（广西电网公司钦州供电局 广西钦州 535000）
摘要：电力计量监督系统，包括电能计量器，用于计算变压器第一侧的电能；其特征在于：计量监督主机，用于计算变压器第二侧的电能，设有电信号采集模块，用于采集变压器电压信号及电流信号；电能计算模块，用于接收来自电信号采集模块的电压信号及电流信号并计算电能；比较模块，存储有一阈值，用于获取来自电能计量器的电能数据，并计算电能计量器输入的电能数据及电能计算模块计算出的电能数据的相对差值，所述相对差值大于所述阈值时生成报警信息；通讯模块，用于发送所述报警信息。
关键词：移动式；防窃电；系统
一、电力计量监督系统背景技术
目前，盗窃电能行为非常猖獗，窃电者采取各种方法来不计算或少计算电量，以达到不交或少交电费的目的，给国家造成重大损失。电力部门为了防止盗窃电能发生，派出稽查人员定期或不定期对供电线路进行检查，但是检查的时间性差、检查不到位，往往无法准确检查出窃电的发生时间、地点以及无法得到相关数据，给取证带来较大困难。
因此，申请公开了一种名为“一种分布式防窃电报警系统”的发明创造，该监测系统包括低压电能采集终端、高压电能采集终端以及监控中心三部分，其中低压电能采集终端与高压电能采集终端实时采集变压器低压侧与高压侧的电能参数，并将采集到的电能参数通过无线网络传送至监控中心，监控中心对比低压侧与高压侧的电能参数，若发现异常即发出报警信息。
虽然该监测系统能有效监测变压器两端电能参数并由监控中心确定是否发生窃电行为，然而，每一低压电能采集终端与高压电能采集终端采集的电能参数均传送至监控中心，由监控中心进行对电能参数进行分析，因此，监控中心需要对大量数据进行实时分析，对监控中心运算能力、运算速度要求较高，使监控中心非常庞大，造价费用高昂，并且需要大量技术人员对监控中心的运行情况进行监测，使监督系统运行成本非常高昂。
实用新型专利公告了一种名为“一种防窃电的电子计量系统”的发明创造。该防窃电装置为一手持式装置，包括高压计量装置以及电力分析仪，该装置从变压器高压侧反映用电的电能量，并将电能信号发送至负控中心。同时，电力分析仪通过导线与低压电能表连接，由低压电能表检测低压侧用电量，通过对比高压侧用电量与低压侧用电量来核实真实的用电量。
但是，该防窃电装置并不是固定安装在变压器上的装置，使用该防窃电装置时需要将其连接至变压器上，给使用带来不便。同时，由于该防窃电装置不能实时监测变压器用电情况，使用时仍需要稽查人员现场检测用电情况。并且，该防窃电装置的使用同时需要使用较大的监控中心对变压器高压侧、低压侧电能数据进行监控，使监控中心的造价费用高昂。
二、电力计量监督系统内容
电力计量监督系统包括电能计量器及计量监督主机，其中电能计量器用于计算变压器第一侧的电能，计量监督主机用于计算变压器第二侧的电能，计量监督主机设有电信号采集模块、电能计算模块、比较模块以及通讯模块，其中电信号采集模块用于采集变压器电压信号及电流信号，电能计算模块用于获取电信号采集模块输入的电压信号及电流信号并计算电能，比较模块存储有一阈值，用于接收来自电能计量器的电能数据，并计算电能计量器输入的电能数据及电能计算模块计算出的电能数据的相对差值，并在相对差值大于阈值时生成报警信息，通讯模块用于发送报警信息。
由上述方案可见，计量监督主机与电能计量器分别实时计算变压器第一侧与第二侧的电能，同时由比较模块判断两侧电能是否出现异常，即判断两侧电能数据的相对差值是否大于阈值，并在出现异常时向监控中心发出报警信息。这样，计量监督主机只有在发生异常时才发出报警信息，监控中心只接收来自计量监督主机的报警信息，不需要接收电工和电能参数，即不需要对数据进行大量的运算、监控，监控中心的造价大大降低。并且不需要大量技术人员对其运行情况进行监测，节省人力成本。
一个优选的方案是，计量监督主机计算变压器高压侧电能时，电信号采集模块与变压器两侧连接，分别采集变压器低压侧的电压信号及高压侧的电流信号。这样，计量监督主机采集的电压信号为变压器低压侧的电压信号，而采集低压侧电压信号不需要使用的费用高昂的高压电压互感器，使电力计量监督系统造价大大降低。
