電力負荷管理系統在防竊電中的應用

胡洋,張峻偉,黃曉旭,張霄

(三峽大學 電氣與新能源學院,湖北 宜昌 443002)

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電力負荷管理系統在防竊電中的應用

胡洋,張峻偉,黃曉旭,張霄

(三峽大學 電氣與新能源學院,湖北 宜昌 443002)

闡述了竊電的危害并列舉了一些基本的竊電思路和方法，論述了電力負荷管理系統的監測分析中通過交流采樣裝置功能來采集數據，對比曲線，從而達到及時發現竊電行為的目的。

竊電;交流采樣裝置;電力負荷管理系統

1 引言

近年以來，電網中的線損率逐年增高，主要是由于一些配電網的架構不太合理和用戶竊電的原因造成。竊電是一種嚴重損害國家利益的行為，危害了供電企業的合法權利，導致國有資產大量流失。它不僅關系到整個供電企業的經濟利益，還關系到和諧社會的電力安全和穩定供應等一系列的工作。長期以來，盜竊電能一直是困擾電力正常供應和電力企業健康發展一個突出的問題。從常見的竊電行為來看，竊電行為動機性強，方法多樣，例如針對電表的竊電方式有開路、短路、調相移位、分段電流、電量過載、越表等；或者故意更改接線，從而達到減小電壓電流值準確計量的目的：又或者通過接地線或者計算二次回路加入量的高科技方法，提高計量回路電位，從而達到減小電壓回路的電壓值和電流值的目的。最后是竊電行為越來越隱蔽，工作人員用一般的方法很難檢查出來，比如說一些竊電用戶在借用裝置安裝電能表進線時，反接出線，把它安裝在隱蔽的地方，從而能夠自由的控制電能表的速度，使得電能表不能準確公正的計量所使用的電量。因此，各供電部門應該及時運用各種有效措施對其進行必要的防范。

2 電能表計量原理

以單相電能表為例，電能表都有一個電流線圈，一個電壓線圈。電能表有功轉矩與通過電能表的有功功率成正比，即某元件產生的轉矩與施加于該元件上的電壓和電流有功分量的積成正比，其表達式為M∝P=UIcosφ(φ為電壓與電流相量夾角)。因此，電能表計量電量取決于電壓、電流、功率因數三要素和時間的乘積，即WP=Pt=UIcosφ·t。正確接線圖如圖1所示。

圖1 普通單相電能表正確接線圖

3 竊電的幾種基本方法

3.1 失壓竊電手段

所謂失壓竊電，是指將電能計量回路的某相或全部相，電壓引線被拆掉，使得計量表無法計量用電量。這是竊電方式中最為常見一種。

3.2 欠壓竊電手段

正常用電計量時，計量表的表尾電壓與實際系統的電壓相等，計量表計算的有功電量也等于實際的用電量。所謂的欠壓竊電，就是通過表尾的電壓引線等虛接后，使真正引入計量表內的電壓值低于實際值，進而達到竊電的目的。

3.3 電流互感器(CT)短接

在正常的用電過程中，將CT短接，使得計量回路的電流經短接線流出，計量表中就沒有電流流過，達到計量表不計量。

3.4 電流互感器(CT)開路

在低壓用戶中，將電流回路中引線拆除，即CT開路，計量回路中午電流，使得計量表不計量。

3.5 分流

主要就在電流互感器(CT)二次并聯一個分流引線，一部分從計量回路中流過，另外一部分經接線流過，達到計量表少計量。

3.6 相序錯接線

改變正常的相序接線方式,使得某一相或全部有功功率為負值,從而達到不計量或少計量的目的。

3.7 極性錯接線

改變電流互感器的進出線極性，即改變K1、K2 的引線,使其電壓與電流角度反相180°產生反向功率。

3.8 強磁竊電手段

強磁竊電在竊電手段中屬于新式手段，這種方式不需要打開表箱，也不用破壞封印，因此，這種方式十分隱蔽。通過在基表器的周圍加上一塊強磁鐵，這樣就能讓基表內部采樣TA達到磁路飽和，進而影響視覺功率。

