無線防竊電系統(tǒng)研制及應用

萬忠兵，趙智輝

(1.廣安電業(yè)局，四川 廣安 638000;2.四川電力科學研究院，四川 成都 610072)

竊電嚴重地侵害了供電企業(yè)和守法用戶的權(quán)益，導致線損居高不下，不僅給國有資產(chǎn)造成巨大損失，而且嚴重擾亂了供用電秩序。據(jù)有關(guān)方面估算，全國每年因竊電造成的經(jīng)濟損失逾200億元。竊電行為正向著多發(fā)、主體多元、手段隱蔽、技術(shù)含量高方向發(fā)展，竊電電案值直線攀升，防不勝防。

1 反竊電工作面臨的困難

1.1 查竊電的難點

電力用戶點多面廣，查竊電需要投入大量的人力物力。查竊電過程中，也存在諸多困難，如:進入用戶檢查時，用戶可以采用各種方式，如門衛(wèi)采取繁瑣請示匯報程序，延緩查竊電人員進入現(xiàn)場，竊電者有足夠的時間采取對策;面對損壞的用電計量裝置鉛封，拒不承認是竊電。

1.2 認定竊電量的難點

電力是無形的特殊商品，看不見摸不著，竊電與“銷贓”(使用竊取的電力)是同時完成的。沒有了贓物，僅有作案現(xiàn)場(如現(xiàn)場抓獲現(xiàn)場竊電行為)，認定竊電量難取得直接證據(jù)，竊電時間難確定。現(xiàn)場取證只證明有竊電行為，很難直接證明竊電時間和竊電量，采用推算的辦法難免出現(xiàn)爭議。

為了切實有效打擊各類竊電行為，防止國有資產(chǎn)流失，維護正常供用電秩序，則提出了無線防竊電系統(tǒng)的研究，通過實時在線數(shù)據(jù)采集比對，及時發(fā)現(xiàn)竊電行為，為有效查處竊電行為提供技術(shù)保障。

2 無線防竊電系統(tǒng)簡介

無線防竊電系統(tǒng)由無線電流變送器、無線數(shù)據(jù)集中器、多功能電能表和監(jiān)控中心的主站組成，如圖1所示。無線電流變送器安裝在用戶變壓器的高壓側(cè)，采集一次電流并用無線方式發(fā)送至無線數(shù)據(jù)采集器;無線數(shù)據(jù)采集器安裝在用戶端，通過無線接收高壓側(cè)的電流信息，并且通過485通訊讀取多功能電能表上的電能量信息，進行比較、運算、登記、存儲等處理，并通過GPRS上傳監(jiān)控中心主站。多功能電能表安裝在用戶前端，完成對電壓、電流、電能等的計量，帶有485接口便于集中器的數(shù)據(jù)讀取。監(jiān)控中心的主站全面匯總各無線數(shù)據(jù)集中器的數(shù)據(jù)，按照具體的要求，進行數(shù)據(jù)的比較、顯示、存儲等綜合處理。根據(jù)用戶設定對異常情況進行自動報警。

2.1 無線電流變送器

無線電流變送器主要用于在線同步采集計量裝置一次電流，采用無線方式與無線數(shù)據(jù)采集器進行實時通訊。無線電流變送器安裝在計量裝置高壓側(cè)，和高壓線路同電位，工作電源也僅由一次電流感應供給，無需外加電源，無二次引出線，設備整體絕緣性能較高。無線數(shù)據(jù)集中器可以實時進行數(shù)據(jù)比對，定時將監(jiān)控中心主站需求的信息上傳，出現(xiàn)異常時，上傳報警信息。

2.2 無線數(shù)據(jù)集中器

無線數(shù)據(jù)集中器主要功能為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)上傳等。無線數(shù)據(jù)集中器通過采集無線電流變送器和電能表數(shù)據(jù)，進行比較、運算、登記、存儲等處理，并通過GPRS上傳監(jiān)控中心主站。

2.3 監(jiān)控中心主站

作為系統(tǒng)的遠程監(jiān)控中心，對現(xiàn)場終端監(jiān)測數(shù)據(jù)和電能表讀取數(shù)據(jù)進行匯總分析，也可作為主站W(wǎng)eb發(fā)布數(shù)據(jù)服務器，為數(shù)據(jù)的Web網(wǎng)絡共享提供數(shù)據(jù)源。

