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摘要：目前,电力系统发展的过程中,电能计量设备发挥着越来越重要的作用,电能计量装置和设备也在技术不断发展的情况下获得了一定的发展和进步,窃电现象一直是电力行业发展过程中非常重要也非常常见的问题,所以在这样的情况下必须要采取有效的措施对这种现象予以控制和处理。主要分析了电能计量设备防窃电新技术,以供参考和借鉴。
关键词：电能计量；设备；防窃电；技术
一、当前窃电方式及防窃电技术的不足
1.1 当前主要的窃电方式。首先是电压法窃电。这种方法通常就是将将接入电路中的计量设备的电压进行调整，甚至还将回路断开，所以在线路运行的过程中经常会出现回路试压或者是欠压的问题，这对电路的正常运行会产生非常不利的影响。其次是电流法窃电。这种方法通常就是对接入的计量设备电流回路进行处理，使其出现短路或者是开路的情况，这样也就使得通过计量设备的电流不断的下降。再次是错相法窃电。这种窃电方法通常也被人们称作移相法窃电，也可以叫做相角法窃电。也就是说要对电能计量设备当中的电压回路或者是电流回路的接线进行调整，这样也就使得计量设备正常的电压和电流相位之间的关系发生变化，从而使得计量不精确。第四是扩差法窃电。这种方法通常就是指使用物理方法对电能计量设备进行人为损坏，从而使得电能计量设备在应用的过程中出现较大的误差。最后一个是表前分流窃电。这种方法是在电能计量设备当中接线，从而使用其中电能的情况，这样就使得一些电流在没有经过电能计量设备就直接产生了作用，电能消耗在这一过程中也就和标准值产生了非常大的差别。
1.2 防窃电技术及其缺陷。当前，在市面上，有很多防窃电技术或者是高科技产品，针对电压法和错相窃电，一般可以采用高速交流采样芯片对电压和电流信号予以采集，通过其所显示的数值和标准的数值进行对比，就可以知道线路在运行的过程中是否会出现失压或者是欠压的问题。此外在这一过程中还可以采用傅里叶算法对电流和电压之间的相量角进行计算，这样就可以十分明确的得知线路在运行的过程中是否存在着一些较为明显的错相窃电的情况。而针对扩差法窃电和表前分流窃电的情况，可以采取一些硬件或者是物理的方式对其予以有效的控制和防范。在这一过程中可以采取专用的电表箱和封闭变压器，低压出线端要能够直接延伸到电能计量设备的导体当中，在这一过程中可以采取防撬铅封等设备，这些方法都是可以起到一定的防窃电作用的。在这里我们要注意的是，电流法窃电不会对电力设备内部的构件产生任何不利的影响。同时在发现了有检查人员的时候，只要拆下短路环就可以解决这一问题。但是这种窃电方式不容易被发现和察觉，在操作的过程中。其可行性非常强，所以很难彻底的对其予以控制和处理，虽然很多的产品当中都说自己的产品能够对防电流法窃电予以有效的检查和控制，但是在用户进行了接线处理之后，却不会体现这一功能，有些产品虽然有这一功能，但是在接线之后也会逐渐丧失。
二、防电流法窃电新技术
2.1 新技术总体设计思想。图1显示了电能计量设备(电能表或电力负荷管理终端)在现场单相电流回路的接线。电流法窃电即在A、B任何一处开路(CT二次侧开路),或者使A、B短路(CT二次短路)。要求防窃电电能计量设备能够实时对此进行检测。
研究发现,电流法窃电,无论是对CT二次侧回路实施开路或是短路,实质上都是改变了CT二次侧回路的电路结构,也即改变了电能计量设备的外部阻抗。识别电流法窃电的关键在于能够准确区分CT二次侧正常、开路、短路三种情况下电能计量设备的外部阻抗。可以由计量设备向CT二次侧发出一探测信号,通过测量探测信号电压均方幅度来达到测量计量设备外部阻抗的目的。由于CT二次侧回路为电感部件,对于低频信号几乎为短路。因此,要区分CT二次侧三种状态下计量设备的外部阻抗,探测信号必须为高频。
2.2硬件实现方案及原理。图2显示了防电流法窃电新技术硬件实现方案,它由防窃电电流变送器、高频信号发生器、50Hz电量交流采样、液晶显示、主控CPU(LPC2138)五大部分组成。各部分功能及原理如下：
2.2.1 防窃电电流变送器。防窃电电流变送器为防电流法窃电技术的关键部件,与普通电能计量设备内部的电流变送器(只含磁芯T1及绕组l11、l12)相比,增加了2个相同的高频磁芯,即T2、T3;其原、副边绕组分别为l21、l22和l31、l32。经大量工程测试,得到低压计量用CT二次侧绕组电感量分布在3.8～13mH之间。为保证CT二次侧回路在正常、开路及短路三种状态下,电能计量设备的外部阻抗有明显差异,实验获得绕组l21、l22、l31、l32的电感量应取值120～180μH之间。由式(1)可求得：