總而言之，就是在電能記量過程中，讓電能表不能正確地反映電量，使之少計量，甚至不計量。

4 電力負荷系統在防竊電中的應用

4.1 基本簡介

電力負荷管理系統(簡稱“負控系統”)主要安裝是集計算機、通信、信息傳輸、系統控制工程于一體，廣泛用于對電力用戶的用電管理的綜合技術.最早發明的是電力負荷控制裝置，其應用的目的是在電力緊張時能夠做到“限電不拉路”。負荷系統通過削峰填谷使負荷曲線盡可能平坦，從而達到合理使用資源，做到整體節能。隨著電力市場的建立和解決電力供需矛盾的實際要求，電力負荷管理系統的功能隨之不斷拓展，從早期的以控制為主向綜合管理發展，特別是將電力負荷管理系統對電能計量監控的功能用于防竊電所取得十分顯著的效果，越來越受到人們的重視。

竊電本質都是使供電部門所計電量小于用戶實際使用的電量。實踐證明，通過負荷管理系統連續不斷地監測用戶的用電和計量狀態，實現用戶用電情況的實時監控，監測電壓、電流、功率、電量等參數的變化的異常變化或它們反映的參數異常變化，通過及時檢查，能及時發現和制止竊電行為，通過負荷管理系統連續不斷地監測用戶的用電和計量狀態，實現用戶用電情況的實時控，監測電壓、電流、功率、電量等參數的變化的異常變化或它們反映的參數異常變化。

電力負荷管理系統由主站網絡與計算機設備、主站通信設備、中繼設備、智能電子儀表等設備組成，主站設備包括服務器、工作站、前置機、主站電臺；中繼站根據實際情況可以省略；用戶側設備包括負荷管理終端、防竊電裝置、電能表，其中電能表采集計量回路數據，防竊電采集測量回路(保護回路)數據，電力負荷管理終端通過定時抄表功能采集并存儲電能表及防竊電數據.負荷管理終端與主站根據通訊規約通過通信通道實現數據交換。目前國內的電力負荷管理系統多數使用230MHz無線電頻率與GPRS等通信方式。

圖2 系統實現原理框圖

如圖2 中所示的電力負荷管理終端可實時監測用戶的電能表所記錄的電量，同時從交流采樣裝置(以下簡稱交采裝置)和計量電能表獲取用戶的電量數據。這些數據通過電力負荷管理終端傳回到電力負荷管理中心存儲在專用數據庫中，中心主站系統將防竊電數據曲線和計量電能表數據曲線顯示在同一個畫面上，根據曲線數值差距和趨勢差異，即可判斷用戶用電是否正常，可確定是否有實施竊電行為及可定量統計和評估竊電量的小。

4.2 電力負荷系統對計量電能的監測分析的具體方法

電力負荷管理系統實現對計量電能的監測分析的具體方法是：終端設備定時抄讀外接計量裝置的數據，通過對數據進行分析及時發現電能表時鐘變化、電能表少計量和不計量等計量異常事件，并及時記錄事件發生的時間和異常前后的電能表數據，等待主站巡測時將異常事件反饋到主站系統，主站系統即刻將計量異常用戶的清單，發送給用電檢查和電能計量等有關人員，使其及時處理故障，防止電量丟失。通過以上參數與電能表抄得的數據在負荷管理系統中生成兩條曲線并進行比較，來達到防治竊電的目的。

4.2.1 二次比對法

利用負荷管理系統的交流采樣功能測量客戶的用電參數，與電能表采得的數據相比較，分析兩者的電壓曲線、電流曲線、電量(功率)曲線:以交流數采數據作為基準值，計量數據作為監測值，將監測值和基準值通過終端定時發送到主站進行集中檢測分析。由于交流數采數據和計量數據是同步變化的，正常情況下曲線吻合，考慮時間同步因素，曲線變化率也應當一致。當用戶從某一時刻開始竊電時，不管在電流回路上還是在電壓回路上竊電，監測值與基準值就會發生突變。

