電能表典型采樣電路的竊電及差錯電量分析

曹 暉

(國網(wǎng)湖北省電力公司鄂州供電公司營銷部,湖北 鄂州 436000)

居民用電量逐步增加,部分用戶通過各種方式竊電,這種行為不僅造成電力資源損失,還會損壞電力設(shè)施,影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。探討了一種典型采樣電路的電能表竊電行為,以核算差錯電量,為制定防竊電措施提供依據(jù),促進(jìn)電力系統(tǒng)的平穩(wěn)發(fā)展。

1 多功能電能表采樣電路工作原理

三相三線多功能電能表的基本工作原理如下:對于A相采樣電路而言,選擇新一代電流互感器作為電流傳輸路線,將其整合到I/U轉(zhuǎn)換電路內(nèi),轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?再運(yùn)輸并儲留到計量芯片中,芯片基于一定算法得出實際的采樣電流。I/U電路有4個阻值大小相等的采樣電阻,即R102、R103、R105、R106,阻值均為10 Ω,電能表配備了2個低通濾波電路,分別由R101與C101、R104與C102組成,R101、R104阻值同為1.2 kΩ,C101、C102容值都是0.01 μF。假定A相電路電流為IA,整合進(jìn)電流互感器內(nèi)被轉(zhuǎn)變成Ia,I/U電路執(zhí)行電流信號的轉(zhuǎn)換過程,最后計量芯片的輸入電壓為[1]:

U=(R102+R103)Ia

(1)

輸入計量芯片的電壓與輸入電流兩者存在明確的線性關(guān)系,即輸入電流越大,電能計量越多。

2 常見的竊電方式

目前主要運(yùn)用電能表測量電能大小。近些年,智能電能表得到了廣泛應(yīng)用,已成為電網(wǎng)工程項目的重要組成,其主要由各種電子元器件構(gòu)成,可對電網(wǎng)電流及電壓進(jìn)行智能化采樣處理,以脈沖形式輸出電能,將整個電網(wǎng)智能電表的脈沖信號轉(zhuǎn)變成電流能量輸送給用戶,利用智能電能表竊電主要有以下幾種方式:

2.1 欠壓法

可運(yùn)用欠壓法獲得竊電判定結(jié)果,運(yùn)用虛假接入電能表的電壓線圈,使二次回路的接線端口出現(xiàn)松動,基于電阻分壓原理將其串聯(lián)到正常的電壓回路內(nèi),使電網(wǎng)電壓的二次回路出現(xiàn)不同程度的損壞,根據(jù)這種竊電形式、特點制定相應(yīng)的防竊電辦法,對失壓及欠壓進(jìn)行控制。運(yùn)用竊電軟件進(jìn)行檢測,如果測得電網(wǎng)電壓值在設(shè)定數(shù)值內(nèi)卻有電流通過,則可認(rèn)定存在失壓竊電行為,若發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)電壓值處于設(shè)定范圍內(nèi),則存在欠壓竊電行為。

2.2 欠流法

這種竊電行為通常采用短接方式處理電能表內(nèi)分布的電流線圈端口,采用虛假接入方法或破壞電流線圈的接線位置,損壞TA端口,使電網(wǎng)中的電流回路出現(xiàn)短路。需提升竊電防范的針對性、實效性,在線圈內(nèi)設(shè)置短路、開路專用線路,實時、動態(tài)地監(jiān)測電網(wǎng)線圈運(yùn)轉(zhuǎn)狀況,當(dāng)出現(xiàn)異常時快速判定是否存在竊電行為,完整、詳細(xì)地記錄異常狀況。

2.3 移相法

此竊電方式包括電壓移相、電流移相兩種類型。電壓移相竊電法是反向連接電能表的電壓線圈位置接口,導(dǎo)致電壓回路陷入反向連接狀態(tài),即錯相接線。電流移相竊電法是反向連接電能表電流線圈的位置接口,造成電流回路反向連接并出現(xiàn)反相及錯相情況。為防治移相電壓竊電行為,需查電能表的電網(wǎng)電壓回路,若存在反相錯接問題,說明人為改變了相鄰電壓之間的相序,檢測探查相序有差異時,可斷定發(fā)生了竊電行為,應(yīng)加強(qiáng)防控力度。由于竊電行為造成原有的相鄰相位間的電流關(guān)系出現(xiàn)異常改變,如果發(fā)現(xiàn)電流間的相角處于不合理的范圍內(nèi),則可斷定出現(xiàn)了竊電行為。

3 竊電狀態(tài)下的電量計算公式

觀察竊電的電能表電路板,A、C兩相電路內(nèi)都裝設(shè)了插式電阻,采樣電路加裝電阻后,通過電阻R102及R103的電流均減少,輸入計量芯片內(nèi)的電壓減少,出現(xiàn)了電能計量異常情況。

3.1 A相異常計量分析

A相采樣電路內(nèi)加裝了51 Ω電阻,將其并聯(lián)在I/U電路的電流輸入端。假設(shè)A相電流電流是IA,通過互感器轉(zhuǎn)變成Ia,I/U電路再行轉(zhuǎn)換后輸入計量芯片的電壓為[2]:

(2)

電力系統(tǒng)正常運(yùn)作時,將相關(guān)參數(shù)代入式(1),精準(zhǔn)算出輸入計量芯片內(nèi)的電壓量值,加裝51 Ω電阻后,芯片的輸入電壓減少,大約是正常電壓的56%,即U′/U≈56%,A相電路的電流誤差理論值為-44%。

