基于微電子技術(shù)的防竊電識別研究

遲磊

摘 要：隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，竊電的方法也在不斷涌現(xiàn)。用戶的竊電行為嚴(yán)重?fù)p害了供電企業(yè)和合法用戶的權(quán)益，嚴(yán)重?fù)p害了電路，不僅給國家造成了重大損失，而且嚴(yán)重影響了供電秩序。在本文中，通過電力線的感應(yīng)電流對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，處理和存儲，并將收集到的信息內(nèi)置到與次級側(cè)現(xiàn)場服務(wù)終端的無線通信模塊中，以此驗(yàn)證竊電行為。

關(guān)鍵詞：微電子技術(shù);電力防竊電;無線收集器;負(fù)載曲線

1引言

在竊電嚴(yán)重的供電區(qū)域，竊電不僅破壞當(dāng)?shù)氐挠秒姯h(huán)境，而且直接影響供電企業(yè)的利益。因此，如何有效開展防竊電工作已成為供電企業(yè)面臨的重要課題。當(dāng)檢查員到達(dá)現(xiàn)場時(shí)，值班人員可以通過遙控器恢復(fù)儀表的正常運(yùn)行。很難抓住竊電現(xiàn)場，每年因竊電而損失350億千瓦時(shí)[1]。現(xiàn)有的電力控制系統(tǒng)僅在監(jiān)視電表是否能夠正常工作中起作用，并且難以掌握其實(shí)際功耗。如果用戶斷開電壓并竊電，可以通過電力控制系統(tǒng)找到;但是如果用戶使用分流次級電流的方法竊電，則很難找出，因?yàn)橛脩舨荒芎芎玫卣莆沼秒娗闆r[2]。專用的變壓器電流監(jiān)控系統(tǒng)很好地解決了這個(gè)問題，并且在防竊電技術(shù)中起著重要的作用。

2電力監(jiān)控中常見的竊電方法

2.1欠電壓竊取

欠壓竊電手段的目標(biāo)是電能表。在電能表運(yùn)行過程中，當(dāng)流入電能表的電壓為額定值時(shí)，電能表即可正常運(yùn)行并記錄用戶的用電量。一些竊電者會在電表的電壓入口上建立虛擬接口。該接口可以起到降低電路電壓的作用。電能表檢測到的電路電壓低于額定值，這會阻止電能表正常工作。

2.2電力轉(zhuǎn)移

分流的控制對象也是電能表。電能表中的電流互感器是用于測量電能表的最重要的設(shè)備之一。電流分流的原理是建立與變壓器并聯(lián)的分流引線。根據(jù)交流電路功率分配公式，當(dāng)電路功率固定時(shí)，電流互感器外部有并聯(lián)的并聯(lián)引線。分配到交流引線上，電流互感器的測得功率低于實(shí)際功率值，而竊電者實(shí)現(xiàn)了竊電的目的。

2.3電壓和電力損失

丟失電壓和竊電是目前最常見的竊電手段。這種竊電的原理是確定切斷電源線中的單相引線，從而導(dǎo)致電表的正常工作。只要電路中存在斷點(diǎn)，電壓就會降低，從而導(dǎo)致電表無法正常工作。在用電量的檢測和監(jiān)督中，這個(gè)問題很容易發(fā)現(xiàn)，但是許多電力公司的工作人員卻忽略了檢查該內(nèi)容，這很可能導(dǎo)致嚴(yán)重的電力系統(tǒng)故障。

2.4電源切斷

當(dāng)前的偷竊方法是直接操作電表。竊電分子將拆除電度表中的電流互感器和電流回路。當(dāng)計(jì)量環(huán)路不能正常工作時(shí)，電表的工作狀態(tài)將受到很大影響，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)。操作質(zhì)量下降了。這種竊電方法目前比較普遍，對電表的損壞影響很大。

3系統(tǒng)組成

專用變壓器一次電流監(jiān)控系統(tǒng)由三部分組成：無線采集點(diǎn)，現(xiàn)場服務(wù)終端和監(jiān)控中心主站。

3.1無線采集器

無線收集器是該系統(tǒng)中最重要的部分，它直接串聯(lián)在電源變壓器的主電源線上。因?yàn)闊o線傳輸基于虛擬電位原理，而沒有接地進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通信，所以沒有次級輸出，并且用戶很難銷毀[3]。無線采集器的所有組件均采用抗紫外線的環(huán)氧樹脂密封工藝進(jìn)行封裝，可以完全適應(yīng)露天環(huán)境中的高/低溫和高濕度環(huán)境，并確保所封裝的無線部件不被損壞[4]。

3.2現(xiàn)場服務(wù)終端

現(xiàn)場服務(wù)終端的下行通道采用無線方式與原邊的無線采集器進(jìn)行通信，上行通信方式主要是GPRS / SMS，可以保證大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。 SMS（SMS）用作通信的第二個(gè)通道或備用通道。現(xiàn)場服務(wù)終端安裝在次級側(cè)，其RS485端口連接到多功能儀表。一次側(cè)無線采集器的表數(shù)據(jù)和采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)比較和分析，異常情況通過GPRS報(bào)告給主站，并通過短信發(fā)送到專職人員的手機(jī)（手機(jī)短信息）[5]。

3.3監(jiān)督中心總站

監(jiān)控中心用于接收現(xiàn)場收集的撥號信息，并通過串口將相關(guān)信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)。主機(jī)可以執(zhí)行業(yè)務(wù)管理和計(jì)費(fèi)管理，驗(yàn)證，計(jì)算，存儲，分析和管理電力數(shù)據(jù)，并可以在異常情況下發(fā)出警報(bào)，同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶使用情況，以確保電力部門的合法收入。

