基于防止電力盜用情況的三相四線和三線計(jì)量防竊電裝置探討

高瀾

（四川雅安電力（集團(tuán)）股份有限公司，四川 雅安625000）

新一代的電網(wǎng)調(diào)動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)戶涉及到互聯(lián)網(wǎng)，在設(shè)計(jì)和開發(fā)的而過程中以電量系統(tǒng)、PSMS、DTA以及其他的子系統(tǒng)為擴(kuò)展的基礎(chǔ)。但是在電能計(jì)量的相關(guān)工作中，為了防止電力盜用，需要對誤線接線進(jìn)行分析，但是三線計(jì)量裝置存在誤線接線的種類比較高，分析難度比較大，需要建立扎實(shí)的邏輯思維方式。三線四線整流器需要完成中線電流控制，輸入功率因素校正以及輸出直流電壓的控制，均壓控制三大功能。三相四線的結(jié)構(gòu)存在零線電流，這些零線電流對三相三線輸入電感會(huì)產(chǎn)生影響。因此需要通過比較可靠的解決辦法控制策略的可行性和有效性，保證電力防盜。

1 三相四線計(jì)量防竊電的分析

1.1 三相四線計(jì)量竊電手段

一般只要將電能電表接線斷開或虛接，都會(huì)導(dǎo)致電壓回路失壓或欠壓，電能表的計(jì)量就不會(huì)準(zhǔn)，通常情況喜愛竊電的手段分為三種：在電壓回路中串聯(lián)電阻，導(dǎo)致加在電能表電壓線圈上的電壓減少。將電壓線的線芯割斷，實(shí)際上電線的外表卻沒有劃痕現(xiàn)象，一般會(huì)造成失壓或是欠壓。虛接電能表電壓線圈，使得接線端處壓降增加。這三種手段都會(huì)給工業(yè)用戶竊電造成巨大的損失。

1.2 三相四線整流器的環(huán)路設(shè)計(jì)思路

為了抑制電網(wǎng)電壓擾動(dòng)對整流器電感電流的影響，需要控制器中引入電網(wǎng)電壓作為前饋量的處理，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。三相四線整流器的控制目標(biāo)是對輸出直流母線的控制和輸入慮波電感電流的控制，對于直流母線需要電壓需要直流側(cè)正負(fù)直流母線電壓均分，直流母線總電壓恒定。同時(shí)也要對輸入電流控制其電流諧波盡量減小，而且實(shí)現(xiàn)單位功率的因素。

控制直流母線的均壓器包括平均電感電流內(nèi)環(huán)和直流電壓差外環(huán)。并且對正負(fù)直流母線電壓差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，經(jīng)過調(diào)節(jié)器輸出的電感電流以平衡電感電流為基準(zhǔn)，與平衡電感電流作比較，最后將輸出的電流進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，作為均壓橋臂PWM的基準(zhǔn)。

首先根據(jù)目標(biāo)獎(jiǎng)三相四線整流器同步旋轉(zhuǎn)到坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型和直流母線均壓橋臂的數(shù)學(xué)模型。將控制器分別分為兩大部分：一部分進(jìn)行控制直流母線均壓的控制器，另一部分進(jìn)行控制網(wǎng)側(cè)電流和直流母線的PFC控制器。在PFC控制器中包含直流輸出電壓控制環(huán)和三個(gè)不同軸流控制環(huán)（三個(gè)軸流控制環(huán)按照先后順序?yàn)閍、d、o）。其中a軸流環(huán)、d軸流環(huán)和o軸流環(huán)輸出時(shí)經(jīng)過電網(wǎng)電壓前饋和解耦形成的整體性的開關(guān)測電壓基準(zhǔn)信號(hào)a、d、o軸流分量。同時(shí)需要采用a-d軸流電感電流解耦的方式處理同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下整流器電感電流的a、d扥兩耦合。喲與傳統(tǒng)的SAM發(fā)波方式在開關(guān)測電壓基準(zhǔn)中不適用，需要把整流器開關(guān)的測電壓基準(zhǔn)信號(hào)a、d、o軸流分量坐標(biāo)進(jìn)行變換到靜止坐標(biāo)下（靜止坐標(biāo)分為三個(gè)坐標(biāo)系分別為A、B、C）并通過SPWM的方式計(jì)算驅(qū)動(dòng)脈沖。

