电力负荷管理系统在防窃电中的应用

胡洋,张峻伟,黄晓旭,张霄

(三峡大学 电气与新能源学院,湖北 宜昌 443002)



电力负荷管理系统在防窃电中的应用

胡洋,张峻伟,黄晓旭,张霄

(三峡大学 电气与新能源学院,湖北 宜昌 443002)

阐述了窃电的危害并列举了一些基本的窃电思路和方法，论述了电力负荷管理系统的监测分析中通过交流采样装置功能来采集数据，对比曲线，从而达到及时发现窃电行为的目的。

窃电;交流采样装置;电力负荷管理系统

1 引言

近年以来，电网中的线损率逐年增高，主要是由于一些配电网的架构不太合理和用户窃电的原因造成。窃电是一种严重损害国家利益的行为，危害了供电企业的合法权利，导致国有资产大量流失。它不仅关系到整个供电企业的经济利益，还关系到和谐社会的电力安全和稳定供应等一系列的工作。长期以来，盗窃电能一直是困扰电力正常供应和电力企业健康发展一个突出的问题。从常见的窃电行为来看，窃电行为动机性强，方法多样，例如针对电表的窃电方式有开路、短路、调相移位、分段电流、电量过载、越表等；或者故意更改接线，从而达到减小电压电流值准确计量的目的：又或者通过接地线或者计算二次回路加入量的高科技方法，提高计量回路电位，从而达到减小电压回路的电压值和电流值的目的。最后是窃电行为越来越隐蔽，工作人员用一般的方法很难检查出来，比如说一些窃电用户在借用装置安装电能表进线时，反接出线，把它安装在隐蔽的地方，从而能够自由的控制电能表的速度，使得电能表不能准确公正的计量所使用的电量。因此，各供电部门应该及时运用各种有效措施对其进行必要的防范。

2 电能表计量原理

以单相电能表为例，电能表都有一个电流线圈，一个电压线圈。电能表有功转矩与通过电能表的有功功率成正比，即某元件产生的转矩与施加于该元件上的电压和电流有功分量的积成正比，其表达式为M∝P=UIcosφ(φ为电压与电流相量夹角)。因此，电能表计量电量取决于电压、电流、功率因数三要素和时间的乘积，即WP=Pt=UIcosφ·t。正确接线图如图1所示。

图1 普通单相电能表正确接线图

3 窃电的几种基本方法

3.1 失压窃电手段

所谓失压窃电，是指将电能计量回路的某相或全部相，电压引线被拆掉，使得计量表无法计量用电量。这是窃电方式中最为常见一种。

3.2 欠压窃电手段

正常用电计量时，计量表的表尾电压与实际系统的电压相等，计量表计算的有功电量也等于实际的用电量。所谓的欠压窃电，就是通过表尾的电压引线等虚接后，使真正引入计量表内的电压值低于实际值，进而达到窃电的目的。

3.3 电流互感器(CT)短接

在正常的用电过程中，将CT短接，使得计量回路的电流经短接线流出，计量表中就没有电流流过，达到计量表不计量。

3.4 电流互感器(CT)开路

在低压用户中，将电流回路中引线拆除，即CT开路，计量回路中午电流，使得计量表不计量。

3.5 分流

主要就在电流互感器(CT)二次并联一个分流引线，一部分从计量回路中流过，另外一部分经接线流过，达到计量表少计量。

3.6 相序错接线

改变正常的相序接线方式,使得某一相或全部有功功率为负值,从而达到不计量或少计量的目的。

3.7 极性错接线

改变电流互感器的进出线极性，即改变K1、K2 的引线,使其电压与电流角度反相180°产生反向功率。

3.8 强磁窃电手段

强磁窃电在窃电手段中属于新式手段，这种方式不需要打开表箱，也不用破坏封印，因此，这种方式十分隐蔽。通过在基表器的周围加上一块强磁铁，这样就能让基表内部采样TA达到磁路饱和，进而影响视觉功率。

