基于快速瞬態(tài)算法的智能防竊電系統(tǒng)的研究

馬 淑 清

(內(nèi)蒙古大學(xué)交通學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

·水·暖·電·

基于快速瞬態(tài)算法的智能防竊電系統(tǒng)的研究

馬 淑 清

(內(nèi)蒙古大學(xué)交通學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

研究了通過快速瞬態(tài)算法實現(xiàn)企業(yè)外供電系統(tǒng)的智能防竊電系統(tǒng)，該系統(tǒng)在原電能表計量箱之前的進(jìn)線一側(cè)進(jìn)行電能多參數(shù)采集，通過快速瞬態(tài)算法實現(xiàn)采集參數(shù)與原電能表的電力參考值實時比對來判定竊電行為的發(fā)生時間、竊電方式及竊電量，可實現(xiàn)自行斷電和遠(yuǎn)程報警，報警解除后可通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)現(xiàn)場無人的供電恢復(fù)。

快速瞬態(tài)算法，防竊電，智能防竊電系統(tǒng)

0 引言

現(xiàn)有電量結(jié)算儀表大多基于用戶側(cè)安裝，用戶極易打開，部分用戶為了追求高額利潤將竊電作為獲利手段，主動竊電行為極易發(fā)生，這就造成了一部分線路線損長期過大，且沒有很好的防范手段。

1 國內(nèi)外防竊電技術(shù)分析

1.1 常見的竊電方式分析

1)改變電流的竊電；2)改變電壓的竊電；3)改變電能表的結(jié)構(gòu)和接線方式；4)利用電能表編程器竊電。

1.2 防竊電技術(shù)措施

通過上述分析，現(xiàn)有竊電方法都要直接接觸和改變電能計量裝置才能達(dá)到竊電的目的，所以加強電能計量裝置技術(shù)改造，使互感器、計量二次回路、電能表、聯(lián)合接線盒及表箱等由以前的敞開式計量更改成全封閉式計量，是防止竊電的最有效的方法。

1)對居民用戶。采用集中裝表箱或全封閉表箱，使人、表分離，讓用戶無法接觸到電能表和二次線。

2)對高壓用戶。電能計量裝置的改造方案：加裝干式組合互感器(高壓計量箱)，并在組合互感器一次側(cè)用熱縮套進(jìn)行封閉，防止在一次接線端子人為短路竊電，二次回路使用鎧裝導(dǎo)線，電能表、聯(lián)合接線盒安裝在設(shè)有密碼和防撬鎖的全封閉式表箱內(nèi)等方法，使整個電能計量裝置處在一個全封閉狀態(tài)，并將計量點按室內(nèi)向室外遷移方法遷移。

3)更換原有的機(jī)電式電能表。使用新一代全電子式多功能電能表，具有不能倒裝、不可更改常數(shù)、失壓、失流記錄及電流不平衡記錄、逆相序記錄、設(shè)表等事件記錄防竊電功能。

4)對用電量大而且有竊電嫌疑的用戶。在表箱中加裝“電能計量裝置異常運行測錄儀”，對用戶的用電情況進(jìn)行實時監(jiān)測和科學(xué)管理。

5)對原有的編程器加裝設(shè)置密碼程序。安裝了設(shè)置密碼程序的編程器，為電能表加裝密碼保護(hù)，是解決通過編程器竊電最為簡單和有效的辦法。

以上方法均有一定的適用范圍，并難以實時判斷出竊電的行為、方式以及竊電量等，難以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能和對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析報表的功能。

2 研究目標(biāo)

研究快速瞬態(tài)算法防竊電技術(shù)實現(xiàn)智能防竊電管理系統(tǒng)。

快速瞬態(tài)算法是充分利用了在任意一個時間段對外供電的電能總量約等于所用用戶使用的電能總量的基本原理，實現(xiàn)竊電行為的快速檢測和快速防止。

智能防竊電管理系統(tǒng)需要攻克戶外型執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計、防竊電算法、防竊電自動斷電等技術(shù)難題，實現(xiàn)了以下功能：

1)實現(xiàn)對用電配電柜自身狀態(tài)、環(huán)境的自感知，自動實時判斷竊電行為、竊電方式、竊電量；

2)具有無線網(wǎng)絡(luò)通信功能，實現(xiàn)實時報警，短信報警，就地報警；

3)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)來恢復(fù)供電，防止竊電用戶自行送電；

4)系統(tǒng)監(jiān)控中心實現(xiàn)用戶用電狀態(tài)實時監(jiān)測，統(tǒng)計正常電能計量、竊電量計量，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、專家分析，提供竊電趨勢預(yù)報、供電系統(tǒng)運行報表等完整的系統(tǒng)功能，支撐用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與挖掘，實現(xiàn)創(chuàng)新性應(yīng)用。