圖1 無線防竊電系統(tǒng)示意圖

3 無線防竊電系統(tǒng)設計

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 無線電流變送器設計

無線變送器電路包括系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)采集、無線發(fā)送三大部分。系統(tǒng)處理器采用MSP430微功耗處理芯片，利用自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換功能實現(xiàn)電流數(shù)據(jù)的數(shù)字處理。當收到無線數(shù)據(jù)終端發(fā)送數(shù)據(jù)請求時，MSP430會將數(shù)據(jù)傳給無線收發(fā)管理芯片Nrf905，從而將電流數(shù)據(jù)傳送給無線數(shù)據(jù)終端。

電流采集調(diào)理電路將互感器二次電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并實現(xiàn)電壓信號的偏置和幅值的匹配。

電源電路是整機的能量來源。由于無線變送器掛在一次高壓側(cè)，高壓環(huán)境使得無線電流變送器饋電很困難，本設備采用從一次饋電的方法，解決了高壓用電安全的問題，同時由于無線變送器沒有“二次引線”，初次級等電位，從而解決了傳統(tǒng)互感器初次級耐壓絕緣的問題。

在供能方法上確保有盡可能寬的工作電流變化范圍，為此將研究重點放在鐵心材料的改進上，應用坡莫合金、微晶合金等飽和磁感應強度低的導磁率高的磁性材料從一次母線上獲取能量。設計了相應的控制方案，確保在母線電流變化比較大，尤其是出現(xiàn)大電流的情況下，能夠有穩(wěn)定可靠的電源輸出。在過電壓防護、能量泄放電路、電磁兼容設計等方面進行了深入研究，保證了電流變送器在極限情況下的可靠性。

3.1.2 無線數(shù)據(jù)采集終端設計

無線數(shù)據(jù)采集終端(EDAT)是在電力行業(yè)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)多年的技術(shù)積累的基礎(chǔ)上，為實現(xiàn)電能量實時數(shù)據(jù)自動采集、數(shù)據(jù)遠程傳輸而精心設計的專用產(chǎn)品。該終端具有采集精度高、可靠性好、功能強大、擴展方便、性價比高等特點。無線數(shù)據(jù)采集終端采用交直流自動切換工業(yè)級開關(guān)電源，單相供電，配有一路直流輸入。無線數(shù)據(jù)采集終端采用符合IEC國際標準的電能量數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約，支持IEC 870－5－102，也可支持用戶提供的其他規(guī)約。通訊通道選擇為RS485 Modem和GPRS Ethernet，配有一路數(shù)字開關(guān)量輸入/輸出，兩路輸入，整機功耗小于2 W，數(shù)據(jù)保存可達20年。

3.1.3 無線防竊電系統(tǒng)主臺軟件設計

無線防竊電系統(tǒng)主臺軟件采用Java語言進行開發(fā)，利用Java語言的跨平臺特性，屏蔽了硬件和操作系統(tǒng)的差異，使系統(tǒng)具備硬件和操作系統(tǒng)無關(guān)性。無線防竊電系統(tǒng)主臺軟件支持多數(shù)據(jù)庫，包括SQL Server、Oracle、Sybase、DB2 等，支持多操作系統(tǒng)，WIindows 2000、Unix、Linux。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務器采用雙機熱備和集群，并采用多前置機的并發(fā)采集方式，保證系統(tǒng)全年365 d，每天24 h都能提供連續(xù)服務。安全訪問機制確保了安全用戶只能訪問授予它權(quán)限的安全對象，主站可設置不同角色的操作權(quán)限，保證系統(tǒng)的安全性，防止非法設置參數(shù)，修改原始數(shù)據(jù)和統(tǒng)計模型。對重要信息，如換表、修改數(shù)據(jù)的操作，系統(tǒng)能將操作內(nèi)容、時間、結(jié)果及操作人員姓名登錄，保存檔案，供查閱或打印。無線防竊電系統(tǒng)采用JavaRMI分布式技術(shù)，將企業(yè)的業(yè)務數(shù)據(jù)和程序分布在網(wǎng)絡的不同計算機上，而這些計算機的分布不局限于在機房，可以是網(wǎng)絡到達的任何地方。

圖2 系統(tǒng)部分電路圖

圖3 電流采集調(diào)理電路圖

3.2 防竊電功能設計

目前常見的竊電方式主要有通過改變電流竊電、改變電壓竊電、改變電能表使其計量失準等方式進行竊電。無線防竊電系統(tǒng)針對以上幾種常見的竊電方式進行針對性的分析研究，制定詳細的分析方法和查處報警措施。無線防竊電系統(tǒng)通過采集計量裝置高壓側(cè)一次電流值與電能表計量用二次電流值進行比對，根據(jù)系統(tǒng)設定的門限值判定電能表計量二次電流是否存在分流、失流情況，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)超限情況即刻進行報警，有效防止通過改變電流方式的竊電行為。無線防竊電系統(tǒng)通過采集電能表計量回路電壓值，根據(jù)系統(tǒng)設定的門限值判定電能表電壓回路是否存在欠壓和失壓的情況，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)超限情況即刻進行報警，有效防止通過改變電壓方式的竊電行為。無線防竊電系統(tǒng)通過采集一次電流值與電能表電壓值同步計算實負荷功率值與電能表計量功率值比對，根據(jù)系統(tǒng)設定的門限值判定電能表計量功能是否正確，有效防止通過使電能表失準方式的竊電行為。