总而言之，就是在电能记量过程中，让电能表不能正确地反映电量，使之少计量，甚至不计量。

4 电力负荷系统在防窃电中的应用

4.1 基本简介

电力负荷管理系统(简称“负控系统”)主要安装是集计算机、通信、信息传输、系统控制工程于一体，广泛用于对电力用户的用电管理的综合技术.最早发明的是电力负荷控制装置，其应用的目的是在电力紧张时能够做到“限电不拉路”。负荷系统通过削峰填谷使负荷曲线尽可能平坦，从而达到合理使用资源，做到整体节能。随着电力市场的建立和解决电力供需矛盾的实际要求，电力负荷管理系统的功能随之不断拓展，从早期的以控制为主向综合管理发展，特别是将电力负荷管理系统对电能计量监控的功能用于防窃电所取得十分显著的效果，越来越受到人们的重视。

窃电本质都是使供电部门所计电量小于用户实际使用的电量。实践证明，通过负荷管理系统连续不断地监测用户的用电和计量状态，实现用户用电情况的实时监控，监测电压、电流、功率、电量等参数的变化的异常变化或它们反映的参数异常变化，通过及时检查，能及时发现和制止窃电行为，通过负荷管理系统连续不断地监测用户的用电和计量状态，实现用户用电情况的实时控，监测电压、电流、功率、电量等参数的变化的异常变化或它们反映的参数异常变化。

电力负荷管理系统由主站网络与计算机设备、主站通信设备、中继设备、智能电子仪表等设备组成，主站设备包括服务器、工作站、前置机、主站电台；中继站根据实际情况可以省略；用户侧设备包括负荷管理终端、防窃电装置、电能表，其中电能表采集计量回路数据，防窃电采集测量回路(保护回路)数据，电力负荷管理终端通过定时抄表功能采集并存储电能表及防窃电数据.负荷管理终端与主站根据通讯规约通过通信通道实现数据交换。目前国内的电力负荷管理系统多数使用230MHz无线电频率与GPRS等通信方式。

图2 系统实现原理框图

如图2 中所示的电力负荷管理终端可实时监测用户的电能表所记录的电量，同时从交流采样装置(以下简称交采装置)和计量电能表获取用户的电量数据。这些数据通过电力负荷管理终端传回到电力负荷管理中心存储在专用数据库中，中心主站系统将防窃电数据曲线和计量电能表数据曲线显示在同一个画面上，根据曲线数值差距和趋势差异，即可判断用户用电是否正常，可确定是否有实施窃电行为及可定量统计和评估窃电量的小。

4.2 电力负荷系统对计量电能的监测分析的具体方法

电力负荷管理系统实现对计量电能的监测分析的具体方法是：终端设备定时抄读外接计量装置的数据，通过对数据进行分析及时发现电能表时钟变化、电能表少计量和不计量等计量异常事件，并及时记录事件发生的时间和异常前后的电能表数据，等待主站巡测时将异常事件反馈到主站系统，主站系统即刻将计量异常用户的清单，发送给用电检查和电能计量等有关人员，使其及时处理故障，防止电量丢失。通过以上参数与电能表抄得的数据在负荷管理系统中生成两条曲线并进行比较，来达到防治窃电的目的。

4.2.1 二次比对法

利用负荷管理系统的交流采样功能测量客户的用电参数，与电能表采得的数据相比较，分析两者的电压曲线、电流曲线、电量(功率)曲线:以交流数采数据作为基准值，计量数据作为监测值，将监测值和基准值通过终端定时发送到主站进行集中检测分析。由于交流数采数据和计量数据是同步变化的，正常情况下曲线吻合，考虑时间同步因素，曲线变化率也应当一致。当用户从某一时刻开始窃电时，不管在电流回路上还是在电压回路上窃电，监测值与基准值就会发生突变。

例如1997年5月某大厦窃电事件。1997年5月,负控值班员发现某大厦自1997 年1 月起,每周六、周日电量抄见量约为平日抄见量的一半。以5 月负荷数据为例(见表1,数据为有功电量),日用电量表明10 日(周六)、11 日(周日)抄见量约为5～ 9 日的一半,17 日(周六)。亦如此。进一步分析15min 电量对比表,更加详细地反映出异常时的抄见量约为平时正常抄见量一半的变化情况。由于该户属商业用户,用电负荷较为平稳,节假日用电量较平日有所增加,而该用户节假日的抄见量反而减少约一半,故可判定该用户用电异常,有可能是窃电行为。18日(周日)下午监察员去现场查看,发现该用户采取短路TA 一相二次端子的方法窃电,查处后该户用电量恢复正常。