3 研究技術(shù)實現(xiàn)

1)總體思路。在現(xiàn)有電表計量箱進(jìn)線一側(cè)單獨安裝計量裝置實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析，通過快速瞬態(tài)算法將原有計量裝置參考數(shù)據(jù)與現(xiàn)有計量數(shù)據(jù)進(jìn)行實時比對，判定竊電行為，同時將信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳至遠(yuǎn)端中心主機(jī)。一旦發(fā)生竊電行為，即可自行斷電或由中心主機(jī)操作人員發(fā)出控制信號，控制現(xiàn)場切斷電源，避免竊電行為持續(xù)發(fā)生。同時就地報警或短信報警等。中心主機(jī)上裝有防竊電控制系統(tǒng)主站軟件，可對整個防竊電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、趨勢分析和報表，當(dāng)竊電行為停止時，可對供電的線路進(jìn)行遠(yuǎn)程恢復(fù)供電等。

2)快速瞬態(tài)算法研究。本防竊電系統(tǒng)通過在現(xiàn)有電能表計量箱之前單獨的進(jìn)行高壓側(cè)電壓、電流等多參數(shù)采集，同時通過無線智能通訊設(shè)備上傳至監(jiān)控中心，通過快速瞬態(tài)算法實現(xiàn)采集參數(shù)與電流參考數(shù)據(jù)進(jìn)行實時比對，一旦差值超過設(shè)置的限值(初期可以設(shè)為5%，以后逐步增加到1%～2%)，即認(rèn)為發(fā)生竊電而實現(xiàn)報警和動作，同時根據(jù)動作時的數(shù)據(jù)關(guān)系可以判斷竊電行為的方式。

以下我們以q代表防竊電系統(tǒng)采集值，以s代表原有的計量箱電表示值，說明快速瞬態(tài)算法：

a.如果滿足(Iaq>Ias)&(Ibq>Ibs)&(Icq>Ics)&(Ias=0)&(Ibs=0)&(Ics=0)條件，則存在竊電行為，竊電方式為直接短接三相進(jìn)線和出線。

b.如果滿足(80%Vs

c.如果滿足(Iaq>Ias或Ibq>Ibs或Icq>Ics)&(Ias，Ibs，Ics有一相或兩相為0)條件，則存在竊電行為，竊電方式為直接短接一相或兩相進(jìn)線和出線。

d.如果滿足(Iaq

e.如果滿足(Iaq=0且Iaq

f.如果滿足(Iaq≈Ias)&(Ibq≈Ibs)&(Icq≈Ics)條件，表示當(dāng)前不存在竊電行為。

竊電行為終止后系統(tǒng)操作員可以通過發(fā)送命令，控制現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)來恢復(fù)供電。現(xiàn)場防竊電裝置是通過控制中心系統(tǒng)軟件來實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動控制和手動控制的，非系統(tǒng)操作人員不能在現(xiàn)場通過手動送電，防止竊電用戶自行送電。

3)系統(tǒng)方案設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)計有四部分：原電能表計量箱、戶外現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)、現(xiàn)場防竊電控制箱、系統(tǒng)監(jiān)控中心(見圖1)。

a.戶外現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)。戶外現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要實現(xiàn)在防竊電

系統(tǒng)自動實時判斷竊電行為時，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場中斷供電；竊電行為終止時，實現(xiàn)遠(yuǎn)程恢復(fù)供電，非系統(tǒng)操作人員不能在現(xiàn)場通過手動送電，防止竊電用戶自行送電。

戶外執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用真空永磁斷路器開關(guān)，較傳統(tǒng)開關(guān)不同之處在于開關(guān)單相固封式結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)開關(guān)操作機(jī)構(gòu)通常安裝在底座內(nèi)，無法進(jìn)行密封處理，長期受雨水、空氣侵蝕容易造成開關(guān)卡澀，不能正常合分。真空永磁斷路器開關(guān)每一相極柱內(nèi)固封有獨立的雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)及真空滅弧室，極大程度上增加了設(shè)備的耐候性。并且由于特有單相固封式結(jié)構(gòu)，每一相極柱都可以獨立安裝拆卸，當(dāng)開關(guān)出現(xiàn)故障時可直接更換其中一相或兩相極柱，大大減少了開關(guān)后期維護(hù)費用。

b.現(xiàn)場防竊電控制箱。現(xiàn)場防竊電控制箱是系統(tǒng)的核心裝置，用于實現(xiàn)對用電數(shù)據(jù)的采集、計量、分析、判斷以及控制命令的發(fā)送等，它由智能電表、控制器、防撬監(jiān)測裝置、通訊模塊組成。

