防窃电智能电表箱及取证系统开发技术分析

2022-03-26项煜王华叶华陈云润张梦实

电子元器件与信息技术 2022年1期

项煜，王华，叶华，陈云润，张梦实

（国网浙江省电力有限公司云和县供电公司，浙江云和 323600）

0 引言

当前在电力系统的计量中基本都采用了智能电表，对于遏制窃电行为具有一定的效果，但针对智能电表的新型窃电手段也应运而生、屡禁不止，并且窃电行为多种多样。窃电行为不仅对电力部门造成了经济损失，同时如果操作不当，还容易引起安全用电事故，甚至引起火灾或者损坏电力设备。为了达到防窃电的目的，可以在实际中采用防窃电智能电表箱，并配置窃电取证系统，给企图实施窃电行为的人员形成一个高压态势。本文首先分析了对智能电表进行窃电的基本手段，之后阐述了防窃电智能电表箱的设计方法，最后分析了防窃电智能电表箱中的取证系统，以下进行具体的分析和介绍。

1 窃电的基本手段分析

为了更好地进行防窃电智能电表箱的研制，需要先掌握目前在实际中常采用到的基本窃电手段，从而针对这些手段采取必要的方法加以防范，并体现在防窃电智能电表箱的开发设计中。智能电表除了具有电量计量功能之外，还能够实现对用户端的远程控制、防窃电等多种功能。当前实际应用中的智能电表一般是根据电磁感应的原理设计的，即电流及电压线圈形成磁场，并产生转动力矩，电压及电流值越大，则转动力矩也越大，电表的计数也越高，产生的用电量也越多，达到电量计量的目的。对于智能电表中的防窃电功能，则是利用霍尔传感器，检测给电表施加的盗电磁场，一旦检测到异常情况，则可以及时发出告警信息。

虽然智能电表具备一定的防窃电能力，但依然可以实施窃电行为。对于窃电的基本手段，首先是改动电表的结构，包括改动电表中的电压回路或电流回路以及改变电表中的相位进行窃电，甚至还可以改变智能电表中所设置的计量程序；其次是越过计量表计或绕过计量回路，这样电表也就不计入用电量；再次是通过施加外部信号，如高频电磁波形、强磁场信号等，以干扰智能电表的正常工作，如可以使得智能电表中的芯片闭锁，或者电表中的互感器出现饱和情况，这些都可以使得电表进入不计量的状态，达到窃电的目的[1]；最后是暴力破坏计量装置实施窃电。如要对智能电表实施窃电行为，则将电表中的传感器取出或者将传感器损坏，之后再外加磁场干扰电表的正常计量，从而达到窃电的目的。

2 防窃电智能电表箱的开发

2.1 应用防窃电智能电表箱的必要性

根据实际中所发生的窃电行为来看，目前大部分的窃电行为都是在二次低压侧进行的，重点对电能表采取一定的方式加以攻击。故在安装计量电能表的过程中，也应配合安装防窃电智能电表箱，这样就可以有力阻止违法窃电分子试图接触电能表，提高了电能表自身的安全防护水平。故在电力企业的计量中，有必要应用防窃电智能电表箱。同时为了提高防窃电智能电表箱的防护效果，在防窃电智能电表箱的生产制造材料选择上，以及自身的构造上都应加强设计，这样才能够起到更好的效果。

2.2 防窃电智能电表箱的结构设计

在设计防窃电智能电表箱的过程中，应保证该电表箱具有便捷性、实用性、可储存性和可定位性。其中便捷性是指防窃电智能电表箱可以在原有电表箱的基础上进行改造，同时设备在安装的过程中也较为方便，不能占用过大的空间。可储存性是指该电表箱能够存储取证系统所采集到的图像信息等数据，可定位性是指能够将可能存在窃电行为的电表箱位置发送到远程服务器中。