式中N为绕组线圈匝数;L为绕组电感量;c为绕组线圈的匝长;μ0为真空磁导率;μr为相对磁导率;A为绕组线圈的横截面积。绕线为铜漆包线。为尽量减小改进后电流变送器的体积,可采用较高的环形磁芯。
如图2,当电流回路正常(A、B两处未开路、未短路)时,50kHz恒定功率正弦波由b3b4端输入,通过电流变送器磁芯在绕组l11、l21、l31以及CT二次侧绕组T上形成感应。由于绕组T阻抗远大于绕组l11、l21、l31，l11、l21、l31上感应的高频信号幅度将远小于T上的感应电压,从而b5b6端将接收到一较小幅值的高频信号,该幅值记为V正常。
当电流回路短路(即A、B短路)时,50kHz恒定功率正弦波由b3b4端输入,通过电流变送器磁芯仅在绕组l11、l21、l31上进行功率分配,l11、l21、l31上感应的高频信号幅值将明显大于回路正常状态下的幅值,从而b5b6端将收到一较大幅值的高频信号,该幅值记为V短路。
当电流回路开路(即A或B开路)时,50kHz恒定功率正弦波由b3b4端输入,无法在绕组l31上感应高频信号,从而在b5b6端收到的高频信号幅值几乎为0,该幅值记为V开路。
由以上分析可知,V开路<V正常<V短路。通过设定两个电压阈值VS、VO,当b5b6端检测电压V检测<VO时判断为开路,当V检测>VS时判断为短路。
2.2.2高频信号发生器。由于探测用高频正弦信号有一定功率要求,本技术采用电压驱动型脉宽调制器TL494直接产生50kHz方波,然后通过滤波环节产生波形良好的正弦波,工作电压为24V。采用该方式产生高频信号比专用信号发生芯片有较多的成本优势,且能达到满意的输出功率。
2.2.3主控CPULPC2138LPC2138微控制器是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位ARM7TDMI-STMCPU,带有512KB嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。它负责完成交流采样电量计算、液晶驱动以及通过A/D采样对50kHz高频信号幅值进行检测。
三、硬件测试及结果
由于低压计量用CT二次侧绕组电感量分布在3.8～13mH之间,为验证新技术的可靠性,选取二次侧绕组电感量分散较大的2个CT作对比硬件测试,其中CT1二次侧绕组的电感为12.4mH,CT2二次侧的电感量为4.3mH(用MIC4070D手持式电桥测得)。
表1显示了当硬件装置接上述不同CT时,LPC2138对A、B、C三相电流回路的b5b6端进行A/D采样所得到的高频信号均方幅值。A/D采样基准电压为3.3V,采样频率为4MHz。
由表1可知,由高频信号均方幅值显示能够明显区分CT二次侧开路、短路和正常状态,新技术对于二次侧电感量分散较大的各种CT均能准确判断其二次侧开路、短路和正常的状态,且短路判决值及开路判决值与实测信号幅值相比有较大裕量,抗干扰性能良好。
此外,采用本文硬件装置,也对CT二次侧分流情况进行了研究。当分流电阻值在0～200Ω时,通过调节短路、开路判决值,可检测为短路状态。当分流电阻值大于200Ω时,由于电能计量设备电流回路输入电阻一般为20～30Ω,一方面分流量逐渐减小,可窃取的电能有限;另一方面可改进检测算法,达到满意的检测范围。
结语
电能计量设备防窃电在出现的时候具有非常大的危害，而这种窃电技术是很难被人发现的，所以在防窃电工作中，对这种窃电方法进行有效的控制和预防就成了十分关键的一个环节，虽然我国的很多防窃电产品当中都存在着一定的作用，但是其所体现的效果并不是非常好，在这样的情况下，我们必须要对其予以改进，不断的研究和应用新技术，保证防窃电的效果。
参考文献
[1]苏洪涛.浅析窃电的手法及反窃电措施[J].黑龙江科技信息.2012(33).
[2]徐浩.关于反窃电的探讨[J].科技致富向导.2011(08).
作者简介
王斌春（1989.04-），男，单位：国网新疆电力公司昌吉供电公司，研究方向：电能计量新技术。
论文作者:王斌春,门新
论文发表刊物:《电力设备》2016年第2期
论文发表时间:2016/5/24
标签：窃电论文; 电流论文; 电能论文; 绕组论文; 开路论文; 回路论文; 设备论文; 《电力设备》2016年第2期论文;