基于防止电力盗用情况的三相四线和三线计量防窃电装置探讨

高澜

（四川雅安电力（集团）股份有限公司，四川 雅安625000）

新一代的电网调动自动化系统户涉及到互联网，在设计和开发的而过程中以电量系统、PSMS、DTA以及其他的子系统为扩展的基础。但是在电能计量的相关工作中，为了防止电力盗用，需要对误线接线进行分析，但是三线计量装置存在误线接线的种类比较高，分析难度比较大，需要建立扎实的逻辑思维方式。三线四线整流器需要完成中线电流控制，输入功率因素校正以及输出直流电压的控制，均压控制三大功能。三相四线的结构存在零线电流，这些零线电流对三相三线输入电感会产生影响。因此需要通过比较可靠的解决办法控制策略的可行性和有效性，保证电力防盗。

1 三相四线计量防窃电的分析

1.1 三相四线计量窃电手段

一般只要将电能电表接线断开或虚接，都会导致电压回路失压或欠压，电能表的计量就不会准，通常情况喜爱窃电的手段分为三种：在电压回路中串联电阻，导致加在电能表电压线圈上的电压减少。将电压线的线芯割断，实际上电线的外表却没有划痕现象，一般会造成失压或是欠压。虚接电能表电压线圈，使得接线端处压降增加。这三种手段都会给工业用户窃电造成巨大的损失。

1.2 三相四线整流器的环路设计思路

为了抑制电网电压扰动对整流器电感电流的影响，需要控制器中引入电网电压作为前馈量的处理，提高系统的动态性能。三相四线整流器的控制目标是对输出直流母线的控制和输入虑波电感电流的控制，对于直流母线需要电压需要直流侧正负直流母线电压均分，直流母线总电压恒定。同时也要对输入电流控制其电流谐波尽量减小，而且实现单位功率的因素。

控制直流母线的均压器包括平均电感电流内环和直流电压差外环。并且对正负直流母线电压差进行PI调节，经过调节器输出的电感电流以平衡电感电流为基准，与平衡电感电流作比较，最后将输出的电流进行PI调节，作为均压桥臂PWM的基准。

首先根据目标奖三相四线整流器同步旋转到坐标系下的数学模型和直流母线均压桥臂的数学模型。将控制器分别分为两大部分：一部分进行控制直流母线均压的控制器，另一部分进行控制网侧电流和直流母线的PFC控制器。在PFC控制器中包含直流输出电压控制环和三个不同轴流控制环（三个轴流控制环按照先后顺序为a、d、o）。其中a轴流环、d轴流环和o轴流环输出时经过电网电压前馈和解耦形成的整体性的开关测电压基准信号a、d、o轴流分量。同时需要采用a-d轴流电感电流解耦的方式处理同步旋转坐标系下整流器电感电流的a、d扥两耦合。哟与传统的SAM发波方式在开关测电压基准中不适用，需要把整流器开关的测电压基准信号a、d、o轴流分量坐标进行变换到静止坐标下（静止坐标分为三个坐标系分别为A、B、C）并通过SPWM的方式计算驱动脉冲。

1.3 计量三相四线负载用电

低压无功补偿一般采用干式自愈式并联电容器，这种电容器体积较小哦，无泄露，但是寿命比较短。自愈式电容采用的是单层聚丙烯膜，在表面上镀有一层很薄的金属作为导电极。电容自愈时金属化镀层面积会消失几毫米的直径。这种负载用电存在自愈过程，电容量会不断的减少，我国生产的容器大约可以维持6-8年的时间，而进口的一般可以维持8-10年的时间。并且电容器容量不断减小会造成一定的经济损失，因此在设计时要考虑到电容电量所带来的影响。在设计过程中需要增加裕度抵消电容电器带来的影响。在使用经验系数法时，要按照1/3的电容量确定无功补偿容量。正常情况下，Kβ在0.35-0.4之间取值，电机轻负载设备一般Kβ取值在0.5-0.6左右。Kβ的值至少在0.4才能够满足补偿容量的需要。

因此，在采用经验系数计算时，一要注意按照1/3的变压器容量保证补偿容量减小，一般还需要按照40%的变压器容量进行选取。根据负载综合情况的不同，综合考虑增加的裕度，并且设计Kβ值应该在0.4-0.6。二考虑到电容存在容量衰减的影响，在设计时需要增加一定的裕度，设计增加50%的容量，抵消电容器容量衰减的问题。

无功率只在电网中流动，不进行任何方面的影响，不做功也不消耗，是做点能量交换的媒介。但是由于导线电阻的存在会产生大量的无功消耗，使得电网的传输能力下降，解决这一问题的有效方式需要采用无功功率补偿装置。