4防竊電處理核心

防竊電處理核心采用ADE7758芯片是最新的先進(jìn)數(shù)字電能表芯片，集成了數(shù)字積分器，溫度傳感器和數(shù)字信號處理器等電路，可應(yīng)用于三相四線制，計(jì)算電壓和電流的有效值A(chǔ)DE7758核心芯片的原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1可以看出：監(jiān)視和處理單元是ADE7758的核心部分，它由數(shù)字信號處理器，電源監(jiān)視和模數(shù)轉(zhuǎn)換組成。數(shù)字信號處理器可以從每個(gè)通道收集數(shù)據(jù)，以獲得有功功率，而不需要每個(gè)相的功率。功率和功率參數(shù)，確保每相電流的最小誤差在5000：1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，并提高了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性; AVDD電源小于12V的模擬電源監(jiān)視模塊可以使核心芯片在斷電之前停止工作，以防止發(fā)生電能計(jì)量錯(cuò)誤;通過收集多個(gè)電壓和電流的數(shù)據(jù)可以確保最大電壓輸入。防竊電內(nèi)核ADE7758芯片通信接口和SPI兼容串行接口總共占用5個(gè)I / O端口和1個(gè)MCU端口中斷輸入，通過外部MCU和內(nèi)部接口完成測量參數(shù)和校準(zhǔn)參數(shù)的傳輸。

在通信通道上，使用無線網(wǎng)絡(luò)訪問方法，配置每個(gè)終端的參數(shù)。通過無線通信連接到每臺服務(wù)器，以便將每個(gè)負(fù)載點(diǎn)的測量值用作實(shí)時(shí)通信數(shù)據(jù)，為軟件提供支持以實(shí)時(shí)分析每個(gè)負(fù)載節(jié)點(diǎn)的功耗，并確定異常功耗區(qū)域。

以公共無線通信網(wǎng)為載體，以終端RS-485總線為主要通信方式，設(shè)計(jì)終端結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電力用戶的全面控制和管理。使用ADE7758芯片作為防竊電電路的核心芯片，可以通過外部MCU和內(nèi)部接口將其應(yīng)用于三相四線，可以采集多個(gè)電壓和電流數(shù)據(jù)，以確保更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集;在通信通道上，無線通信服務(wù)器電源線使用無線網(wǎng)絡(luò)訪問進(jìn)行設(shè)計(jì)，以使每個(gè)負(fù)載點(diǎn)都可以用作實(shí)時(shí)通信數(shù)據(jù)，從而為軟件分析每個(gè)負(fù)載節(jié)點(diǎn)的功耗提供支持實(shí)時(shí)。

5系統(tǒng)功能

5.1防竊電監(jiān)控

服務(wù)終端與無線采集點(diǎn)進(jìn)行通信，在一定時(shí)間內(nèi)在一次側(cè)將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為平均功率S1，同時(shí)通過RS485總線讀取多功能電表的數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)時(shí)間功率S2內(nèi)二次側(cè)的平均值。諸如設(shè)備損耗和管理損耗之類的各種容差將導(dǎo)致一些可忍受的功率損耗，并且可以在服務(wù)終端的微處理中預(yù)設(shè)容差值。當(dāng)S2與公差值之和仍小于S1時(shí)，現(xiàn)場服務(wù)終端確定為異常，并主動(dòng)向相關(guān)人員實(shí)時(shí)上報(bào)或發(fā)送短消息。

5.2負(fù)荷曲線

服務(wù)終端收集無線采集器的數(shù)據(jù)和多功能數(shù)據(jù)，每十分鐘一次，分別形成一次側(cè)和二次側(cè)的負(fù)荷曲線。現(xiàn)場服務(wù)終端一次可以存儲一個(gè)月的負(fù)荷數(shù)據(jù)，相關(guān)部門可以通過監(jiān)管中心主站查看歷史負(fù)荷曲線和當(dāng)前實(shí)時(shí)負(fù)荷曲線。當(dāng)發(fā)生竊電行為時(shí)，不同的負(fù)載輸入會產(chǎn)生不同的波形變化，因此通過監(jiān)視負(fù)載波形，可以知道是否存在竊電行為。

從圖2可以看出，通過比較兩組負(fù)載波形，可以發(fā)現(xiàn)，在沒有發(fā)生竊電的情況下，本文設(shè)計(jì)的防竊電識別方法記錄的負(fù)載波形變化比較平穩(wěn)，并且負(fù)載趨于平緩。當(dāng)存在竊電時(shí)，圖中用圓圈標(biāo)記的位置處的負(fù)載顯著增加，并且確定此時(shí)已經(jīng)發(fā)生了竊電。

6結(jié)論

檢查員通過對用戶信息的分析和計(jì)算，完成用戶的識別過程，發(fā)現(xiàn)竊電行為，可以掌握竊電時(shí)間。這可以為公安，司法部門打擊盜竊犯罪行為提供法律依據(jù)。在這項(xiàng)研究中，存在一些計(jì)算問題。首先，所選數(shù)據(jù)指標(biāo)的設(shè)計(jì)不夠詳細(xì)。在以后的研究中，應(yīng)該對其進(jìn)行優(yōu)化。第二個(gè)原因是計(jì)算過程并不詳盡。在以后的使用過程中，應(yīng)注重計(jì)算精度。

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