1.3 計(jì)量三相四線負(fù)載用電

低壓無功補(bǔ)償一般采用干式自愈式并聯(lián)電容器，這種電容器體積較小哦，無泄露，但是壽命比較短。自愈式電容采用的是單層聚丙烯膜，在表面上鍍有一層很薄的金屬作為導(dǎo)電極。電容自愈時(shí)金屬化鍍層面積會(huì)消失幾毫米的直徑。這種負(fù)載用電存在自愈過程，電容量會(huì)不斷的減少，我國生產(chǎn)的容器大約可以維持6-8年的時(shí)間，而進(jìn)口的一般可以維持8-10年的時(shí)間。并且電容器容量不斷減小會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到電容電量所帶來的影響。在設(shè)計(jì)過程中需要增加裕度抵消電容電器帶來的影響。在使用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法時(shí)，要按照1/3的電容量確定無功補(bǔ)償容量。正常情況下，Kβ在0.35-0.4之間取值，電機(jī)輕負(fù)載設(shè)備一般Kβ取值在0.5-0.6左右。Kβ的值至少在0.4才能夠滿足補(bǔ)償容量的需要。

因此，在采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算時(shí)，一要注意按照1/3的變壓器容量保證補(bǔ)償容量減小，一般還需要按照40%的變壓器容量進(jìn)行選取。根據(jù)負(fù)載綜合情況的不同，綜合考慮增加的裕度，并且設(shè)計(jì)Kβ值應(yīng)該在0.4-0.6。二考慮到電容存在容量衰減的影響，在設(shè)計(jì)時(shí)需要增加一定的裕度，設(shè)計(jì)增加50%的容量，抵消電容器容量衰減的問題。

無功率只在電網(wǎng)中流動(dòng)，不進(jìn)行任何方面的影響，不做功也不消耗，是做點(diǎn)能量交換的媒介。但是由于導(dǎo)線電阻的存在會(huì)產(chǎn)生大量的無功消耗，使得電網(wǎng)的傳輸能力下降，解決這一問題的有效方式需要采用無功功率補(bǔ)償裝置。

1.4 三相四線電容器竊電檢測方法

1.4.1 當(dāng)電容器二次測回路任意相出現(xiàn)問題時(shí)，因檢測回路電氣參數(shù)的改變，使得檢測回路的原有狀態(tài)發(fā)生改變。從電容器三點(diǎn)的位置上測量出來的方波幅值比原來正常的值要大很多，根據(jù)一定的閥值裝置判斷為CT開路，同時(shí)啟動(dòng)故障記錄，計(jì)算損失的電量。

1.4.2 如果CT二次側(cè)回路中出現(xiàn)任意短路時(shí)，因檢測回路電氣參數(shù)的改變，使得檢測回路的原有狀態(tài)發(fā)生改變。從電容器三點(diǎn)的位置上測量出來的方波幅值比原來正常的值要小，而且相位要發(fā)生了變化，依據(jù)一定的閥值，防竊電裝置判斷為CT短路，同時(shí)啟動(dòng)故障記錄，計(jì)算損失的電量。

這兩種方法目前是廠家推出的智能電流互感器，能夠自動(dòng)判斷出CT自身是否開路或是短路，并且能給出報(bào)警標(biāo)識(shí)。加強(qiáng)了對CT的定時(shí)校驗(yàn)，提高了CT自身防盜竊電能力。

1.4.3 由于電網(wǎng)質(zhì)量不一樣，欠壓范圍也不一致，通常情況下。整定電壓為額定電壓的80%，這個(gè)閥可以進(jìn)行調(diào)試，也可以講此功能設(shè)報(bào)警或關(guān)閉，避免發(fā)生誤判。

1.4.4 在失壓和欠壓的情況下，必須進(jìn)行CT開短路情況的判斷，如果出現(xiàn)CT開短路，就不需要判斷失壓和欠壓。

1.4.5 對電能表電壓回路進(jìn)行檢測時(shí)，要將檢測到的電壓有效值與欠壓門限電壓值和失壓門限電壓值相比較，進(jìn)行同時(shí)判斷有誤電流。

1.4.6 電能表前分流，要用戶刀閥前加裝的一組表前CT，將CT電流和計(jì)量CT電流進(jìn)行比較，就可以檢測出分流故障。如果檢測到的兩個(gè)電流值之差大于預(yù)先設(shè)定的閥值范圍，就可以確定有表前分流竊電。