电力计量监督方法包括在变压器的第一侧安装电能计量器，应用电能计量器计算变压器第一侧的电能；
在变压器上安装计量监督主机，应用计量监督主机计算变压器第二侧的电能，计量监督主机存储有一阈值；
计量监督主机获取电能计量器计算的变压器第一侧的电能数据，并计算变压器第一侧的电能数据与变压器第二侧电能数据的相对差值，并判断相对差值是否大于阈值，如是，向监控中心发出报警信息。
由此可见，安装在变压器上的电能计量器与计量监督主机分别计算变压器第一侧与第二侧的电能，并由计量监督主机计算变压器两侧的电能数据的相对差值，一旦相对差值大于阈值发出报警信息。这样，计量监督主机能有效对变压器两侧电能进行监测，同时，计量监督主机并不需要向监控中心实时发送电工和电能参数，监控中心处理的数据量大大减少，监控中心的造价也大大降低。
三、具体实施方式
在变压器上安装有计量监督主机WH1和电能计量器WH2，其中电能计量器WH2安装在变压器的低压侧，并通过低压电流互感器TA1、TA2、TA3分别连接至变压器低压侧的a、b、c三相。电能计量器WH2通过低压电流互感器TA1、TA2、TA3采集变压器低压侧三相的电流信号Ia、Ib、Ic。同时，电能计量器WH2还与变压器低压侧a、b、c三相连接，采集a、b、c三相的电压信号Ua、Ub、Uc。电能计量器WH2采集变压器低压侧a、b、c三相的电压信号Ua、Ub、Uc及电流信号Ia、Ib、Ic后，即可计算变压器低压侧电能。计算电能时，首先计算变压器低压侧的功率P2，
P2＝Ua×Ia×COS(φa)+Ub×Ib×COS(φb)+Uc×Ic×COS(φc)（式1）
式1中φa、φb、φc分别为变压器低压侧a、b、c三相电压信号与电流信号的相位角度差。
计算变压器低压侧的功率P2后，即可计算变压器低压侧的电能W2，
W2=∫P2×Δt（式2）
式2中Δt为电能计量的时间。
变压器上还安装有计量监督主机WH1，其分别连接至变压器的两侧。其中，计量监督主机WH1通过高压电流互感器CT1、CT2与变压器高压侧的A、C两相连接，并通过高压电流互感器CT1、CT2采集变压器高压侧的A、C两相的电流信号IA、IC。同时，计量监督主机WH1还与变压器低压侧a、b、c三相连接，采集a相与b相之间的线电压信号Uab、c相与b相之间的线电压信号Ucb。
计量监督主机WH1设有电信号采集模块12、电能计算模块13、比较模块14以及通讯模块15。
电信号采集模块12分别与变压器两侧连接，通过高压电流互感器CT1、CT2采集变压器高压侧的电流信号IA、IC，并采集变压器低压侧电压信号Uab、Ucb，将采集的电压信号及电流信号传送至电能计算模块13。
电能计算模块13接收到电流信号与电压信号后，计算变压器高压侧的电能。电能计算模块13计算变压器高压侧电能时，首先计算其功率P1，
P1=[Uab×IA×COS(φUabIA)+Ucb×IC×COS(φUcbIC)]×Ki（式3）
式3中，φUabIA、φUcbIC分别为变压器低压侧线电压信号Uab、Ucb与变压器高压侧电流信号IA、IC的相位角度差。Ki是变压器高压侧与低压侧的电流变比，其值约为10k/380，即26.3。
计算变压器高压侧的功率P1后，即可计算变压器高压侧的电能W1，
W1=∫P1×Δt（式4）
式4中Δt为电能计量的时间。
电能计量器WH2通过信号线与计量监督主机WH1连接，电能计量器WH2向计量监督主机WH1输出变压器低压侧的电能数据，该数据传送至计量监督主机WH1的比较模块14中。电能计量器WH2以电能脉冲信号形式将变压器低压侧的电能数据传送至计量监督主机WH1。
计量监督主机WH1的比较模块14不但接收来自电能计量器WH2的变压器低压侧的电能数据，还获取来自电能计算模块13计算出的变压器高压侧电能数据。
比较模块14接收到变压器两侧的电能数据后，计算两侧电能数据的相对差值。计算相对差值时，可以使用变压器低压侧的电能数据作为标准值，也可以使用变压器高压侧的电能数据作为标准值。若使用变压器低压侧电能数据作为标准值，计算的相对差值Δ为Δ＝[（W1-W2）/W2]×100％（式5）
