分類號 u d c 密級 學號 彳屈火季 碩士學位論文 論文題h ：三相電能計量系統(tǒng)防竊電技術(shù)研究 論文作者：孫洪波 指導教師姓名、 職稱、工作單位：唐治德教授重慶大學 申請學位級別：碩士專業(yè)名稱：電氣工程 論文提交日期：2 0 0 3 年4 月2 7 h答辯日期：2 0 0 3 年5 月2 8 日 學位授予單位：重慶大學授位日期：2 0 0 3 年月i t 答辯委員會主席：牟道槐教授 論文評閱人：牟道槐教授楊治國高工 2 0 0 3 年4 月2 7 日 重慶大學碩士學位論文 摘要 摘要 在我國，不法企業(yè)為追求高額利潤使竊電現(xiàn)象日趨嚴重。如何完善防竊電 技術(shù)，有效地遏制竊電行為，推動市場經(jīng)濟健康發(fā)展一直是供電企業(yè)十分關心 的問題。針對這種情況，本論文作者針對三相供電系統(tǒng)中竊電及其檢測技術(shù)進 行了詳細研究并研制了三相四線和三相三線計量防竊電裝置。理論分析和模擬 試驗均表明防竊電裝置能可靠、準確、迅速地對三相供電系統(tǒng)中各種竊電現(xiàn)象 做出判斷，而且對每次竊電都有詳細的竊電記錄。 論文從電能計量原理和準確計量方法入手，簡要介紹了電能計量的發(fā)展歷 史，單相電路和三相電路的各種計量方式。其中重點介紹了三相三線經(jīng)電流互 感器和電壓互感器接入式和三相四線只經(jīng)電流互感器接入式這兩種計量方式。 對常見的竊電現(xiàn)象進行了分析，把竊電方法歸并為五類：電壓法竊電、電流法 竊電、移相法竊電、擴差法竊電、分流法竊電。從理論上分析了各類竊電方法 引起的電壓、電流和功率因素變化，從而提出了檢測竊電方法和竊電判據(jù)，為 迅速準確判斷竊電行為和電量追算提供了理論保證。 為了檢驗這些方案，作者研制出兩種防竊電監(jiān)測裝置。裝置選用p i c l 6 f 8 7 7 作為控制核心，輔以c p l d 芯片、存儲芯片等外圍芯片，構(gòu)成一個實時監(jiān)測的 電子裝置。設計時對各功能模塊電路進行了仿真驗證，軟件采用模塊化的設計 方法，對各個子程序模塊進行設計和調(diào)試，實現(xiàn)竊電的檢測和記錄。裝置通過 實驗檢測，證實能夠有效發(fā)現(xiàn)各種竊電行為，達到了預期效果。該類產(chǎn)品通過 在內(nèi)江電力局掛網(wǎng)運行，取得良好效果，得到用戶高度評價。 這種防竊電產(chǎn)品能夠檢測出包括電流法竊電等幾乎所有竊電方式，具備故 障存儲功能，同時自動追算損失電量，具有強大的防竊電能力。但要滿足防竊 電實時性要求，還必須組建防竊電網(wǎng)絡。為此，文中提出了各種網(wǎng)絡化防竊電 方案：既可結(jié)合現(xiàn)有電力網(wǎng)絡平臺，實現(xiàn)網(wǎng)絡化防竊電方案，也可單獨組建防 竊電網(wǎng)絡。最后，針對目前電力計量部門存在的防竊電問題，提出了如何從管 理和技術(shù)角度防止竊電現(xiàn)象發(fā)生。 總之，論文從國民經(jīng)濟的現(xiàn)實需要出發(fā)，結(jié)合電力計量系統(tǒng)實際情況，有 針對性地進行防竊電研究，取得了較好實際成果。論文本身也具有較高理論和 工程應用價值。 關鍵詞：防竊電技術(shù)，復雜可編程邏輯器件，丌路，短路 重慶大學碩士學位論文 a b s t r a c t a b s t r a c t i no u rc o u n t r y , p o w e rt h e f tb e c o m e sm o r ea n dm o r es e r i o u s l yi ns o m ee n t e r p r i s e h o wt op e r f e c tt h et e c h n o l o g yo fp r e v e n t i n gp o w e rt h e f tt or e s t r i c tt h i sd e e di sap r o b l e m w h i c hm o s to fp o w e rs u p p l yc o r p o r a t i o n sa r ec a r i n gi nal o n gt i m e t or e s o l v et h i s p r o b l e m ，t h i sd i s s e r t a t i o na u t h o rr e s e a r c h e sd e e p l ya n dm a k e st w op r e v e n t i n gp o w e rt h e f t d e v i c e sw h i c hb eu s e di n t h r e e - p h a s ep o w e rs u p p l ys y s t e mi n c l u d i n gt h r e e p h a s e t h r e e - l i n es y s t e ma n dt h r e e - p h a s et h r e e - l i n es y s t e m t h e o r i e sa n a l y z i n ga n dt e s t ss h o w t h a tt h ed e v i c e sn o to n l yc a n 如c r e d i b l ea n dq u i c kj u d g m e n t ，b u ta l s oh a v ep a r t i c u l a r r e c o r dt oe v e r yt i m eo fs t e a l i n gp o w e re n e r g y a tf i r s t ，t h ed i s s e r t a t i o na u t h o ra n a l y z e st h em e a s u r e m e