基于用电信息数据挖掘的智能反窃电研究与应用

张瑞

摘要： 本文全面分析了窃电的常用手段及原理，提出了在高压用户的T接关口增加采集点，对低压用户批量查窃监测，实现用电信息采集系统原始数据与关口采集数据挖掘、差动分析，应用窃电数据模型和算法，准确定位窃电嫌疑户及窃电方式的方法。介绍了该系统物理架构、高压采集终端、低压批量查窃终端的主要功能及设计方案。通过实例验证窃电户筛选流程，为甄别、准确打击窃电行为奠定了基础。

Abstract： This paper analyzes the commonly used methods and principles of stealing electricity， and puts forward the methods of increasing collecting points at T-joint of high voltage users， bulk theft monitoring of low voltage users， realizing the data collection and data mining of raw data acquisition system， dynamic analysis， using stealing data model and algorithm， to accurately position suspects and stealing ways. The main functions and design scheme of the system physical structure， high voltage collection terminal and low voltage bulk seized terminal are introduced. The electricity-stealing users screening process is verified by practical example， which lay a foundation for identifying and accurately combating electricity stealing behavior.

关键词： 用电信息采集系统；反窃电；精准定位；嵌入技术

Key words： power information collection system；anti-stealing；precise positioning；mbedding technology

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）35-0051-04

0 引言

近年来，随着智能电表和用电信息采集系统的全面推广，使利用数据挖掘技术，对抄录的电能表实时电流、电压、相角、事件记录等海量数据进行快速、智能、准确的窃电判断成为可能[1-3]，但在应用中发现存在一些盲区，如 “一次搭接”、“互感器分流”、“二次电缆分流”、“表前接线盒分流”等窃电方式，特别是针对智能表的强磁干扰、高频干扰、加装遥控等高科技隐蔽性窃电难以判断。同时由于低压用户信息采集通信模式采用低压载波-GPRS分段式通信模式，受通信速率、用电信息采集系统容量的限制，窃电分析数据只能通过透抄来实现，增加了查窃的难度。如何用电信息数据挖掘，实现反窃电的精准打击，一直是电力学者和用电检查人员研究的课题。

1 窃电方式分析

根据电量计算公式：W=Pt=Uitcos？准，窃电者从公式中四个因素下手，窃电方式可分为两大类，即有表法窃电和无表法窃电。有表法窃电是针对电能计量装置窃电方式，其窃电方式大体可以分为欠压窃电、欠流窃电、移相窃电、扩差窃电、干扰窃电五种方式[4]。无表法窃电是针对供配电线路的窃电方式，在电能计量装置前T接用电。

2010年至2015年衡水市查处窃电1736起，其中高压户窃电168起，按照用户窃电方式分类如表1。

可以看出，用户在实际实施窃电过程中，高压用户以欠压法、欠流法和干扰法窃电为主，且智能高科技干扰法窃电逐年增加；低压用户以欠流法窃电为主，欠压法、扩差法窃电为辅。用电信息采集系统受本身系统建设的限制，不能有效防范、快速发现欠流法窃电中的表前分流窃电和干扰法窃电，低压用户通过透抄来分析窃电，往往线路、台区线损高了，再派人去现场进行用户普查，同时由于针对性不强，易走漏消息，经常造成用户在检查前销毁窃电现场证据，窃电者不能受到应有的惩罚。本文根据高、低压用户的现场实际及窃电方式分布情况，在用电信息采集系统的基础上开发反窃电精准定位平台，即高压“双监控”+低压批量查窃平台，实现从原来的撒网式反窃电到精准定位打击的转变。

2 反窃电精准定位体系技术原理

通过建立反窃电智能诊断模型，对用电信息采集系统的用电信息及用户关口侧采集信息进行差动数据分析，对连续高损台区采用便携式低压批量查窃终端，进行数据挖掘分析、筛选、定位的综合信息管理体系，该体系综合运用现代微电子技术、GPRS通信技术、软件技术、嵌入式技术、数据挖掘技术等，实现并完成窃电嫌疑户的定位。

2.1 反窃电数据分析

釆用关口、用户侧的功率差动法实现反窃电分析。高压用户基于用电信息采集系统的电压、电流、相角、事件记录等记录，在用户线路T节点高压侧增加一处测量点，通过高压无线采集设备，对用户关口侧数据进行采集，与用电信息采集系统用户采集数据实现实时差动分析，从用电源头到用电计量处闭环，为反窃电分析提供技术保证，从而监控专变用户是否存在窃电疑似。

对电能数据分析、监测，为窃电行为提供分析依据。对用户的负荷、电压、电流、表底、开盖记录、各种事件等的分析、筛选，确定窃电嫌疑户。主要通过以下几方面分析：

①电压异常分析：根据采集的实时电压对单、三相表计电压数据判断是否失压或电压异常。

②零火电流对比分析：针对单相负荷，有多少电流经表计流入负荷，就有多少电流经表计流回，因此对表计的零、火电流数据对比，就可判断是否表外接线、加装短路环或是否改动表计电子元等。

③接线异常分析：通过电流、电压、相角的关系与提前置入常见的三相四线计量表计错误接线进行比对，自动判断是哪种错误接线，自动生成窃电量计算值。

④电量异常分析：根据采集用户冻结表底、日用电数据，分析用户表底差是否存在突增、突减、连续为0、总与分电量和不符、反向电量、二三象限无功存在且变化等。

⑤多维度分析：根据在线监测和智能分析事件信息，了解电能表当前工作状态。通过对电能表相关事件、终端事件，如失流、失压、断相、逆相、开盖及时间记录等信息进行辅助分析，确定事件分析的正确性。