智能電表完成對進(jìn)線一側(cè)的三相電壓,三相電流,功率,峰平谷電量等多電能數(shù)據(jù)采集和計量，接收控制器發(fā)送的命令對真空斷路組合裝置實現(xiàn)合分閘操作以及現(xiàn)場就地聲光報警、語音報警的輸出等。是本系統(tǒng)判斷原有電能表是否存在竊電的基準(zhǔn)。

控制器是防竊電控制箱的神經(jīng)中樞，負(fù)責(zé)對智能電表和原電能表采集的電流、電壓、電量、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)的差值自動對比，判斷有無竊電行為以及竊電方式。當(dāng)發(fā)生竊電行為時，發(fā)送斷電命令給現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時通過GPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程主機(jī)進(jìn)行實時通訊，將防竊電數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程主機(jī)，實現(xiàn)自動報警。當(dāng)竊電行為停止時，響應(yīng)遠(yuǎn)程主機(jī)命令，控制現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)現(xiàn)場無人的供電恢復(fù)。

控制箱防撬監(jiān)測裝置用以實現(xiàn)對防竊電控制箱的保護(hù)，避免人為惡意破壞，實現(xiàn)開箱即斷電的功能。

通訊模塊采用GPRS網(wǎng)絡(luò)DTU，具有很強的安全性、保密性和可靠性。

c.系統(tǒng)監(jiān)控中心。系統(tǒng)監(jiān)控中心實現(xiàn)對用戶用電狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，對用電相關(guān)數(shù)據(jù)(電壓,電流,功率,頻率,4象限電能等)進(jìn)行統(tǒng)計、趨勢和報表，實時生成線損，判斷竊電行為，發(fā)送竊電警報，發(fā)送現(xiàn)場斷電命令，計量竊電量。當(dāng)竊電行為停止時，對需要恢復(fù)供電的線路發(fā)送恢復(fù)供電命令。

4 實驗系統(tǒng)實施效果

表1 641線路2013年與2014年線損情況對比

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計，搭建一套試驗系統(tǒng)，并在某供電企業(yè)合作掛網(wǎng)測試，經(jīng)過一年的掛網(wǎng)實驗，631,641兩條外轉(zhuǎn)供電線路線損已經(jīng)由原來的30%～50%下降到5%(平均)以內(nèi)，線路線損得到有效控制，取得了很好的防竊電效果，實現(xiàn)了預(yù)期經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(見表1)，并對竊電行為起到了很好的震懾作用。

5 結(jié)語

系統(tǒng)上線后，提高了對外供電企業(yè)用電管理水平，減少了電表工巡檢的工作量，提高了防竊電效率，維護(hù)了正常的供用電秩序，保證安全用電，解決了多年來電計量管理歷史遺留的難題，驗證了基于快速瞬態(tài)算法的智能防竊電系統(tǒng)的可行性，為同行業(yè)的電計量管理起到了很好的推廣作用。

[1] 向天學(xué).農(nóng)村供電所防范竊電的有效措施[J].農(nóng)村電工，2005(9)：10-12.

[2] 李珞新，余建華.用電管理手冊[M].北京：中國電力出版社，2006.

Research on intelligent prevention electricity-stolen system based on rapid transient algorithm

Ma Shuqing

(TrafficInstitute,InnerMongoliaUniversity,Hohhot010020,China)

This paper researched the intelligent prevention electricity-stolen system through rapid transient algorithm implementation enterprise power supply system, the system made electric many parameters acquisition before the original watt-hour metering box into the line on one side, through rapid transient algorithm realized acquisition parameters and original watt-hour meter power reference value real-time contrast to determine the time, electricity-stolen methods and electricity-stolen amounts of electricity-stolen way, which could realize the self power and remote alarm, after alarm contact could through GPRS wireless network realize the site unmanned power supply recovery.

rapid transient algorithm, prevention electricity-stolen, prevention electricity-stolen system

2015-08-25

馬淑清(1965- )，女，副教授

1009-6825(2015)31-0129-03

TU855

A