t h o dc h a r a c t e r i s t i co f t h r e e p h a s et h r e e l i n es y s t e ma n dt h r e e p h a s e t h r e e l i n es y s t e mb yp o w e rm e a s u r e p r i n c i p l e a n da n a l y z e sa l lk i n d so fp o w e rt h e f tw a y , t h e nc o n c l u d i n gt h e mt of i v es t y l e s ： v o l t a g es t y l e ，c u r r e n ts t y l e ，c h a n g ep h a s es t y l e ，e n l a r g ee r r o rs t y l e ，s h u n ts t y l e h o wt o c a l c u l a t et h el o s se n e r g ye x a c t l ya f t e ra c k n o w l e d g i n gt h ed e e do fp o w e rt h e f ti so n eo f p r o b l e m st h a tt h ea u t h o rt r i e st os o l v e a tl a s t ，a d d i n gt h ep r e v e n t i n gp o w e rt h e f t t e c h n o l o g yi n t ot h ee x i s t i n ge l e c t r i cp o w e rn e t w o r ki sag o o dw a yt op r e v e n tp o w e rt h e f t m o r ee f f e c t i v e l y t h ed i s s e r t a t i o nc o n c l u d e sa l lk i n d so fm a i nc h a r a c t e ri nt h es t a t eo fp o w e rt h e f t t h r o u g ht h e s es t e a l i n gp o w e rm e a n s ，p u t sf o r w a r d sa l lk i n d so fc o u n t e r m e a s u r ea g a i n s t p o w e rt h e f t ，a tt h es a m et i m e ，c a l c u l a t e st h el o s se l e c t r i ce n e r g y t h ea u t h o rd e v e l o p st w o k i n d so fd e v i c e sf o rt h eb i gp o w e rc l i e n t s t h i sd e v i c e su s em i c m c h i ph i g hp e r f o r m a n c e m c up i c l 6 f 8 7 7a n do t h e rc h i p si n c l u d i n gx c 9 5 7 2 ，p c f 8 5 8 3 ，6 2 6 4e t c t h i s d i s s e r t a t i o ns i m u l a t e sf u n c t i o nc i r c u i t st ov e r i f yd e s i g n t h es o f t w a r eo ft h i sd e v i c ei s d e s i g n e da c c o r d i n gt om o d u l e f i r s ti td r a f t st h em a i nb l o c kf l o wc h a r t ，t h e np r o g r a m s s u b r o u t i n et or e a c ht h ea i mo fd e t e c t i n gp o w e rt h e f t t h i sd e v i c e s d e b u g g i n gr e s u l t si n l a ba n dt h ep r o d u c t i o na p p l i e do n s i t eb yn e i j i a n ge l e c t r i cp o w e rb u r e a ui n d i c a t et h a t t h e yc a nw o r ka sw ed e s i r e da n ds a t i s f i e dt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s t h i sd i s s e r t a t i o nr e a l i z e st h ed e v e l o p m e n to fp r e v e n t i n gp o w e rt h e f td e v i c e a tt h e s a n l et i m e ，i tm a k e st h ea d v a n t a g e so ft h ep r e v e n t i n gp o w e rt h e f td e v i c ei nf u l l ，c o n n e c t s t h ee x i s t e de l e c t r i c a ln e t w o r kp l a t f o r m ，a n dt a k e su pt h et h e o r yo fs e t t i n gu