可见,通过用电分析能确定用户窃电的具体时间,计算出用户的窃电量,估计用户的窃电方法,确保电业稽查人员到现场有据可查,用户即使在节假日、夜间窃电,也难以逃脱负荷管理系统的监视。

4.2.2 一二次比对法

一二次比对法是利用无线数据采集器采集用电设备一次侧的数据与电能表二次计量数据进行比较分析，进行窃电判断。具体实施如下:在用电设备一次侧装设无线采集器，在用电设备二次侧加装无线接收器。无线数据采集器负责采集、处理、存储一次侧的三相电流并把采集到的数据通过无线线道传输到接收器，接收器通过接口(RS485/RS232/TTL)将数据传输到负荷管理系统终端设备，负荷管理终端将数据传输到主站。系统根据采集的一次侧数据计算出用户一定时间内的平均功率，与电能表采集的平均功率对比。当两者出现较大差异即可判断现场发生故障或者发生窃电。

这种方法的优点在于一次侧监测，二次侧与一次侧实时功率曲线比对，比对数据科学准确。而且无线采集器是全密封、无接点的，防窃电效果更为理想。

5 一些原理说明

5.1 单相功率的计算

根据电工原理，单相周期为T的电压、电流、平均功率的定义分别用公式表示为:

(1)

(2)

(3)

若要对电压电流在一个周期内进行采样，选N个点，则上述公式可转化为计算机课一实现的离散计算公式：

(4)

(5)

(6)

5.2 三相功率的计算

三相功率分三相四线制和三相三线制两种供电系统。由电工原理可知，对三相四线制电能可采用以下公式(7)进行计算，在对三相四线制电路的接线时应将三相电压和三相电流及地线全部接入，每相单独计算，再取和。

p=pa+pb+pc

(7-1)

或P=uaia+ubib+ucic

(7-2)

采用高供高计计量方式需要加入电压互感器(TV)和电流互感器(TA)，且多为三相平衡用电。假定三相电流平衡，即：

ia+ib+ic=0

变换得到

ib=-ia-ic

代入P的公式则得到式(8):

P=(ua-ub)ia+(uc-ua)ic

=uabia+uabic

(8)

而对三相三线制电能计量的接线方法，仅接入电压三相，电流A、C两相，因此，只需要两个TA和TV，可以节省一组TA、TV。

5.3 监测分析的原理

5.3.1 交流采样装置简介

所谓的交流采样装置是通过内置的电压电流互感器,把用户的电压电流转换为低压交流信号。然后对信号进行高速采样,根据采样结果,可以计算出电压电流的瞬时值、有效值、有功功率、无功功率、电量、功率因数,能检测出电压断相、逆相序等指标。它同终端设备配合使用,终端即具有防窃电功能。

5.3.2 交流采样装置的组成

交流采样装置由交流采样主板、三相三线接线板(三相四线接线板)、开关电源组成的。主板是该装置的核心,采用80C196 为CPU,12 位高速芯片MAX197 为A/ D 采样芯片,大容量带锂电池的RAM,以RS- 485 为标准接口与终端进行通讯,可以同时对两路进线进行数据采集。它的主要功能是不间断地对各路电压电流进行采样和计算,同时通过通讯口,同终端进行数据交换,通过终端把数据送往调度端,回复终端的数据申请;它具备自恢复电路,能及时检测终端程序的运行情况,一旦程序失控即能自动进行系统复位而不影响终端的正常工作,同时不丢失数据。

接线板是该装置与电网上的TV、TA(一般接保护TA)的接口。针对不同场合,分为三相三线制三相四线制2 种。三相三线接线板有4 个电压互感器,4 个电流互感器,可以同时对2 路进线进行数据采集。它们把标称值100V,5A的电压电流转换为2.7V的交流电压信号,再送至交流采样板进行A/ D 转换。三相四线制接线板有3个电压互感器,3个电流互感器。

5.3.3 装置的基本工作原理

装置接通电源后,进行系统复位,根据系统接线的情况和主台发来的参数,开始运行程序。有模拟开关4053 转换进线信号,LM358 监控信号周期,六路采样保存器LF398 同时采样保存,A/ D芯片MAX197 依次将六路交流信号进行模数转换,每路模数转换时间只要3 Ls。CPU 根据转换的结果进行计算,可得电压有效值,电流有效值,有功功率,无功功率,功率因数等。公式如下:

式中,P为功率,U为电压,I为电流,N为采样点数。

5.3.4 监测分析原理

交采装置的前端输入信号必须接入用户的非计量用的检测回路中，如图3所示。

图3 交流采样装置前端信号接入图

具体的检测分析原理：

一是电力负荷管理终端将累计在交流装置中的用户用电每整点读取一次，并组成电量曲线。

二是在终端读取数据后，立即冻结其本身通过计算得到的累计用电量组成一组数据，一天共组成24个数据并绘制出电量曲线，将此曲线与前者读取交流装置的用电数据所得到曲线进行比较，从中判断是否有窃电行为，若误差较大(一般设为30%),则判断该用户有窃电嫌疑,并提供声音或画面提示报警信号。

在分析检测过程中，终端初步分析交流装置的数据并分离出电能表读数后，立即计算出小时监视电量。这个数据与在整点采集的数据一同被送到主站系统，并由其进行分析比较后绘制成电量曲线图。即由防窃电装置所采集的采集电量与计量脉冲电量两条曲线基本重合。当用户电压互感器B相断开时，按理论计算其用电量为正常用电量的1/5由于用户窃电一般都是更动计量TV、TA,很少更动保护TV、TA,所以即使用户窃电,通过交流采样装置采保护TV、TA 的电压电流计算的电量,仍能反映出用户的实际用电量;而终端采集电能计量表脉冲计算的电量则会突然减少。两组电量数据相比较,就能估计出用户的窃电量及窃电方法。

6 电力负荷管理系统防窃电功能的优势

通过采集、分析和比较历史数据,及时发现计量异常,事后管理与事中管理相结合,突破了传统防窃电方法只限于“事后发现”的限制。事中管理有利于及时发现窃电行为,并为提取窃电的现场证据提供有力的技术保障。

通过无线通信,将监视的触角深入每个用户,成为用电检查的千里眼。例如负荷管理系统设计时,系统巡测周期都<10min。因此,启动巡测功能时,可以做到每10min 检查一次所有用户的用电情况,这是传统手段无法做到的。

强调数据分析和比较,强调信息技术的运用,技术含量高。

7 结语

由于窃电的社会性和复杂性，只是依靠人工现场巡视和检查，已经完全不能适应反窃电的要求。电力负荷管理系统作为防窃电的强有力工具,日益完善的技术为防窃电提供了良好的技术支持，逐步成为电力企业反窃电的重要技术手段。不仅为电业局挽回了经济损失,使线损率降低,而且有力打击了窃电者的嚣张气焰。我们将继续挖掘电力负荷管理系统的潜力,为维护正常用电秩序,提高电力企业的经济效益做出应有的贡献。

[1] 沈萌群.查窃电技术的理论基础[J].电网技术，2006(8).

[2] 祝小红.防窃电与反窃电工作手册[M].北京：中国电力出版社.

[3] 赵永胜.电力负荷系统的反窃电管理[J].山西焦煤科技,2014(S1)

[4] 李焱.供电企业负荷管理系统的完善与升级的研究[D].保定：华北电力大学，2008.

[5] 董兴海，沈智罡，杨雪峰.电力负荷管理系统在防窃电中的应用[J].云南电力技术，2012,40(12).

[6] 王孜.关于窃电检测技术的探讨[J].化学工程与装备，2010(12)：128-130.

[7] 崔宇.应用电力负荷管理系统实现科学防窃电[J].东北电技术，2002(2).

Application of the Power Load Management System in Burglar-proorf Electricity

HUYang,ZHANGJun-wei,HUANGXiao-xu,ZHANGXiao

(College of Electrical Engineering and New Energy，Three Gorges University，Yichang 443002，China)

This paper presents the harm of stealing electricity and some elementary ideas and methods,and explains power load management system how to collect data and compare curves with AC sampling device for the purpose of finding the conduct of stealing electricity.

stealing electricity;AC sampling device;power load management system

1004-289X(2015)04-0098-05

TM71

B

2015-01-16

胡洋(1989- )，男，安徽蚌埠人，在读硕士，主要研究电力系统运行与控制方向。