以上的分析法是針對一般出現(xiàn)的竊電情況，進(jìn)行的簡單探討分析，其他的檢測方式需要進(jìn)一步的研究和總結(jié)。

2 三相電路防竊裝置的檢測與分析

2.1 三相電路竊電分析

電能計(jì)量裝置包括電能表，互感器二次回路。從電能計(jì)量的基本原理進(jìn)行竊電，電能計(jì)量的多少主要因素在于：功率因素，電壓和電流，如果將三個(gè)要素中任何一個(gè)改變，就會(huì)導(dǎo)致電能表的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，竊電的目的就會(huì)達(dá)到。其中比較常見的有五種竊電手段：

2.1.1 移相法：改變電能表的正常接線，引起相位異常。如，反接CT二次側(cè)接線，接入同一相電壓或電流，反接PT以此側(cè)或是二次側(cè)接線都會(huì)引起相位異常，并通過電壓回路戶是電流回路接入其他負(fù)載，改變正常的相位。

2.2.2 分流法：將負(fù)載接在電能表進(jìn)線之前，制造空能表，不會(huì)經(jīng)過電能表計(jì)量?；蚴窃陔娔鼙磉M(jìn)線之前搭接其他負(fù)載。

2.3.3 電壓法：改變電壓回路接線致使電壓回路故障。如，虛接某電壓端，引起欠壓?；蚴菙嚅_某相電壓回路，引起失壓。

2.4.4 電流法：改變電流回路接線致使電流回故障。如，在電表接線端處短接或是斷開電流回路，導(dǎo)致電流無法流入電能表。虛接電流端處使流入電能表的電流減少。短路或是開路的CT二次側(cè)，致電流無法流入電能表。

2.5.5 擴(kuò)搓法：通過私拆電表內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)性能?；蚴怯猛饬p壞電表。又或是改變電表的裝置條件。利用磁場或是諧波干擾等的手段擴(kuò)大電能計(jì)量系統(tǒng)誤差。

2.2 防竊電分析

2.2.1 假如CT二測回路的任意相出現(xiàn)開路或是接觸不良時(shí)，由于檢測回路電氣參數(shù)發(fā)生改變，改變了原來的檢測回路狀態(tài)，從檢測點(diǎn)上分析，比原來正常的方波幅值大，根據(jù)閥值，防竊竊電裝置需要為CT開路，并啟動(dòng)故障記錄，計(jì)算損失電量。

2.2.2 當(dāng)二次回路出現(xiàn)任意故障時(shí)，由于檢測回路電氣參數(shù)發(fā)生改變，改變了原來的檢測回路狀態(tài)，比原來正常的方波幅值小，根據(jù)閥值，防竊電裝置需要為CT短路，并啟動(dòng)故障記錄，計(jì)算損失電量。

2.2.3 正確的電壓相序的判斷方式是，在電壓接線發(fā)生誤接的情況下，線電壓間的相序會(huì)發(fā)生改變，不能滿足正常相序條件，一般電壓錯(cuò)相會(huì)出現(xiàn)這種情況。

2.2.4 對于三相電壓以此換位的特殊情況，正常相位條件下還是能夠完全滿足電壓的正常運(yùn)轉(zhuǎn)的。但還是電流相位的檢測是以電壓的相位為基準(zhǔn)的，如果電壓電流的對應(yīng)相位發(fā)生了變化，就無法通過電流檢測。

2.2.5 電網(wǎng)是純?nèi)菪载?fù)載和純感性負(fù)載，如果電壓和電流的相序在以個(gè)有限的范圍內(nèi)，此時(shí)相序是正常的。

2.2.6 由于電網(wǎng)的波動(dòng)比較大，電壓不平衡容許范圍時(shí)，要適當(dāng)?shù)男薷南嘟侨菰S范圍，能夠避免誤判。在判斷電流錯(cuò)相的前提是沒有失壓和失流以及CT故障的發(fā)生。

結(jié)語

本文通過對三相四線和三相三線計(jì)量裝置的分析和探討，提出了加強(qiáng)計(jì)量管理和提高計(jì)量裝置自身防竊電能力的建議和方案，并根據(jù)三相四線整流器的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行防竊裝置的探討和分析。

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