通过式5即可计算变压器两侧电能数据的相对差值。
同时，比较模块14还存储有一个阈值，阈值可根据变压器的实际参数确定，并且考虑变压器高压侧与低压侧的电流变比、电压变比和相位均存在一定的误差，变压器实际工作时存在与负载相关的误差，因此，确定阈值时需要适当增大，例如，本实施例中阈值是±5％。比较模块14将相对差值与阈值进行对比，若相对差值小于阈值，即变压器两侧电能数据的相对差值在±5％以内，计量监督主机WH1认为没有发生窃电行为。一旦相对差值大于阈值，比较模块14即生成报警信息，并将报警信息传送至通讯模块15中。通讯模块15接收到报警信息，以无线方式向监控中心发出报警信息。
当然，电力计量监督系统也可以采用电力负荷管理终端来发送报警信息的方式。这样，需要在变压器上安装一个电力负荷管理终端，该电力负荷管理终端与计量监督主机WH1的通讯模块连接。当比较模块14生成报警信息后，通过通讯模块15传送至电力负荷管理终端，并由电力负荷管理终端将报警信息发送至监控中心。
由此可见，计量监督主机WH1能够比较变压器高压侧与低压侧的电能，只有在比较模块14判断变压器两侧电能数据的相对差值大于阈值时，也就是发生异常情况时，计量监督主机WH1才向监控中心发出报警信息。这样，监控中心不需要接收大量的信息，仅仅接收计量监督主机WH1发出的报警信息，对监控中心的运算能力、运算速度要求不高，监控中心的造价便大大降低，也不需要大量技术人员对监控中心的运行情况进行监测。
同时，计量监督主机WH1连接至变压器的两侧，电信号采集模块12采集高压侧的电流信号与低压侧的电压信号。这样，计量监督主机WH1不需要通过费用高昂的高压电压互感器来采集变压器高压侧电压信号，降低电力计量监督系统的费用成本。
变压器为Y-yn0型配电变压器，实际应用时，若变压器为Dyn11型变压器，则高压侧线电压UAB与低压侧线电压Uab之间存在30°的相位差，计算变压器高压侧电能时，将电压信号移位30°后计算即可。
由上述方案可见，本实施例可以对多种窃电行为进行监督。对于在变压器低压侧与计量监督主机WH1之间窃电的行为，计量监督主机WH1计算的变压器低压侧电能与电能计量器WH2计算的变压器高压侧电能的相对差值较大，方便判断发生窃电行为。
若发生断开变压器低压侧某一相电压的方式窃电，计量监督主机WH1可判断该相上存在电流信号，却没有电压信号，即该相的电压信号为零，可判断窃电行为的发生，计量监督主机WH1便发出报警信息。
若发生短接变压器低压侧某一相电流互感器一次的方式或断开（短接）某一相电流互感器二次的方式窃电，以及在电流互感器前直接用电、改变电流互感器变比、修改WH2电能计量方式等，计量监督主机WH1可判断变压器两侧的电能数据的相对差值较大，也可判断有窃电行为。
对于在变压器两侧同时实施窃电行为，比如短接变压器两侧电流互感器的一次，要做到同时减少相同的电能数据，是非常困难的。
对于遥控窃电行为，计量监督主机WH1可通过实时判断变压器两侧的电能数据，一旦发现变压器两侧电能数据相对差值较大即发出报警信息，稽查人员即可有针对性的对电能计量进行检测以确定是否发生窃电行为。
同时，对于窃电者使用断开电能计量器WH2与计量监督主机WH1的信号线方法窃电，可以在计量监督主机WH1的比较模块14上存储一个时间阈值，例如30秒，比较模块14判断是否在时间阈值内未接收到来自电能计量器HW2的电能数据，如果是，则发出报警信号。
对于计量监督主机WH1故障，监控中心在一定时间内收不到联系信号，即可判断出计量监督主机WH1出现故障。
当然，计量监督主机WH1判断变压器两侧电能数据相对差值大于阈值时，不一定是发生窃电行为，还可能是计量监督主机WH1、电能计量器WH2或高压电流互感器CT1、CT2等发生故障。这样，计量监督主机WH1也会发出报警信息，即计量监督主机WH1也可以监督电能计量器WH2等是否发生故障。