pap r e v e n t i n g p o w e rt h e f ts y s t e mw i t hn e t w o r k t h i sd i s s e r t a t i o ng i v e st h es u g g e s t i o n so fp r e v e n t i n g i i 重慶火學碩士學位論文a b s t r a c t p o w e rt h e f tt h a tc o n t a i n st w ow a y s ，o n ei s s t r i c tm a n a g e m e n t ，a n da n o t h e ri sa d o p t i n g n e wt e c h n o l o g y i naw o r d ，t h ed e v i c es h o u l dh a v eab r i g h tm a r k e ts e l l i n ga n da p p l i e d v a l u e ；t h ed i s s e r t a t i o nh a sag o o dv a l u eo ft h e o r ya n dp r o j e c ta p p l y i n g k e yw o r d s ：p r e v e n t i n gp o w e rt h e f t ，c p l d ，o p e nc i r c u i t ，s h o r tc i r c u i t 1 1 1 重慶犬學碩士學位論文 1 緒論 1 緒論 1 1 目前國內(nèi)外電力系統(tǒng)竊電現(xiàn)狀 電力資源的出現(xiàn)，使它成為人類社會生存和發(fā)展進步所不可缺少的一種重要能 源并受至0 廣泛利用，人類的所有活動幾乎都與電有著密切的關系。電的發(fā)現(xiàn)和利用 給人類帶入了一個嶄新的飛速發(fā)展的時代，它作為一種能源不僅給人類帶來光明， 更重要的是醞釀并推動了現(xiàn)代化大生產(chǎn)和現(xiàn)代科技，為人類創(chuàng)造了輝煌的物質(zhì)文明 和精神文明，使人類進入了現(xiàn)代化時代。 我國自改革開放以來，經(jīng)濟發(fā)展和社會進步都取得了舉世矚目的成就。隨著經(jīng) 濟的發(fā)展，對電的需求量不斷擴大，電力銷售市場的擴大又刺激了整個電力生產(chǎn)的 發(fā)展。但是隨著經(jīng)濟的發(fā)展和用電量的增大，尤其伴隨著市場經(jīng)濟體系的建立，竊 電問題變得越來越突出，國家為此蒙受了巨大的經(jīng)濟損失。竊電問題不僅困擾電力 企業(yè)的發(fā)展，也嚴重影響了國家的經(jīng)濟建設和社會的穩(wěn)定。 竊電給國家造成的損失是巨大的。目前，國內(nèi)因竊電造成的經(jīng)濟損失成每年遞增 的態(tài)勢。以吉林省年售電量2 3 0 億千瓦時為例，竊電造成的線損如果為一個百分點， 就丟失電量2 億多千瓦時，折合人民幣幾千萬元。 據(jù)大洋網(wǎng)2 0 0 0 年1 2 月5 日的湖南每年被竊電超過2 億度新聞報道，湖南 省電力局副局長何兆成介紹，近年來湖南省每年被竊電量超過2 億千瓦時，相當于 一個中等規(guī)?？h的全年用電量。近幾年湖南每年省電網(wǎng)銷售的電量為3 0 0 億千瓦時 左右，實際線損率為8 8 ，除去線路傳輸及設備損耗的5 ，其余部分都屬于管理 損耗& 口偷、漏掉的電量。根據(jù)各市州供電部門不完全統(tǒng)計，其中被竊電量超過2 億 千瓦時。按照發(fā)、供電的最低成本每千瓦時0 2 4 元計算，電力部門每年因竊電造成 的損失在4 8 0 0 萬元以上。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，竊電現(xiàn)象中以法人竊電造成的損失居多。 近 兩年湖南省每年都查出三、四千起竊電案件，其中法人盜竊的電量占3 4 ，而這里 面“五小”企業(yè)占了相當比墓。據(jù)中國電力新聞網(wǎng)2 0 0 1 年1 1 月1 3 日的一篇報道，上 海市電力公司2 0 0 1 年上半年共檢查各類客戶2 0 多萬戶，補收電費、違約金4 1 9 3 萬元。 在發(fā)達國家，也存在竊電現(xiàn)象，掘中國電力新聞網(wǎng)報道，美國加利福尼亞州最 大的電力公司太平洋煤氣和電力公司2 0 0 1 年6 月1 1 日宣稱，由于面臨嚴重的電力 重慶大學碩十學位論文1 緒論 危機，加州竊電現(xiàn)象十分驚人，該公司每年被竊取的電力價值超過1 億美元。 據(jù)這家電力公司原負責反竊電人員霍華德迪安向新聞界表示，該公司每年因 為竊電而遭受的經(jīng)濟損失在1 億到4 億美元之間。居民偷電手段多種多樣，包括私 拉電線、人為降低電表走速等。迪安還表示，美國全國都存在竊電現(xiàn)象，每年因竊 電而造成的經(jīng)濟損失高達4 0 億美元。1 。 1 2 竊電現(xiàn)象分析 竊電是社會諸多矛盾的綜合反映。嚴重的竊電現(xiàn)象是與用戶的法制觀念、道德 觀念、社會經(jīng)濟發(fā)展水平、電價及用戶承受能力、電能計量設備的防盜可靠性、用 電營銷管理水平、營銷人員素質(zhì)、對竊電行為的處理方式等密切相關的，是諸多因 素焦聚一起而形成的。 由于現(xiàn)階段我國法制建設水平還不高，群眾的法律意識還不強，中華人民共和 國電力法出臺的又比較晚，很多用戶對電的商品屬性和竊電的違法性認識不明確， 加上多年來對竊電行為重罰輕打的處理方式，是導致竊電多發(fā)的主要原因。 用電管理上存在漏洞，營銷各環(huán)節(jié)間制約監(jiān)督作用沒有有效發(fā)揮，為竊電尤其 是內(nèi)外勾結(jié)竊電提供了機會。供電企業(yè)內(nèi)部個別職工與用戶勾結(jié)竊電和對竊電行為 視而不見的瀆職行為對竊電起到了推波助瀾的作用。 