防窃电仿真系统应用与分析

王学刚　　张大为

一、防窃电仿真系统应用背景

河北南网防窃电仿真系统是在对现实各种窃电方式进行充分调研的基础上，对用电检查、装表接电、抄表收费等相关工种和管理人员进行培训、考核，可提高电网企业营销专业用电检查以及其它专业人员查处窃电的技术水平，从而降低线损、增加企业经济效益。本文在研究分析电能表窃电原理和用电营销现状的基础上，提出了防窃电仿真系统建设技术方案，包括防窃电仿真培训模拟装置和防窃电仿真培训系统软件的构成及功能要求。

二、防窃电仿真培训模拟装置

防窃电仿真培训模拟装置包括一套装有实际电能表的柜体装置和一套防窃电仿真培训管理系统，通过硬件与软件系统的互联实现了通过硬件装置模拟现实窃电情况，由软件系统监测、显示、存储电气参数以及显示向量图和原理接线图的功能。

（一）系统管理

河北南网防窃电仿真系统包括用户管理、密码管理、背景设置、数据管理四个子模块，对于这四个子模块管理员都可以进行操作，培训师只可对其中的密码管理和背景管理进行操作。用户管理子模块中包括添加用户、删除用户、重置用户密码，该系统仅系统管理可以使用，用于整体地管理系统的使用用户及用户的资料。

密码管理子模块主要用于用户自主地修改个人密码，以防止密码泄露后影响系统运行，保障系统的安全。

（二）用电模型的设计

河北南网防窃电仿真系统方案确定以配电网作为用电监测对象。实训室内的硬件设备模拟一条10kV馈线，高压侧配关口计量电度表，记录这一条供电线路上所有用户的总电量。一条线上带两个配电台区。第一个台区的变压器TI为公变，带三个单相负荷用户。第二个台区的变压器T2为专变，带一个三相负荷用户。第一个台区用户装三块单相电度表，分别记录各分相的电量，另配有三相电能监测装置，既可以计单相电量，又可以计三相电量总和并对系统进行监测。第二个台区用户装一块三相计量监测一体的装置，计量用电量并对系统进行监测。

（三）硬件设备的设计

河北南网防窃电仿真系统硬件组成屏式柜体，屏体元件按照电网结构与操作功能进行分布设计。根据这一思路，将硬件操作组了三块屏。关口高压计量一块屏，单相负荷用户计量、监测一块屏，三相负荷用户计量、监测一块屏。电网结构图分别绘制在三块屏上。第一块屏模拟10kV的高压关口计量，第二块屏模拟第一个台区，第三块屏模拟第二个台区。相应的元件装在各自屏上。

（四）硬件控制

硬件屏上装有控制开关，学员通过操作开关可以做各种仿真实验，模拟各种窃电现象。屏上模拟的常用窃电手段有：电压回路串电阻，电压回路串二极管，电压回路串电感，电压回路断线；电流回路短接，电流回路并电阻，电流互感器改变比；电流回路反接，电压回路反接，相地反接。

窃电仿真操作分为几个步骤：

1）故障预置：由操作开关按照图上的指示，预置一种窃电现象；

2）故障启动：屏上有启动按钮。只有按下启动按钮，预置的实验才能开始；

3）故障解除：屏上有解除按钮。只有按下解除按钮，故障才能解除；

4）操作复归：故障解除后，将预置操作开关放回正常位置，整体复归，为下次实验做好准备。

（五）监测管理

河北南网防窃电仿真系统中有管理机可以和硬件屏进行通讯管理。

管理机选用多485串口的工业控制机，工控机工作抗干扰能力强，又能支持多串口通讯。通讯方式采用主从方式。

硬件屏上模拟的窃电现象可以上传给管理机，管理机上可以下发命令，模拟和硬操屏上相同的仿真实验。为了硬件操作与软件操作不能冲突，硬件屏上装有就地、远方操作切换开关，可以方便的切换。只有切换开关在远方位置时，管理机才可以下发实验的命令。

管理机用三个485串口通讯，分别管理集中抄表、遥信量、遥控量。

集中抄表通讯遵循DL/T645-1997规约。遥信量、遥控量分别由单片机管理与工控机通讯，仿照DL/T645规约。

（六）防窃电仿真系统的实验信号设计

考虑到河北南网防窃电仿真系统可利用作为教学培训的特点，硬件组屏应做到：操作方便、信號指示明确。因此本次硬件回路特意设计了信号回路。针对着仿真操作的几个步骤，设计了红色、绿色闪光、平光信号，组合出四种信号。

1）正常工作时绿灯平光，预置一种故障绿灯闪光；

2）故障启动后红灯平光；

3）故障设置时间超长，红灯闪光报警；

故障时间由一时间继电器控制，时间在30分钟内可调，提醒实验人员实验时间长应该解除故障，但不会自动解除。

4）故障解除绿灯闪光，和预置故障状态时信号相同；

5）操作复归后绿灯平光，回到正常状态。

闪光电源为电子式信号电路，用555芯片等控制没有声音干扰。

（七）负载设计

为了使系统用户能够从实验中看到不同负载对功率因数的影响，我们设计了三种负载：阻性、感性、容性，每一种负载单独控制，可以方便地进行切换。

（八）遥信量

硬件操作屏上所做的仿真实验，都可以通过继电器的接点作为信息量上送，遥信量的采样1秒钟一次。即硬件屏上的每一次操作2秒之内就可以送给管理机。另外，就地/远方切换开关、断路器位置都作为遥信量上送。

（九）遥控量

管理机通过遥信量获悉就地/远方切换开关的状态，如果开关位置不在远方，则通过软件将管理机上的下发命令闭锁，只有确认开关在远方位置，才可以下发操作命令。管理机发的操作命令通过遥控板出口给到硬件屏上。所有硬件屏上的仿真实验，都可以在管理机上操作。操作过程中的信号与硬件操作完全相同。

（十）保护回路

为了保证河北南网防窃电仿真系统实验中设备、人身安全，硬件屏上装有漏电保护、过流保护。当回路中出现过流或开关有漏电时，断路器跳开主回路，同时发信号。

三、结束语

防窃电仿真培训系统针对以往的窃电仿真系统主要实现了以下创新内容：

（一）针对电子式电能表进行窃电方式的模拟。

本系统针对电子式电能表（包括单相、三相电能表）的各种窃电方式进行模拟，还对一些专门针对电子式电能表所产生的“高科技”窃电手法予以“曝光”，使得本系统具有很强的现实意义。

（二）建立了一种集培训学习、理论验证、实操练习和考核鉴定于一体的技术平台——反窃电仿真实验室。

本系统集培训学习、理论实操考核于一体，功能强大。它可以辅助系统用户进行课堂教学，为各类用户进行实际操作练习提供平台，还可为系统用户的学习考核提供上机考试环境。本系统考虑到不同的工种重点掌握知识的差异，可以实现分别为不同的工种设立不同考题，极大地提高了培训的效果。