另外，计量监督主机WH1发送报警信息时，还可以将电工和电能数据、变压器高压侧电能数据趋势表等一起发送至监控中心，以便监控中心获得相关数据，便于电力部门监督用户的用电情况。
当然，计量监督主机WH1的电信号采集模块12分别与变压器两侧连接，分别采集变压器高压侧的电流信号与低压侧的电压信号，计量监督主机WH1也可以只与变压器高压侧连接。
变压器的高压侧上安装有电能计量器WH3，电能计量器WH3通过高压电流互感器CT1、CT2连接至变压器高压侧的A、C两相，并采集A、C两相的电流信号IA、IC。同时电能计量器WH3还通过高压电压互感器TV1、TV2连接变压器的高压侧，采集高压侧A相与B相之间的线电压UAB、B相与C相之间的线电压UBC。这样，电能计量器WH3即可计算变压器高压侧电能。
在变压器低压侧上安装有计量监督主机WH4，计量监督主机WH4通过低压电流互感器TA1、TA2、TA3分别连接至变压器低压侧的a、b、c三相上，并采集变压器低压侧三相的电流信号Ia、Ib、Ic。同时，计量监督主机WH4还与变压器低压侧a、b、c三相连接，采集a、b、c三相的电压信号Ua、Ub、Uc。这样，计量监督主机WH4即可计算变压器低压侧的电能。当然，WH4也可使用WH3的电压信号和低压电流互感器TA1、TA2、TA3，。
与第一实施例相同的是，电能计量器WH3与计量监督主机WH4连接，并将计算的变压器高压侧电能数据传送至计量监督主机WH4。其中计量监督主机WH4的结构框图与第一实施例相同，在此不再赘述。
计量监督主机WH4接收到电能计量器WH3传送的变压器高压侧电能数据及自己计算的变压器低压侧电能数据后，计算变压器两侧电能数据的相对差值，一旦发生异常情况，即相对差值大于阈值，向监控中心发出报警信息。
由此可见，监控中心接收的只是计量监督主机WH4发出的报警信息，监控中心便不需要处理大量的数据，其造价大大降低，同时也能实时对变压器两侧的电能情况进行监控。
当然，计量监督主机WH4计算变压器低压侧电能，电能计量器WH3计算变压器高压侧电能。实际应用时，可以由计量监督主机WH4计算变压器高压侧电能，而电能计量器WH3计算变压器低压侧电能。
同时，电能计量器WH3可以是通过有线方式与计量监督主机WH4连接，也可以是通过无线方式连接。使用无线方式连接时，电能计量器WH3将电能数据以无线信号的方式传送至计量监督主机WH4。
另外，电能计量器WH3传送的电能数据是以电能脉冲信号的形式发送，实际应用时，还可以发送电能计量器WH3计算的电能计量值，即电能计量器WH3计算获得的变压器高压侧电能的实际计算值。
综上所述，电力计量监督方法是，在变压器的第一侧安装电能计量器，计算变压器第一侧的电能。并在变压器上安装计量监督主机，计算变压器第二侧电能。
电能计量器计算变压器第一侧电能后，将计算的电能数据传送至计量监督主机。计量监督主机计算变压器两侧的电能，获得两侧电能数据的相对差值。同时，计量监督主机还存储有一阈值，计量监督主机通过对比相对差值与阈值，若发现相对差值大于阈值，即认为发生异常情况，向监控中心发出报警信息。
当然，计量监督主机设有电信号采集模块，用于采集变压器的电压信号及电流信号。采集模块可以与变压器两侧连接，分别采集变压器一侧的电流信号与另一侧的电压信号，也可以连接至变压器其中一侧，只采集变压器其中一侧的电压信号与电流信号。
结束语：由此可见，计量监督方法可以实时采集变压器两侧的电信号，实时计算变压器两侧的电能，并在出现异常情况时发送报警信息。监控中心只接收报警信息，不需要处理大量的数据，其造价可大大降低。同时，计量监督主机还可以有效对多种窃电行为进行监督。
作者简介
王启禄（1969.09.10），男，学历：东北电力大学管理工程学士，单位：广西电网公司钦州供电局，研究方向：电能计量、电力营销服务
论文作者:王启禄,朱文军,丁敏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/19
标签：电能论文; 变压器论文; 计量器论文; 主机论文; 低压论文; 高压论文; 信号论文; 《电力设备》2017年第8期论文;