對很多用戶來說，電費是其生產(chǎn)經(jīng)營的一大成本，尤其是一些耗能高，經(jīng)濟效 益不好的用戶，支付電費是一大難題。于是，一些用戶就用竊電來降低成本和解決 經(jīng)費不足的問題，甚至完全靠竊電給工人開工資。而特定的供電方式和供電設施的 落后又為竊電大開了方便之門。 竊電行為具有多發(fā)、主體多元、手段隱蔽的特點。竊電行為發(fā)生的比例遠遠 高于其它危害社會的行為，呈現(xiàn)出普遍性的特點。居民竊電現(xiàn)象嚴重，平戶區(qū)和供 暖條件差的住宅小區(qū)尤為突出；個體工商戶、私營企業(yè)中竊電比例相當高，是反竊 電工作的重點目標：國有企業(yè)、事業(yè)單位竊電率上升迅速，而且竊取量大，造成的 損失驚人，應引起重視。過去竊電行為主體基本局限于居民，而近年來這種違法犯 罪行為的主體已變得多元化，居民、個體和私營經(jīng)濟組織、集體和國有企業(yè)、事業(yè) 單位、甚至政府機關和部隊也竊電。竊電手段日趨隱蔽并向高科技發(fā)展。過去查獲 的竊電多使用簡單的容易操作也比較暴露的手段，如利用u 型導線分流、別卡表盤、 開封撥表、表外接線等，這些方法都比較容易查獲，但近幾年利用上述手段竊電的 已不多見。改變電流互感器變比、電壓線虛接或反接或壓皮接線、隱蔽處安裝過流 開關或雙頭刀閘控制表外線、利用營銷工作人員工作上的疏忽或與營銷人員相勾結(jié) 重慶大學碩+ 學位論文 1 緒論 積攢電量后事故換表消除表上電量等成為近幾年主要的竊電方法。 1 3 國內(nèi)外防竊電技術(shù)現(xiàn)狀 防竊電技術(shù)隨著時代的進步在不斷的發(fā)展。同時竊電手段也在不斷翻新，有些 地區(qū)甚至發(fā)現(xiàn)采用專用竊電器進行竊電的情況。如何有效防止竊電，是擺在科技人 員面前的一個重要課題。 當前市場上出現(xiàn)的防竊電產(chǎn)品種類繁多，沒有一種產(chǎn)品能有效地防止所有竊電 方式，究其原因，一是以偏概全，將防部分竊電的產(chǎn)品夸大成多功能防竊電產(chǎn)品， 并且這類產(chǎn)品漏防了若干種主要的竊電方式，自然難以推廣。二是性能價格比差， 采用網(wǎng)絡化進行防竊電，防竊電效果比較好，但操作不便，價格昂貴，而且這類產(chǎn) 品也存在無法解決電流法竊電的問題。 對于大用戶而言，計量裝置還包括電流互感器和電壓互感器。電流互感器的二 次側(cè)開路和短路檢測技術(shù)是防竊電的一項關鍵技術(shù)。目前，此種技術(shù)在實際應用中 幾乎是空白?，F(xiàn)存的檢測方法也存在較大缺陷。如何改進這一技術(shù)，奠定防竊電技 術(shù)的一個堅實的基礎，具有較大的學術(shù)和現(xiàn)實意義。 隨著電力系統(tǒng)各種功能的不斷提升，電子技術(shù)的不斷發(fā)展，防竊電技術(shù)實用化 也逐漸成為可能。研究新的防竊電技術(shù)，更徹底完善地防止竊電現(xiàn)象的發(fā)生，盡可 能地減少竊電造成的損失，具有較強的現(xiàn)實意義。如何在防竊電原理上作到進一步 突破，克服目前技術(shù)固有的缺陷，使防竊電技術(shù)進一步完善，做到實用化，市場化， 展終能在電力部門內(nèi)大面積推廣使用這項新技術(shù)。 因為計量方式的不同，國內(nèi)外防竊電技術(shù)方法也不一樣。但基本原理是相通的。 本論文將從國內(nèi)外防竊電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，進一步研究防竊電技術(shù)。 在歐美發(fā)達國家，竊電現(xiàn)象也大量存在，它們的防竊電技術(shù)也在不斷地發(fā)展。 從目前來看，美國的u p c 公司可以代表發(fā)達國家當前防竊電技術(shù)的水平。u p c 公司( 寰宇保護公司) 是美國一家專門從事防竊電產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技 公司。它生產(chǎn)的用于減少非技術(shù)性損耗和防止竊電的產(chǎn)品已被美國和加拿大的各主 要電力部門所采用，同時，該產(chǎn)品還大量應用于巴西、中美州、哥倫比亞、厄瓜多 爾、秘魯、委內(nèi)瑞拉等國家。 早期人們?yōu)榱朔栏`電，對計量裝置的緊固螺絲采用漆封和臘封，這樣當緊固螺 絲被取下時，封就會被破壞，從而發(fā)現(xiàn)竊電行為。這樣的封很容易受環(huán)境、氣候等 方面的影響而自然脫落，給判斷帶來了困難，目前已不再使用。 現(xiàn)在最普遍的防竊電技術(shù)措施是鉛封，鉛封就是將電能表或計量柜的關鍵部位 重慶大學碩士學位論文1 緒論 的緊固螺絲用絲線、鋼絲或鉛釘穿上后，再用帶有印模的專用封鉗將鉛球或鉛釘壓 上印模。長期以來，鉛封對防止計量裝置被人有意開啟進行竊電起著十分重要的作 用。它有效地防止了簡單竊電行為的發(fā)生，但是也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有偽造或開啟后復原的 情況。鉛封仍是目前普遍采樣的防竊電技術(shù)措施。 對小容量用戶來講，計量裝置可能儀是一只電能表。但對較大容量的用戶來講， 計量裝置包括電壓、電流互感器及二次回路和電能表。這樣的計量裝置可以進行竊 電的地方較多，防竊電必須從整套裝置來考慮。這樣在八十年代，我國又研制開發(fā) 了計量專用配電柜，把與計量有關的設備全部集中安裝在此柜中。目前計量柜已有 的部頒標準。計量柜的出現(xiàn)和改進在一定時期、一定程度上防止了竊電行為的發(fā)生。 隨著防竊電技術(shù)措施的發(fā)展，竊電手段也變換花樣。針對計量柜的出現(xiàn)，接踵 而來的是短接進出線、外加強磁場、傾斜計量柜等竊電方法。