整个智能电表箱在结构设计上，应能够屏蔽高频信号，使得高频信号无法穿透智能电表箱上的屏蔽层，从而防止窃电人员通过施加高频磁场来实施窃电。同时在防窃电表箱中设置高频信号以及强磁信号的监测模块，来主动监测是否存在窃电行为[2]。对于防窃电电表箱的硬件系统，可采取模块化的设计思想，主要组成部分包括通信模块、数据接口模块、时钟模块、存储模块、电源模块、控制器、摄像模块及感应模块等，图1为智能电表箱防窃电系统结构图。

图1 智能电表箱防窃电系统结构图

从图1可以看出，利用通信功能模块，可以实现该硬件系统和远程服务器中的数据通信。摄像功能模块则可以作为窃电取证系统中的关键组成，通过该功能模块，可以将现场的监控图片信息发送到控制器，并经过处理之后进一步发送到监控人员的移动终端设备上。但数据信息在通信传输的过程中，应加强网络安全防护，确保数据信息在传输的过程中，不会被非法篡改。时钟电路模块则可以记录下智能电表箱出现异常情况的时间，存储模块则可以对采集到的各类数据信息进行储存，以便后续取证使用。

控制器功能模块则是智能电表箱防窃电系统中的核心部分，通过分析和处理传感器所采集到的数据信息，判断是否出现了窃电行为，并将各个功能模块相互之间协调连接起来，实现对整个电表箱的集中监控，达到防窃电的目的[3]。同时智能电表箱中的控制器模块，还具有触发断电与解锁复电、触发取证与告警预警等功能。当智能电表箱检测到存在窃电行为时，应触发出断电信号，并触发取证系统开始工作，记录下相关证据，并发出远程预警信息。当告警处理完毕之后，能够实现远程解锁复电，给用户恢复正常的用电。

3 防窃电智能电表箱中的取证系统

在供电企业的计量工作中，如果发现了窃电行为，需要及时掌握相关的窃电证据，在传统的窃电取证过程中，取证难度却较大。随着物联网等新技术的发展，物联网技术在数据及图像信息采集方面存在着较大的优势，可以借助物联网技术来开发出取证系统。物联网技术在应用过程中，主要可以分为数据采集、数据传输及数据应用等多个不同的层次。在防窃电智能电表箱的开发中，可以嵌入取证系统，图2为摄像头取证系统的工作流程。

图2 摄像头取证系统的工作流程

从图2可以看出，首先当智能电表箱的箱门被打开之后，系统中的控制器根据所接收到的信号来初始化摄像头，并进入准备录像的状态。由于在防窃电智能电表箱中，设置了门禁系统。当电表箱门打开之后，通过门禁系统对操作人员的身份进行识别认证，只有身份通过认证之后，才可以进行下一步的正常操作，否则发出窃电预警信息，并使得摄像头处于准备录像状态。对于摄像头模块的启动信息，包括传感器采集到的人体红外信息、高频电磁波、高频磁场等，当检测到这些信号时，都可以作为摄像头模块的启动信息[4]。如当人体红外线传感器采集到人体红外信号之后，就可以发出启动摄像头录像信息，并开始正式录像，留下视频证据。当人体红外信号消失之后，则结束摄像头录像。

当智能电表箱中的信号监测模块检测到电场强度或者是磁场强度超过了控制模块中所设定的阈值之后，也会主动发生预警信息，提醒用电稽查人员对该电表箱进行检查，这些都是防窃电智能电表箱取证系统的基本运行原理。同时防窃电智能电表在实际应用中，也具有较为明显的优势，如采用防窃电智能电表及取证系统，能够实现防窃电的主动化，更好地维护供电企业计量数据的准确性。本文所分析的防窃电智能电表箱在实际的应用中也取得了较好的应用效果，配合取证系统的使用，对于违法窃电人员形成了一个较强的威慑[5]。经过在某供电企业的应用发现，使用该防窃电智能电表箱及取证系统之后，窃电行为明显减少，售电量也得到了一定程度上的提高。并且还很好地解决了配电系统中的一些高电量损失线路问题，使得电力企业的整体线损率得到了减低，规范了电力企业的经营。证明使用该防窃电智能电表箱及取证系统，不仅具有较高的经济效益，还有力防范了窃电行为的发生，在计量领域中具有较大的应用优势[6]。