例如1997年5月某大廈竊電事件。1997年5月,負控值班員發現某大廈自1997 年1 月起,每周六、周日電量抄見量約為平日抄見量的一半。以5 月負荷數據為例(見表1,數據為有功電量),日用電量表明10 日(周六)、11 日(周日)抄見量約為5～ 9 日的一半,17 日(周六)。亦如此。進一步分析15min 電量對比表,更加詳細地反映出異常時的抄見量約為平時正常抄見量一半的變化情況。由于該戶屬商業用戶,用電負荷較為平穩,節假日用電量較平日有所增加,而該用戶節假日的抄見量反而減少約一半,故可判定該用戶用電異常,有可能是竊電行為。18日(周日)下午監察員去現場查看,發現該用戶采取短路TA 一相二次端子的方法竊電,查處后該戶用電量恢復正常。

可見,通過用電分析能確定用戶竊電的具體時間,計算出用戶的竊電量,估計用戶的竊電方法,確保電業稽查人員到現場有據可查,用戶即使在節假日、夜間竊電,也難以逃脫負荷管理系統的監視。

4.2.2 一二次比對法

一二次比對法是利用無線數據采集器采集用電設備一次側的數據與電能表二次計量數據進行比較分析，進行竊電判斷。具體實施如下:在用電設備一次側裝設無線采集器，在用電設備二次側加裝無線接收器。無線數據采集器負責采集、處理、存儲一次側的三相電流并把采集到的數據通過無線線道傳輸到接收器，接收器通過接口(RS485/RS232/TTL)將數據傳輸到負荷管理系統終端設備，負荷管理終端將數據傳輸到主站。系統根據采集的一次側數據計算出用戶一定時間內的平均功率，與電能表采集的平均功率對比。當兩者出現較大差異即可判斷現場發生故障或者發生竊電。

這種方法的優點在于一次側監測，二次側與一次側實時功率曲線比對，比對數據科學準確。而且無線采集器是全密封、無接點的，防竊電效果更為理想。

5 一些原理說明

5.1 單相功率的計算

根據電工原理，單相周期為T的電壓、電流、平均功率的定義分別用公式表示為:

(1)

(2)

(3)

若要對電壓電流在一個周期內進行采樣，選N個點，則上述公式可轉化為計算機課一實現的離散計算公式：

(4)

(5)

(6)

5.2 三相功率的計算

三相功率分三相四線制和三相三線制兩種供電系統。由電工原理可知，對三相四線制電能可采用以下公式(7)進行計算，在對三相四線制電路的接線時應將三相電壓和三相電流及地線全部接入，每相單獨計算，再取和。

p=pa+pb+pc

(7-1)

或P=uaia+ubib+ucic

(7-2)

采用高供高計計量方式需要加入電壓互感器(TV)和電流互感器(TA)，且多為三相平衡用電。假定三相電流平衡，即：

ia+ib+ic=0

變換得到

ib=-ia-ic

代入P的公式則得到式(8):

P=(ua-ub)ia+(uc-ua)ic

=uabia+uabic

(8)

而對三相三線制電能計量的接線方法，僅接入電壓三相，電流A、C兩相，因此，只需要兩個TA和TV，可以節省一組TA、TV。

5.3 監測分析的原理

5.3.1 交流采樣裝置簡介

所謂的交流采樣裝置是通過內置的電壓電流互感器,把用戶的電壓電流轉換為低壓交流信號。然后對信號進行高速采樣,根據采樣結果,可以計算出電壓電流的瞬時值、有效值、有功功率、無功功率、電量、功率因數,能檢測出電壓斷相、逆相序等指標。它同終端設備配合使用,終端即具有防竊電功能。

5.3.2 交流采樣裝置的組成

交流采樣裝置由交流采樣主板、三相三線接線板(三相四線接線板)、開關電源組成的。主板是該裝置的核心,采用80C196 為CPU,12 位高速芯片MAX197 為A/ D 采樣芯片,大容量帶鋰電池的RAM,以RS- 485 為標準接口與終端進行通訊,可以同時對兩路進線進行數據采集。它的主要功能是不間斷地對各路電壓電流進行采樣和計算,同時通過通訊口,同終端進行數據交換,通過終端把數據送往調度端,回復終端的數據申請;它具備自恢復電路,能及時檢測終端程序的運行情況,一旦程序失控即能自動進行系統復位而不影響終端的正常工作,同時不丟失數據。