與此針鋒相對，九十 年代，人們應用電子、無線電技術(shù)，開發(fā)出了能防止計量柜人為傾斜、人為開啟和 防磁場的“無線電防竊電報警裝置”。這一技術(shù)，目前仍屬于大力推廣的防竊電技術(shù)。 目前人們已開發(fā)出各種防竊電的電能表，并已申請多項技術(shù)專利。有的在機械 方面作了改進，有在電磁方面考慮防竊電，更多的應用了現(xiàn)代電子技術(shù)。目前實際 投入應用的有幾十種。 市場上先后出現(xiàn)的“掉電計時儀”、“失壓欠流積時儀”、“低壓計量裝置故障診 斷儀”、“防竊電電腦監(jiān)測系統(tǒng)”、“智能型高壓電能表錯接線判定儀”等產(chǎn)品。由于 裝置自身原因，使用并不廣泛。如“掉電計時儀”、“失壓欠流積時儀”兩種產(chǎn)品試 圖解決電流型竊電的問題，但生產(chǎn)廠將電流監(jiān)察值規(guī)定為0 或3 i a 、3 0 i b ，均欠 科學性，不盡合理，故難以推廣。比如規(guī)定電流監(jiān)察值為0 的情況，當電度表輸入 電流為零時，計時儀便判為偷電而予以計時。這樣在用戶不用電時也被判為竊電， 用戶當然不能接受【2 ”。后幾種儀器基本上是屬于裝置或系統(tǒng)，其體積大、價格高， 只適用于電力部門檢查和抽測，而不宜于長期在線監(jiān)察量大面廣的各種電度表工作 狀態(tài)。加之這些儀器大多數(shù)又缺乏自身防護能力，無人值守時杜絕不了竊電者在其 本體上動手腳。 防竊電電能表也很多。1 9 9 7 年8 月份，電力部門有關領導，曾對中國機械行業(yè) 名牌產(chǎn)品評定委員會儀器儀表評審組發(fā)出相同的急切呼吁：“你們機械工業(yè)部能不 能組織攻關，解決電能表的防竊電問題”閉。不是沒有相關的產(chǎn)品，近幾年國內(nèi)先 后推出了一些防竊電的單相電能表，多功能三相電能表，也取得了一些很好的效果。 但這些產(chǎn)品的防竊電功能都存在著共同的缺陷。難以監(jiān)測所有的竊電行為，尤其是 對電流互感器的開路短路無法準確判斷。同時。一旦有竊電行為發(fā)生，也難以準確 追算損失電量。相應也導致了這些產(chǎn)品的性能價格比的下降。 重慶大學碩士學位論文1 緒論 這些防竊電裝置和措施，確實對有些竊電行為起到了有效的防止作用。然而對 于愈演愈烈的竊電之風和花樣繁多的竊電手段來說，仍顯得蒼白無力。分析原因主 要是： 局限性大。這些防竊電裝置和措施往往都是針對某一種或幾種竊電手段來 考慮問題的，對多數(shù)竊電方法仍無能為力。同時竊電并非都是針對計量裝置本身的， 而現(xiàn)有的防竊電裝簧和措施幾乎全部都是圍繞著計量裝置來考慮問題的。 及時性差?，F(xiàn)有的防竊電裝置不能對竊電行為做出及時反應。 被動性?，F(xiàn)有的防竊電裝置不能主動對竊電者的竊電行為做出積極的回應。 可靠性仍不夠強?，F(xiàn)有的很多防竊電裝置之所以沒有大規(guī)模應用，原因之 一是可靠性差，為了實現(xiàn)防竊電的目的而加入額外部件會影響電能表的正常工作， 甚至會使電能表計量不準。 準確度不夠?，F(xiàn)有的防竊電裝置只能對簡單的竊電方式做出判斷，而對較 為復雜的竊電手段卻無法斷定，更不用說統(tǒng)計竊電量的大小。 對于目前仍存在的而且危害嚴重的破壞計量裝置、繞越計量裝置和倒撥電能表 數(shù)據(jù)的各種竊電行為，依靠現(xiàn)有的防竊電技術(shù)和措施仍不能準確、及時地發(fā)現(xiàn)。因 此，現(xiàn)實工作中迫切需要有更全面的、系統(tǒng)的、完善的防竊電技術(shù)和裝置。上述產(chǎn) 品大多有共同的缺陷：難以對電流型竊電做出準確判斷；不能準確地追算出損失電 量；分不清竊電方式；實時監(jiān)控能力差。 1 4 本論文的主要工作 本論文包括阱下研究內(nèi)容： 研究電流法竊電檢測方法：電流法竊電手段隱蔽，在竊電者人為短路或開 路電流互感器二次繞組情況下，現(xiàn)有防竊電裝置無法準確判別。本課題要 研究的內(nèi)容之一就是如何準確判斷電流互感器的工作狀況。 探討損失電量的追算方法：損失電量追算通常由人工手工計算。如果能實 時測量出電壓、電流、相角、累計竊電時間等參數(shù)，則可以通過防竊電裝 置或防竊電電能表的內(nèi)霞軟件自動追算出來。采用何種追算方法，如何作 到準確，也是要研究的內(nèi)容之一。 提供竊電方式的判斷標準：現(xiàn)有防竊電方法中，存在一個普遍問題，就是 竊電判據(jù)存在漏洞或不完善的地方，有時容易導致電力部門與電力用戶之 間的糾紛。完善防竊電判據(jù)，是要解決的問題之一。 結(jié)合理論分析，以p i c l 6 f 8 7 7 芯片為核心，結(jié)合c p l d 器件，制作出能夠 重慶大學碩士學位論文 1 緒論 實現(xiàn)上述功能的防竊電裝置樣機。 針對不同計量方式，結(jié)合現(xiàn)有電力通訊網(wǎng)絡，提出各種防竊電方案。計量 方式不同，防竊電方案也不同，如何結(jié)合現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡，將防竊電技術(shù) 融入網(wǎng)絡中a 目前，已有多種網(wǎng)絡通訊平臺在電力系統(tǒng)投入運行，分析各 種平臺對防竊電功能的適應性，能否有效利用這些平臺進行防竊電功能擴 展，也是本文要重點探討的問題之一。 通過對上述問題的研究，希望能找到一種科學合理且經(jīng)濟的防竊電方案，為我 國電力行業(yè)的防竊電領域做出應有的貢獻。 重慶大學碩士學位論文 2 電能計量原理和計量方式 電能計量原理和計量方式 2 1 電能表的發(fā)展歷程幡1 電能表作為一種計量電能的儀表，出現(xiàn)在世界上已有1 0 0 多年的歷史。1 8 8 1 年 他們利用電解原理研制成功最早的電能表，盡管這種電能表每只重達幾十千克，十 分笨重，又無精度的保證，但是，這在當時仍然被作為科技界的一項重大發(fā)明，受 到人們的重視和贊揚，并很快地在工程上得到了采用。