⑥关联性分析：针对分析事件的用户信息，分析用户档案、电能表和终端资产档案、计量信息、接线方式和数据釆集情况，检查用户电量数据的完整性及对一次侧、二次侧的功率差动分析等信息。

2.2 高压无线负荷采集终端

高压无线负荷采集终端可带电装卸，采用感应式取电，内含数据采集装置和无线数据传输模块，自身具备数据存储和时钟管理功能，能存储一个月的曲线数据，数据密度点默认为每小时一个点，可以扩展为15分钟一次数据密度存储，可以微功率无线方式响应数据记录仪的即时召唤和实时采集命令，无线传输距离可达1000米。数据记录仪把采集的一次侧负荷电流信息通过GPRS通道传输到采集服务器，进行负荷数据差动分析。

2.3 低压批量查窃终端

低压批量查窃终端是集数据采集、传输、存储、处理、打印为一体的智能分析查窃设备，有效避免了用电信息采集系统透抄时间长，不能系统判断用户窃电嫌疑的弊端。利用数据采集电路，能够与智能表进行数据通信，实现对电能表数据的采集，并传到处理器进行综合分析，根据分析结果筛选出窃电嫌疑户，实现不用开表箱、表盖即可定位窃电嫌疑户的功能，极大提高了低压查处窃电的效率。

3 反窃电精准定位体系设计方案

3.1 高压“双监控”设计方案

按分层模块化设计，分高压无线采集现场层、无线通讯层、信息平台层三部分。系统整体框架图如图1。

①高压无线采集现场层和无线通讯层主要由高压无线采集器、数据记录仪、GPRS通讯网络、数据存储电脑组成。高压无线采集器安装在大客户专变10kV配电网线路分支T接处，数据记录仪读取采集到的负荷信息并通过GPRS网络传输到数据存储电脑。现场系统安装图如图2。

②信息平台层由防火墙、数据库系统、采集数据服务器、接口子系统、智能分析服务器组成。系统与用电信息采集系统的接口，通过中间库和Web Service方式，可对10kV线路下客户的编号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电量起止码等数据实现交互。与其他系统包括营销业务应用系统、生产管理系统、用电信息采集系统可根据业务需求，交互数据进行多维度综合分析。

③智能对比判断分析。系统对从用电信息采集系统提供的各类数据与高压无线采集的数据进行差动对比分析，包括日、月电量判断，三相电流误差判断，窃电可疑分析、报警等主要功能，并根据分析结果列出可疑用户，进行报警。通过此种分析，可准确掌握疑似用户的窃电时段和窃电规律，及时安排用电检查人员进行突击检查不但能及时发现和制止窃电行为，还能够提高破案的准确性和缩短破案时间，对窃电者产生强大的震慑。

3.2 低压批量查窃平台设计方案

按模块化设计，由数据采集器、数据传输器、数据存储器、处理器、电源及电源保护装置、液晶显示屏和打印装置组成。整体物理架构如图3，软件开发原理框图如图4。

①数据采集器：设有4个采集电路（3相1备用），能够与单相、三相智能表进行数据通信，实时采集电能表的电流、电压、相角、功率因数、有功功率、无功功率、表底、开盖记录事件等数据，然后将数据经传输器传到处理器进行综合分析。

②数据传输器：采用RS485通信模块，满足数据采集器与处理器之间的传输。

③数据处理器：采用64位微处理器，处理器主要介绍数据采集的电能表的数据，然后与数据存储器中存储的用户信息进行比对分析是否存在窃电行为，处理器外接有USB接口模块，可外接键盘、鼠标、U盘。

④数据存储器：采用容量为2TB硬盘，以满足整台区数据的存储。

⑤显示屏：采用触摸式液晶显示屏，即可以用于信息输入，同时能显示处理后的结果，利于信息交互。

3.3 后台智能分析应用

以衡水供电公司线损较高、窃电现象较为严重的胜利商场公变为例，199个用户，其中单相187户，三相12户，构成测试样本。

系统针对读取的电能数据，按照设定的阀值进行读取、智能分析（如图5所示），系统自动生成一级预警（窃电嫌疑最大）4户，二级预警12户，同时对三相表用户可自动绘出向量图辅助进行窃电分析（如图6所示）。

为了测试系统定位的准确性，安排12名检查人员对该测试样本中的所有用户进行现场检查，除查出一级预警窃电嫌疑户4户、二级预警窃电嫌疑户7户外（其他5户因公用零线，判断不正确），未发现其他窃电户。

4 结束语

衡水供电公司2016年1-8月份定位窃电嫌疑户732户，查处窃电用户607户，追补电费及违约使用电费474万元。

实践证明，基于用电信息数据挖掘的智能反窃电可以实现对高损线路和高损台区24小时自动远程实时监控，改变了以往大量人员大范围撒网式用电检查方式。发现嫌疑用户后，及时安排用电检查人员进行定点突击检查，所需检查人员数量大大减少，解放了线损管理过程中的人力资源，进一步提高了营销线损工作和反窃电工作效率。

参考文献：

[1]周键，何强.用电信息采集系统在反窃电中的应用[J].现代经济信息，2014.

[2]刘增明.供电企业防窃电方法和对策的研究[D].华北电力大学， 2013.

[3]谢永刚.电力用户的用电信息釆集系统与应用探讨[J].科技创新与应用，2012.

[4]关艳.防窃电功能负荷控制管理系统应用研究[D].沈阳工业大学，2007.