3.2 C相異常計量分析

對電能表C相、A相采樣電路運(yùn)用相同的整改策略,將外接電阻加裝在C相電路上,測定出R302開路。圖1是具體的工作原理。

圖1 外接電阻加裝到C相電路上且R302維持開路狀態(tài)的原理Fig.1 Principle of adding anexternal resistor to a C-phase circuit and R302 maintaining an open state

對于電能表C相內(nèi)通過的電流IC,電流互感器將其轉(zhuǎn)變成IC,I/U電路被轉(zhuǎn)換后輸進(jìn)計量芯片的電壓可用下式計算:

U′=RIC

(3)

正常狀況下輸進(jìn)計量芯片的電壓為:

U=(R302+R303)IC

(4)

C相采樣電路改造投用后,輸入計量芯片的電壓顯著增多,大約是正常值的2.55倍,有U′/U≈255%,C相電流誤差的理論值達(dá)到155%。

4 竊電狀態(tài)下差錯電量核算

采集電能表中過往某一時間段中的負(fù)荷曲線數(shù)據(jù),分析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)電能表計量異常主要經(jīng)歷以下幾個階段:

4.1 階段I

將51 Ω電阻添加到電能表C相電路內(nèi)。電網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)下本體能實現(xiàn)負(fù)荷平衡,PA=PC。因為無法實測電能表的電流總誤差,為方便后續(xù)分析,認(rèn)為C相、A相電路并聯(lián)電阻后的分相誤差值一致,據(jù)此推導(dǎo)出階段I中A相功率基本誤差的具體值,即r1=-44.6%,關(guān)于C相功率大小,可基于下式計算[3]:

(5)

測求出階段I電能表差錯電量的更正系數(shù)為:

(6)

式中,P、P1分別代表電能表正常運(yùn)作、C相并聯(lián)電阻后的總功率。

結(jié)合電能表呈現(xiàn)出的正向有功總電量計算出階段I不同時間段抄錄電量累計值。式(7)、式(8)、式(9)分別能運(yùn)算出電量Q、差錯電壓ΔQ、電度電費A的具體值:

Q=抄寫電量×倍數(shù)

(7)

ΔQ=(K1-1)Q

(8)

A=ΔQ×執(zhí)行電價

(9)

式中,Ki為階段i電能表差錯電量對應(yīng)的更正系數(shù)。

4.2 階段II

C相電路內(nèi)電阻R302受損。假設(shè)正常工況中能得到負(fù)荷平衡關(guān)系,PA=PC。但很難測定該階段竊電電能表的總誤差,推算出C相功率的基本誤差r2=146.4%,C相功率大小為[4]:

(10)

階段II電能表差錯電量的更正系數(shù)為:

(11)

式中,P2表示C相電路電阻R302受損時電能表的總功率。

4.3 階段III

在原基礎(chǔ)上給A相采樣電路加裝51 Ω電阻。假定電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中達(dá)到了負(fù)荷平衡狀態(tài),總功率為P,此時階段III內(nèi)電能表差錯電量的更正系數(shù)為:

(12)

式中,P3表示電能表A相相加裝電阻后的總功率。

綜上,電能表的總差錯電量為:

ΔQ總=ΔQ1+ΔQ2+ΔQ3

(13)

5 試驗檢驗

結(jié)合計量檢定規(guī)程,用三相電能表專用檢定裝置檢定分析竊電電能表的基本誤差。其中,三相平衡負(fù)載的正向、反向有功基本誤差見表1[5]。

表1 三相平衡負(fù)載的正向、反向有功基本誤差

檢定結(jié)果與A、C兩相電流誤差理論值之間大體持平。階段I差錯電量共少計量8595.6 kWh,階段II、III差錯電量分別共多計量155 794.8 kWh、58 449.4 kWh,階段III的差錯電量見表2。

表2 階段III的差錯電量統(tǒng)計

總差錯電量ΔQ總=Q1+Q2+Q3=-205 648.6 kWh。電能表計量異常期間多計電量總共為205 648.6 kWh,電能表的基本誤差試驗檢定結(jié)果與累計電能量均契合基于公式計算所得的電能數(shù)據(jù)。

6 防竊電技術(shù)方法

可為居民用戶配置集中裝或全封閉表箱,相當(dāng)于使用線進(jìn)管、管進(jìn)箱、箱加鎖等反竊電手段,實現(xiàn)人、電能計量表的分離,對部分用戶接觸電能表與二次線的行為產(chǎn)生一定的遏制作用。

對高壓用戶的電能計量裝置進(jìn)行技術(shù)改造,加裝高壓計量箱,熱縮套封閉組合互感器一次側(cè),以防人為因素造成一次接線端子短路而竊電,為二次回路運(yùn)用鎧裝導(dǎo)線,在全封閉式表箱中規(guī)范安裝電能表、接線盒等設(shè)施,使整個電能計量裝置達(dá)到全封閉。

對低供低計的用戶使用計量箱或柜對電能計量裝置進(jìn)行一次全封閉處理,以防竊電。

加強(qiáng)用戶群賬號管理。不同電力用戶的用電需求差異較大,需對用戶采用分類管理辦法,有效調(diào)度電力資源,增加供電服務(wù)品質(zhì)。按照不同用戶的用電性質(zhì)、用電數(shù)量及所處位置等進(jìn)行劃分,設(shè)置差異化用電量核算體系、計費方式及費控方案等。合理劃分電力用戶群,提高供電服務(wù)品質(zhì)。

7 結(jié)束語

探討了一種電能表采樣電路的工作原理,分析竊電工況下電量計算及差錯電量核算等問題,推導(dǎo)得出相應(yīng)的方法,通過試驗證實理論數(shù)據(jù)與試驗驗證數(shù)據(jù)之間具有較高的一致性,以有效實施反竊電技術(shù)措施,提供優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。