1 8 8 8 年，三項交流電的出現(xiàn) 和應用，又對電能的計量儀表提出了新的課題，從而推動了電能表的進一步發(fā)展。 經(jīng)過科學家們的努力，1 8 9 0 年誕生了感應式電能表。在以后的幾十年中，主要對感 應式電能表的結(jié)構(gòu)和性能不斷使其合理、完善。由于感應式電能表具有結(jié)構(gòu)簡單、 操作安全、維修方便、造價低廉、耐用等一系列優(yōu)點，所以發(fā)展很快?，F(xiàn)在每只電 能表有的還不到l k g 重，品種規(guī)格已發(fā)展至幾十種。 隨著電子元器件的發(fā)展和應用，目前國內(nèi)外均已研制生產(chǎn)了電子式電能表。它 具有以下優(yōu)點：( 1 ) 科學技術(shù)含量高、技術(shù)性能優(yōu)越、計量準確、穩(wěn)定性能好；( 2 ) 節(jié)約能源、能耗小，自身能耗僅為機械表的二分之一；( 3 ) 體積小、耗材低，安裝 方便、快捷；( 4 ) 擴展功能，通過辦b 裝一些輔助設各就能實現(xiàn)分時計費功能和采用 計算機實現(xiàn)遠方自動抄表功能。因具有優(yōu)越的技術(shù)特性和多種功能而被廣泛采用。 我國電能表的生產(chǎn)始于5 0 年代初，至今已有3 0 多年歷史。從產(chǎn)品品種和性能 的發(fā)展來看，大致分為四個階段：第一階段是5 0 年代產(chǎn)品，主要參照蘇聯(lián)標準，生 產(chǎn)屬仿蘇產(chǎn)品，仿制生產(chǎn)的電能表以單相為主。第二階段是6 0 年代中期，國內(nèi)一些 生產(chǎn)廠按照j b 7 9 3 6 6 交流電度表標準，自行設計和制造了一些各種不同型號的 2 0 級單相和三相有功電能表：到7 0 年代初，全國電能表行業(yè)組織聯(lián)合統(tǒng)一設計 d d 2 8 型單相電能表，在這階段，我國電能表制造、生產(chǎn)已具備了相當水平和規(guī)模。 第三階段是8 0 年代初，根據(jù)國家對標準化工作的要求，為進一步提高我國電能表設 計、制造工藝水平，加快產(chǎn)品升級和更新，適應出口的需要，積極參照采用國際標 準( 砸c ) 生產(chǎn)。到8 0 年代中期，我國以能生產(chǎn)0 5 級和1 0 級三相有功電能表和 2 0 級三相無功電能表，電能表的質(zhì)量和品種接近或達到國際水平。1 9 8 7 年出哈爾 濱電工儀表研究所組織聯(lián)合設計8 6 系列單相和三相電能表，該系列電能表在性能結(jié) 構(gòu)上又有了改進。第四階段是9 0 年代初期，國內(nèi)一些廠家在引進與借鑒的基礎上， 重慶大學碩十學位論文 2 電能計量原理和計量方式 開發(fā)生產(chǎn)電子式電能表，隨著設計制造技術(shù)的成熟，在9 0 年代后期。國產(chǎn)電子式電 能表在性能與質(zhì)量上己較為成熟，已被電力部門廣泛采用。 2 2 正確的電髓計量方式 電能表可按如下方式分類： 1 ) 按照結(jié)構(gòu)原理來分，有感應式( 機械式) 、電子式( 靜止式) 和感應電子式 ( 機電式) 三種； 2 ) 按所測的電源來分，有直流式和交流式兩種； 3 ) 按所測的電能來分，有有功和無功兩種； 4 ) 按接入線路的方式來分，有直接接入式、經(jīng)互感器接入式： 5 ) 按用途來分，有單相、三相和特殊用途電能表( 包括標準電能表、復費率 電能表、預付費電能表及多功能電能表等) ； 6 ) 按等級指數(shù)來分，有安裝式( 3 0 、2 0 、1 0 、0 5 、0 2 級) ；攜帶式( o 2 、 0 1 、0 0 5 、0 0 2 、0 0 1 級) 。 目前，國內(nèi)采用的主要有如下幾種計量方式。 1 ) 高供高計( i o k v 以上) 經(jīng)p t 和c t 接入式：適用于接入中性點有效接地的 高壓線路的計量裝置。 2 ) 高供高計( i o k v 及以下) 經(jīng)p t 和c t 接入式：適用于接入中性點非有效接 地的高壓線路的計量裝置。 3 ) 高供低計( 3 8 0 v ) 不經(jīng)p t 但經(jīng)c t 接入式：適用于其負荷電流為8 0 a 以上 時，宜采用經(jīng)電流互感器接入式的電能表。 4 ) 高供低計( 3 8 0 v ) 直接接入式。：適用于三相低壓供電線路，其負荷電流為 8 0 a 及以下時，宜采用直接接入式電能表。 5 ) 單相直接接入式計量：適用于單相低壓供電線路，負荷電流8 0 a 及以下。 6 ) 單相經(jīng)c t 接入式計量：適用于單相低壓供電線路，其負荷電流為8 0 a 以上。 在實際應用中，應根據(jù)不同的被測電路( 單相、三相三線、三相四線、高壓和 低壓) 、負荷情況以及測量對象來選定適當?shù)碾娔鼙?、互感器，是保證計量準確的又 一關鍵環(huán)節(jié)。因為本論文的研究對象主要是針對有功計量電路的防竊電，以下重點 討論各種電路有功電能計量的各種計量方式。 8 重慶大學碩士學位論文2 電能計最原理和計量方式 2 2 1 直接接入計量方式 對三相四線制電路來講，可以選用一只三相四線有功電能表，也可選用三只單 相有功電能表。此種接線方式一般是在低壓配電系統(tǒng)中，中性點直接接地的三相四 負載 圖2 1 三相四線直接接入計量方式 f i g u r e2 1t h r e e - p h a s ef o u r d i n em e t e r 線制系統(tǒng)中應用，而且不論三相電壓、電流是否對稱都能正確計量。接線方式如圖 2 1 所示。無論負載是否對稱，電能表都能正確計量。 在農(nóng)村配電系統(tǒng)中，宜采用三只單相電能表的接線方式，當- - , f l 發(fā)生故障時， 就會有一只單相電能表的讀數(shù)出現(xiàn)差異，比較容易判斷出是否有異常計量狀況。