1.4 三相四线电容器窃电检测方法

1.4.1 当电容器二次测回路任意相出现问题时，因检测回路电气参数的改变，使得检测回路的原有状态发生改变。从电容器三点的位置上测量出来的方波幅值比原来正常的值要大很多，根据一定的阀值装置判断为CT开路，同时启动故障记录，计算损失的电量。

1.4.2 如果CT二次侧回路中出现任意短路时，因检测回路电气参数的改变，使得检测回路的原有状态发生改变。从电容器三点的位置上测量出来的方波幅值比原来正常的值要小，而且相位要发生了变化，依据一定的阀值，防窃电装置判断为CT短路，同时启动故障记录，计算损失的电量。

这两种方法目前是厂家推出的智能电流互感器，能够自动判断出CT自身是否开路或是短路，并且能给出报警标识。加强了对CT的定时校验，提高了CT自身防盗窃电能力。

1.4.3 由于电网质量不一样，欠压范围也不一致，通常情况下。整定电压为额定电压的80%，这个阀可以进行调试，也可以讲此功能设报警或关闭，避免发生误判。

1.4.4 在失压和欠压的情况下，必须进行CT开短路情况的判断，如果出现CT开短路，就不需要判断失压和欠压。

1.4.5 对电能表电压回路进行检测时，要将检测到的电压有效值与欠压门限电压值和失压门限电压值相比较，进行同时判断有误电流。

1.4.6 电能表前分流，要用户刀阀前加装的一组表前CT，将CT电流和计量CT电流进行比较，就可以检测出分流故障。如果检测到的两个电流值之差大于预先设定的阀值范围，就可以确定有表前分流窃电。

以上的分析法是针对一般出现的窃电情况，进行的简单探讨分析，其他的检测方式需要进一步的研究和总结。

2 三相电路防窃装置的检测与分析

2.1 三相电路窃电分析

电能计量装置包括电能表，互感器二次回路。从电能计量的基本原理进行窃电，电能计量的多少主要因素在于：功率因素，电压和电流，如果将三个要素中任何一个改变，就会导致电能表的正常运转，窃电的目的就会达到。其中比较常见的有五种窃电手段：

2.1.1 移相法：改变电能表的正常接线，引起相位异常。如，反接CT二次侧接线，接入同一相电压或电流，反接PT以此侧或是二次侧接线都会引起相位异常，并通过电压回路户是电流回路接入其他负载，改变正常的相位。

2.2.2 分流法：将负载接在电能表进线之前，制造空能表，不会经过电能表计量。或是在电能表进线之前搭接其他负载。

2.3.3 电压法：改变电压回路接线致使电压回路故障。如，虚接某电压端，引起欠压。或是断开某相电压回路，引起失压。

2.4.4 电流法：改变电流回路接线致使电流回故障。如，在电表接线端处短接或是断开电流回路，导致电流无法流入电能表。虚接电流端处使流入电能表的电流减少。短路或是开路的CT二次侧，致电流无法流入电能表。

2.5.5 扩搓法：通过私拆电表内部的机械结构性能。或是用外力损坏电表。又或是改变电表的装置条件。利用磁场或是谐波干扰等的手段扩大电能计量系统误差。

2.2 防窃电分析

2.2.1 假如CT二测回路的任意相出现开路或是接触不良时，由于检测回路电气参数发生改变，改变了原来的检测回路状态，从检测点上分析，比原来正常的方波幅值大，根据阀值，防窃窃电装置需要为CT开路，并启动故障记录，计算损失电量。

2.2.2 当二次回路出现任意故障时，由于检测回路电气参数发生改变，改变了原来的检测回路状态，比原来正常的方波幅值小，根据阀值，防窃电装置需要为CT短路，并启动故障记录，计算损失电量。

2.2.3 正确的电压相序的判断方式是，在电压接线发生误接的情况下，线电压间的相序会发生改变，不能满足正常相序条件，一般电压错相会出现这种情况。

2.2.4 对于三相电压以此换位的特殊情况，正常相位条件下还是能够完全满足电压的正常运转的。但还是电流相位的检测是以电压的相位为基准的，如果电压电流的对应相位发生了变化，就无法通过电流检测。

2.2.5 电网是纯容性负载和纯感性负载，如果电压和电流的相序在以个有限的范围内，此时相序是正常的。

2.2.6 由于电网的波动比较大，电压不平衡容许范围时，要适当的修改相角容许范围，能够避免误判。在判断电流错相的前提是没有失压和失流以及CT故障的发生。

结语

本文通过对三相四线和三相三线计量装置的分析和探讨，提出了加强计量管理和提高计量装置自身防窃电能力的建议和方案，并根据三相四线整流器的设计思路进行防窃装置的探讨和分析。

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