4 應用情況

4.1 無線防竊電裝置裝用前試驗

為了保證設備的安全可靠運行，對無線電流變送器進行了裝用前試驗，試驗項目包括絕緣性能試驗、無線通訊抗干擾性試驗、測量結(jié)果校準試驗等，對無線數(shù)據(jù)采集終端按規(guī)程要求進行了全面檢定。無線電流變送器由于采集全密封整體式澆注，選用澆注前設備進行了絕緣性能試驗，無線電流變送器一次設備對外殼絕緣電阻測試值大于5 MΩ，滿足規(guī)程技術(shù)要求。對無線電流變送器增加無線通訊干擾，測量結(jié)果均能正常傳遞。無線電流變送器測量數(shù)據(jù)與標準測試數(shù)據(jù)進行了校準比對，測量結(jié)果均在±0.5%誤差范圍內(nèi)。無線數(shù)據(jù)采集終端按規(guī)程項目要求均合格。

4.2 無線防竊電裝置安裝與調(diào)試

圖4 無線電流變送器電源電路圖

表1 無線防竊電裝置采集數(shù)據(jù)

無線防竊電裝置現(xiàn)場設備主要有無線電流變送器和無線數(shù)據(jù)采集終端。無線電流變送器采用穿心式電流互感器設計，直接安裝于計量裝置進線側(cè)，使用自帶內(nèi)支架進行固定，無二次引出線，現(xiàn)場安裝簡便，安裝后無任何安全隱患。無線數(shù)據(jù)采集終端安裝于表箱內(nèi)，通過RS485通訊線與計量電能表相連接，采用并接計量電壓回路對設備進行供能，主要負責采集無線電流變送器、計量電能表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的遠程上傳等。

現(xiàn)場調(diào)試內(nèi)容包括無線數(shù)據(jù)采集終端通訊參數(shù)設置、電能表參數(shù)設置、無線電流變送器參數(shù)設置等內(nèi)容。現(xiàn)場參數(shù)設置完成后，通過對無線電流變送器的數(shù)據(jù)采集與電能表計量電流進行比對正確后，現(xiàn)場調(diào)試工作即可完成。

4.3 無線防竊電裝置現(xiàn)場運行情況

目前，無線防竊電系統(tǒng)已成功應用于四川省電力公司眉山公司和內(nèi)江電業(yè)局，系統(tǒng)各項參數(shù)運行正常，監(jiān)測數(shù)據(jù)準確可靠，未出現(xiàn)故障與異常情況。表1為內(nèi)江電業(yè)局某客戶10 kV高壓計量裝置現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)情況。

4.4 存在的問題

根據(jù)目前無線防竊電系統(tǒng)的運行狀況分析，該系統(tǒng)主要存在以下兩方面的問題:一是無線電流變送器在負荷電流值小于額定電流值的10%后，無線電流變送器無法供能，導致低電流值時無法監(jiān)控計量裝置運行狀態(tài)。二是該系統(tǒng)未單獨采集電壓回路電壓，采用電能表電壓值進行電能量計算，雖然對終端采集的電壓值設定了預警值，但若改變電壓回路電壓值但未超過采集終端電壓預警值進行竊電，將不能進行正常判斷。

5 結(jié)束語

無線防竊電系統(tǒng)整合無線通信和網(wǎng)絡技術(shù)實現(xiàn)了在線實時防竊電監(jiān)控，功能全面的防竊電主臺軟件能夠?qū)F(xiàn)場采集的各種預設數(shù)據(jù)準確地提供給供電部門，大大減輕防竊電任務的工作負擔。作為一種新的系統(tǒng)集成，該項目在技術(shù)的先進性與可靠性上目前處于國內(nèi)行業(yè)先進水平。下一步將利用現(xiàn)有平臺，拓展功能，增加主臺軟件事件監(jiān)測項目，增強無線數(shù)據(jù)終端在線測量分析，使其成為以防竊電監(jiān)測為主，多種數(shù)據(jù)測量為輔的多功能監(jiān)測平臺。

［1］林峰浩，李金喜.基于高壓電能表的配電網(wǎng)防竊電系統(tǒng)設計［J］.水電能源科學，2008，26(6):186 －188.