而 用一只三相四線的電能表，當一相故障時，電能表圓盤轉(zhuǎn)動雖然變慢，造成電量的 少計，但很難判斷出是負荷變化了還是有了故障。 家庭用戶和小容量照明負荷大多數(shù)均采用單相直接接入式計量，其接線圖如圖 2 2 ( a ) 所示。 ( ：( b ) 圖2 ，2 單相表計量方式 f i g u r e2 2s i n g l e - p h a s em e t e rc o n n e c t i o n 2 ，2 2 經(jīng)互感器接入計量方式 經(jīng)互感器接入計量方式可分為只經(jīng)電流互感器( c t ) 接入式和同時經(jīng)電流互感 器( c t ) 、電壓互感器( p t ) 接入式。對于計量單相大容量照明負荷( 負荷電流大 9 重慶人學碩七學位論文 2 電能計量原理和計最方式 于8 0 a ) ，采用經(jīng)c t 接入式計量，其接線圖如圖2 2 ( b ) 所示。對于三相四線制電 路，有兩種經(jīng)互感器接入計量方式：電壓直接接入，電流經(jīng)c t 接入式( 完全星形 接法) ，如圖2 3 所示。電壓經(jīng)p t 接入( 完全星形接法) ，電流經(jīng)c t 接入式( 完 全星形接法) ，如圖2 5 所示。 協(xié) i + 僳 佴 ? v 。j 卜 7 盯一 - - q v v v vvv 圖2 3 三相四線只經(jīng)c t 接入計量 f i g u r e2 3t h r e e - p h a s ef o u r - l i n em e t e r c o n n e c t i o nw i t hc t so n l v 飄1 粵 、，毫l r r l t、j 工i r 上 圖2 4 三相三線經(jīng)p t 、c t 接入計量 f i g u r e2 4t h r e e p h a s et h r e e - l i n em e t e r c o n n e c t i o nw i t hc t sa n dp t s 三相三線制高壓電路主要采用如下計量方式：電壓經(jīng)p t 接入( 不完全星形接 法) ，電流經(jīng)c t 接入式( 不完全星形接法) ，如圖2 4 所示。 書 雅表 令令 f l 川u h 7 w 問r士、 l ic r ：ic t ： c t - v v v 圖2 5 三相四線經(jīng)p t 和c t 接入 f i g u r e2 5t h r e e - p h a s ef o u r - l i n em e t e rc o n n e c t i o nw i t hc t sa n dp t s 2 3 本章小結(jié) 負彗 本章對電能表的工作原理和單相、三相電路正確計量方式作了簡單的介紹。如 果電能表的接線方式發(fā)生了變化，就會對電能計量帶來影響，為竊電創(chuàng)造條件。我 們將對各種竊電現(xiàn)象進行詳細的分析和判斷。 重慶大學碩士學位論文3 三相電路防竊電及其檢測技術(shù)研究 3 ，1 概述 3 三相電路防竊電及其檢測技術(shù)研究 電能計量裝置包括電能表、互感器以及與之相連的二次回路。竊電的手段雖然 五花八門，但萬變不離其宗，最常見的是從電能計量的基本原理入手。一個電能表 計量電量的多少，取決于電壓、電流、功率因數(shù)三要素和時間的乘積，因此，只要 改變?nèi)睾蜁r間中任何一個，即可造成電能表慢轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)甚至反轉(zhuǎn)，從而達到竊 電目的。另外，通過改變電表本身機械或電子性能的辦法，擴大計量系統(tǒng)的測量誤 差，也可達到竊電的目的。至于各種私拉亂接、無表用電的行為，更屬于明目張膽 的竊電。針對各種有功電能表的竊電手段，不外乎以下五類方式【2 j ： 1 ) 電壓法竊電：改變電壓回路接線造成電壓回路故障。如斷開某相電壓回路，引 起失壓；虛接某相電壓端子，引起欠壓。 2 ) 電流法竊電：改變電流回路接線造成電流回路故障。如短路或開路c t 二次側(cè)， 使電流無法正常流入電能表；在電表接線端子處短接或斷開電流回路，使電流 無法正常流入電能表；虛接電流端予，使流入電能表的電流減少。 3 ) 移相法竊電：通過改變電能表正常接線，引起相位異常的竊電方式。如反接p t 一次側(cè)或二次假4 接線，引起相位異常；反接c t 二次側(cè)接線，引起相位異常；接 入同一相電壓或電流，引起相位異常；在電壓回路或電流回路接入其它負載， 改變正常相位等。 4 ) 擴差法竊電：采用擴大電能計量裝鼉誤差的方法竊電。如通過私拆電表，改變 電表內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)性能；用外力損壞電表；改變電表安裝條件；利用磁場或諧 波干擾等手段來擴大電能計量系統(tǒng)誤差等。 5 ) 分流法竊電；負載不經(jīng)過或部分經(jīng)過電能計量裝置的竊電方式。如將負載接在 電能表進線之前，空置電能表，完全不經(jīng)電能表計量；在在電能表進線之前搭 接其它負載，電能表僅計量部分負載等。 下面分別針對三相三線制高壓計量和三相四線制地低壓計量特點，對上述五類 竊電方法中每一類具有代表性的竊電手段進行詳細的理論分析，找出其電量特征或 物理現(xiàn)象，從而推導竊電判據(jù)，找出相應的竊電檢測方法。 損失電量追算是困擾電力計量部門的又一難題，由于用戶竊電和計量部門發(fā)現(xiàn) 竊電在時間上常常不一致，計量部門發(fā)現(xiàn)用戶竊電后，通常是依據(jù)竊電現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的 重慶大學碩十學位論文3 三相電路防竊電及其檢測技術(shù)研究 竊電手段作為計算損失電量依據(jù)，但電力部門難以確定竊電時間長短，這種方法難 以準確追算出實際損失的電量。