量芯片的电压为[2]:

(2)

电力系统正常运作时,将相关参数代入式(1),精准算出输入计量芯片内的电压量值,加装51 Ω电阻后,芯片的输入电压减少,大约是正常电压的56%,即U′/U≈56%,A相电路的电流误差理论值为-44%。

3.2 C相异常计量分析

对电能表C相、A相采样电路运用相同的整改策略,将外接电阻加装在C相电路上,测定出R302开路。图1是具体的工作原理。

图1 外接电阻加装到C相电路上且R302维持开路状态的原理Fig.1 Principle of adding anexternal resistor to a C-phase circuit and R302 maintaining an open state

对于电能表C相内通过的电流IC,电流互感器将其转变成IC,I/U电路被转换后输进计量芯片的电压可用下式计算:

U′=RIC

(3)

正常状况下输进计量芯片的电压为:

U=(R302+R303)IC

(4)

C相采样电路改造投用后,输入计量芯片的电压显著增多,大约是正常值的2.55倍,有U′/U≈255%,C相电流误差的理论值达到155%。

4 窃电状态下差错电量核算

采集电能表中过往某一时间段中的负荷曲线数据,分析数据后发现电能表计量异常主要经历以下几个阶段:

4.1 阶段I

将51 Ω电阻添加到电能表C相电路内。电网正常运行状态下本体能实现负荷平衡,PA=PC。因为无法实测电能表的电流总误差,为方便后续分析,认为C相、A相电路并联电阻后的分相误差值一致,据此推导出阶段I中A相功率基本误差的具体值,即r1=-44.6%,关于C相功率大小,可基于下式计算[3]:

(5)

测求出阶段I电能表差错电量的更正系数为:

(6)

式中,P、P1分别代表电能表正常运作、C相并联电阻后的总功率。

结合电能表呈现出的正向有功总电量计算出阶段I不同时间段抄录电量累计值。式(7)、式(8)、式(9)分别能运算出电量Q、差错电压ΔQ、电度电费A的具体值:

Q=抄写电量×倍数

(7)

ΔQ=(K1-1)Q

(8)

A=ΔQ×执行电价

(9)

式中,Ki为阶段i电能表差错电量对应的更正系数。

4.2 阶段II

C相电路内电阻R302受损。假设正常工况中能得到负荷平衡关系,PA=PC。但很难测定该阶段窃电电能表的总误差,推算出C相功率的基本误差r2=146.4%,C相功率大小为[4]:

(10)

阶段II电能表差错电量的更正系数为:

(11)

式中,P2表示C相电路电阻R302受损时电能表的总功率。

4.3 阶段III

在原基础上给A相采样电路加装51 Ω电阻。假定电力系统正常运转过程中达到了负荷平衡状态,总功率为P,此时阶段III内电能表差错电量的更正系数为:

(12)

式中,P3表示电能表A相相加装电阻后的总功率。

综上,电能表的总差错电量为:

ΔQ总=ΔQ1+ΔQ2+ΔQ3

(13)

5 试验检验

结合计量检定规程,用三相电能表专用检定装置检定分析窃电电能表的基本误差。其中,三相平衡负载的正向、反向有功基本误差见表1[5]。

表1 三相平衡负载的正向、反向有功基本误差

检定结果与A、C两相电流误差理论值之间大体持平。阶段I差错电量共少计量8595.6 kWh,阶段II、III差错电量分别共多计量155 794.8 kWh、58 449.4 kWh,阶段III的差错电量见表2。

表2 阶段III的差错电量统计

总差错电量ΔQ总=Q1+Q2+Q3=-205 648.6 kWh。电能表计量异常期间多计电量总共为205 648.6 kWh,电能表的基本误差试验检定结果与累计电能量均契合基于公式计算所得的电能数据。

6 防窃电技术方法

可为居民用户配置集中装或全封闭表箱,相当于使用线进管、管进箱、箱加锁等反窃电手段,实现人、电能计量表的分离,对部分用户接触电能表与二次线的行为产生一定的遏制作用。

对高压用户的电能计量装置进行技术改造,加装高压计量箱,热缩套封闭组合互感器一次侧,以防人为因素造成一次接线端子短路而窃电,为二次回路运用铠装导线,在全封闭式表箱中规范安装电能表、接线盒等设施,使整个电能计量装置达到全封闭。

对低供低计的用户使用计量箱或柜对电能计量装置进行一次全封闭处理,以防窃电。

加强用户群账号管理。不同电力用户的用电需求差异较大,需对用户采用分类管理办法,有效调度电力资源,增加供电服务品质。按照不同用户的用电性质、用电数量及所处位置等进行划分,设置差异化用电量核算体系、计费方式及费控方案等。合理划分电力用户群,提高供电服务品质。

7 结束语

探讨了一种电能表采样电路的工作原理,分析窃电工况下电量计算及差错电量核算等问题,推导得出相应的方法,通过试验证实理论数据与试验验证数据之间具有较高的一致性,以有效实施反窃电技术措施,提供优质的电力服务。