接線板是該裝置與電網上的TV、TA(一般接保護TA)的接口。針對不同場合,分為三相三線制三相四線制2 種。三相三線接線板有4 個電壓互感器,4 個電流互感器,可以同時對2 路進線進行數據采集。它們把標稱值100V,5A的電壓電流轉換為2.7V的交流電壓信號,再送至交流采樣板進行A/ D 轉換。三相四線制接線板有3個電壓互感器,3個電流互感器。

5.3.3 裝置的基本工作原理

裝置接通電源后,進行系統復位,根據系統接線的情況和主臺發來的參數,開始運行程序。有模擬開關4053 轉換進線信號,LM358 監控信號周期,六路采樣保存器LF398 同時采樣保存,A/ D芯片MAX197 依次將六路交流信號進行模數轉換,每路模數轉換時間只要3 Ls。CPU 根據轉換的結果進行計算,可得電壓有效值,電流有效值,有功功率,無功功率,功率因數等。公式如下:

式中,P為功率,U為電壓,I為電流,N為采樣點數。

5.3.4 監測分析原理

交采裝置的前端輸入信號必須接入用戶的非計量用的檢測回路中，如圖3所示。

圖3 交流采樣裝置前端信號接入圖

具體的檢測分析原理：

一是電力負荷管理終端將累計在交流裝置中的用戶用電每整點讀取一次，并組成電量曲線。

二是在終端讀取數據后，立即凍結其本身通過計算得到的累計用電量組成一組數據，一天共組成24個數據并繪制出電量曲線，將此曲線與前者讀取交流裝置的用電數據所得到曲線進行比較，從中判斷是否有竊電行為，若誤差較大(一般設為30%),則判斷該用戶有竊電嫌疑,并提供聲音或畫面提示報警信號。

在分析檢測過程中，終端初步分析交流裝置的數據并分離出電能表讀數后，立即計算出小時監視電量。這個數據與在整點采集的數據一同被送到主站系統，并由其進行分析比較后繪制成電量曲線圖。即由防竊電裝置所采集的采集電量與計量脈沖電量兩條曲線基本重合。當用戶電壓互感器B相斷開時，按理論計算其用電量為正常用電量的1/5由于用戶竊電一般都是更動計量TV、TA,很少更動保護TV、TA,所以即使用戶竊電,通過交流采樣裝置采保護TV、TA 的電壓電流計算的電量,仍能反映出用戶的實際用電量;而終端采集電能計量表脈沖計算的電量則會突然減少。兩組電量數據相比較,就能估計出用戶的竊電量及竊電方法。

6 電力負荷管理系統防竊電功能的優勢

通過采集、分析和比較歷史數據,及時發現計量異常,事后管理與事中管理相結合,突破了傳統防竊電方法只限于“事后發現”的限制。事中管理有利于及時發現竊電行為,并為提取竊電的現場證據提供有力的技術保障。

通過無線通信,將監視的觸角深入每個用戶,成為用電檢查的千里眼。例如負荷管理系統設計時,系統巡測周期都<10min。因此,啟動巡測功能時,可以做到每10min 檢查一次所有用戶的用電情況,這是傳統手段無法做到的。

強調數據分析和比較,強調信息技術的運用,技術含量高。

7 結語

由于竊電的社會性和復雜性，只是依靠人工現場巡視和檢查，已經完全不能適應反竊電的要求。電力負荷管理系統作為防竊電的強有力工具,日益完善的技術為防竊電提供了良好的技術支持，逐步成為電力企業反竊電的重要技術手段。不僅為電業局挽回了經濟損失,使線損率降低,而且有力打擊了竊電者的囂張氣焰。我們將繼續挖掘電力負荷管理系統的潛力,為維護正常用電秩序,提高電力企業的經濟效益做出應有的貢獻。

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Application of the Power Load Management System in Burglar-proorf Electricity

HUYang,ZHANGJun-wei,HUANGXiao-xu,ZHANGXiao

(College of Electrical Engineering and New Energy，Three Gorges University，Yichang 443002，China)

This paper presents the harm of stealing electricity and some elementary ideas and methods,and explains power load management system how to collect data and compare curves with AC sampling device for the purpose of finding the conduct of stealing electricity.

stealing electricity;AC sampling device;power load management system

1004-289X(2015)04-0098-05

TM71

B

2015-01-16

胡洋(1989- )，男，安徽蚌埠人，在讀碩士，主要研究電力系統運行與控制方向。