通常用戶采用不同方法竊電、竊電時間又不規(guī)律時， 上述追算方法會有較大誤差。如果采用本文提出的防竊電檢測技術(shù)，由于它采集了 電壓、電流，具備實時監(jiān)測計量狀態(tài)的能力。即能夠確定異常狀態(tài)類型、故障起始 時刻、故障結(jié)束時刻，因此，只要推算出故障時間段內(nèi)假設沒有故障時電能表應該 記錄的電量，即可對損失電量進行在線追算。下面我們也討論電量追算方法。 3 2 三相三線制高壓電能計量防竊電分析 3 5 k v 及以下電壓等級的三相三線制電能計量方式主要采用三相三線制經(jīng)c t 和 p t 接入式計量。以此種計量方式( 三相三線制經(jīng)c t 和p t 接入式，不完全星形接法 如圖3 1 所示) 為例，利用向量分析法，詳細介紹此種計量方式下的防竊電技術(shù)。 為簡化計算，現(xiàn)假設： 1 ) 正常情況下三相負載對稱，令u a b = u c b = u c a = u ，i a = i b = i c = i ，叭= 馳= 仳= 平。 2 ) 由于計量的電量與計量功率只相差一個時間變量t ，為公式簡化，采用功 率p 算式。 3 ) 為了便于對各種故障進行理論分析，現(xiàn)假定在發(fā)生某類故障時，沒有其它 類故障同時發(fā)生。 如果將防竊電技術(shù)融入電能表，則電量追算可進一步簡化?，F(xiàn)以融入了防竊電 技術(shù)的電能表作為分析對象，對各種類型防竊電方法進行具體分析。圖3 1 是正常 情況下，三相三線制經(jīng)c t 和p t 接入計量方式及其向量圖，實測的功率計量公式為： p = 【，腫， c o s ( 3 0 + 妒) + u 。，cc o s ( 3 0 一伊c ) = 明c o s ( 3 0 + 伊) + u c o s ( 3 0 一妒) 【3 - i ) ：壓u ic o s 毋 融j 粵 l 。么 r 玎1 +、j 上l y i u c a u b a 圖3 1 三相三線制經(jīng)c t 和p t 接入式及其向量圖 f i g u r e3 1n e e p h a s et h r e e - l i n ec o n n e c t i o nw i t hc t sa n dp t s 1 2 重吠，( 學碩k 學他淪文 3 。相電路防竊電及i 檢洲技術(shù)研究 3 ，2 1 斷開或虛接電能表電壓回路( 電壓法竊電) 3 2 1 ，l 竊電手段 由電能表的接線可以看到，只要將接入電能表的電壓回路斷開或松掉，導致電 能表電壓回路失壓或欠壓，電能表的計量就會不準，常見的手段有： 虛接電能表電壓線圈，造成接線端子處壓降增加。 在電壓回路中串接電阻分壓，使加在電能表電壓線圈上的電壓減少。 將經(jīng)p t 接入的電能計量裝置的二次回路斷開。 松動經(jīng)p t 按入的電能計量裝置的二次回路接線端子，造成接線端子處壓降 增加。 斷開p t 一次回路。 通過斷開電能表的電壓回路進行竊電，在查獲的各種竊電案件里屢見不鮮。下 面通過向量圖具體分析三種電壓斷相情況。 a 相斷相時，從向量圖3 2 可以看出，u s s = o g ( 理想狀況下為零。實際上，根據(jù) 負載的不同，a b 側(cè)仍然有低于3 0 v 的殘余電壓) 。c 相斷相時，從向量圖3 3 可以看 出，u 。= 0 v ( 理想狀況下為零。實際上，根據(jù)負載的不同，c b 側(cè)仍然有低于3 0 v 的 殘余電壓) 。b 相斷相時，從向量圖3 4 可以看出，u 佃一u 。= o 5 u 。( u ，= 1 0 0 v ) ，即 與u 。大小相等，方向相反，幅值為正常值的一半，約5 0 v 。 a 、b 、c 三相任意相欠壓，均會導致u 旭和如幅值降低，通過設置相應欠壓閥 值，可以對欠壓竊電進行檢測。 u c b 圖3 2h 相電壓斷線 f i g u r e3 2v o l t a g eao p e n 圖3 ，3c 相電壓斷線 f i g u r e 3 3v o l t a g eco p e n 0 5 u a c 圖3 4b 相電壓斷線 f i g u r e3 4v o l t a g ebo p e n 3 2 1 2 檢測方法 判斷電壓法竊電，需要檢測以下參數(shù)：線電壓、如幅值和線電流l 、i 。幅值。 失壓和欠壓時，表現(xiàn)在參數(shù)上的變化不同，檢測判據(jù)可以由下述原則確定： 重慶大學碩士學位論文 3 三相電路防竊電及其檢測技術(shù)研究 a 、b 、c 相欠壓，均可導致u 蚰、u 。降低，由于各地電網(wǎng)質(zhì)量不一樣。欠壓 范圍也不一致，通常整定為額定電壓的8 0 ，這個閥值應該可調(diào)，出用戶自 行設定。也可將此功能設為報警或關閉此項功能，避免誤判。 a 相失壓，會使u 。電壓小于3 0 v ，但u 。，u ”電壓正常；c 相失壓，會使u 。 電壓小于3 0 v ，但u 。u 。電壓正常；b 相失壓，會使u c 電壓正常，但u mu 。 電壓為正常值一半，同時，它們相位相差1 8 0 。 失壓和欠壓時，必須判斷該相是否有c t 開短路情況發(fā)生。如果有c t 開短 路，則不判斷欠壓和失壓。 停電和三相失壓區(qū)別在于是否存在電流，有電流無電壓為失壓，無電壓也 無電流為停電。 3 2 2 短接或斷開電能表電流回路( 電流法竊電) 3 2 2 1 竊電手段 短接或斷開c t 二次側(cè)的接線或直接從外部接線端予處對電能表的電流線圈進 行短路、開路或分流，使流過電能表電流線圈的電流減少甚至為零，電能表停止計 量短路相或開路相的電能或少計電能，從而達到竊電的目的。近年據(jù)報道，有的不 法用戶竊電手段越來越高，它們采用高科技手段，在