萬忠兵，趙智輝

(1.廣安電業(yè)局，四川 廣安 638000;2.四川電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072)

竊電嚴(yán)重地侵害了供電企業(yè)和守法用戶的權(quán)益，導(dǎo)致線損居高不下，不僅給國有資產(chǎn)造成巨大損失，而且嚴(yán)重?cái)_亂了供用電秩序。據(jù)有關(guān)方面估算，全國每年因竊電造成的經(jīng)濟(jì)損失逾200億元。竊電行為正向著多發(fā)、主體多元、手段隱蔽、技術(shù)含量高方向發(fā)展，竊電電案值直線攀升，防不勝防。

1 反竊電工作面臨的困難

1.1 查竊電的難點(diǎn)

電力用戶點(diǎn)多面廣，查竊電需要投入大量的人力物力。查竊電過程中，也存在諸多困難，如:進(jìn)入用戶檢查時，用戶可以采用各種方式，如門衛(wèi)采取繁瑣請示匯報程序，延緩查竊電人員進(jìn)入現(xiàn)場，竊電者有足夠的時間采取對策;面對損壞的用電計(jì)量裝置鉛封，拒不承認(rèn)是竊電。

1.2 認(rèn)定竊電量的難點(diǎn)

電力是無形的特殊商品，看不見摸不著，竊電與“銷贓”(使用竊取的電力)是同時完成的。沒有了贓物，僅有作案現(xiàn)場(如現(xiàn)場抓獲現(xiàn)場竊電行為)，認(rèn)定竊電量難取得直接證據(jù)，竊電時間難確定?，F(xiàn)場取證只證明有竊電行為，很難直接證明竊電時間和竊電量，采用推算的辦法難免出現(xiàn)爭議。

為了切實(shí)有效打擊各類竊電行為，防止國有資產(chǎn)流失，維護(hù)正常供用電秩序，則提出了無線防竊電系統(tǒng)的研究，通過實(shí)時在線數(shù)據(jù)采集比對，及時發(fā)現(xiàn)竊電行為，為有效查處竊電行為提供技術(shù)保障。

2 無線防竊電系統(tǒng)簡介

無線防竊電系統(tǒng)由無線電流變送器、無線數(shù)據(jù)集中器、多功能電能表和監(jiān)控中心的主站組成，如圖1所示。無線電流變送器安裝在用戶變壓器的高壓側(cè)，采集一次電流并用無線方式發(fā)送至無線數(shù)據(jù)采集器;無線數(shù)據(jù)采集器安裝在用戶端，通過無線接收高壓側(cè)的電流信息，并且通過485通訊讀取多功能電能表上的電能量信息，進(jìn)行比較、運(yùn)算、登記、存儲等處理，并通過GPRS上傳監(jiān)控中心主站。多功能電能表安裝在用戶前端，完成對電壓、電流、電能等的計(jì)量，帶有485接口便于集中器的數(shù)據(jù)讀取。監(jiān)控中心的主站全面匯總各無線數(shù)據(jù)集中器的數(shù)據(jù)，按照具體的要求，進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較、顯示、存儲等綜合處理。根據(jù)用戶設(shè)定對異常情況進(jìn)行自動報警。

2.1 無線電流變送器

無線電流變送器主要用于在線同步采集計(jì)量裝置一次電流，采用無線方式與無線數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行實(shí)時通訊。無線電流變送器安裝在計(jì)量裝置高壓側(cè)，和高壓線路同電位，工作電源也僅由一次電流感應(yīng)供給，無需外加電源，無二次引出線，設(shè)備整體絕緣性能較高。無線數(shù)據(jù)集中器可以實(shí)時進(jìn)行數(shù)據(jù)比對，定時將監(jiān)控中心主站需求的信息上傳，出現(xiàn)異常時，上傳報警信息。

2.2 無線數(shù)據(jù)集中器

無線數(shù)據(jù)集中器主要功能為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)上傳等。無線數(shù)據(jù)集中器通過采集無線電流變送器和電能表數(shù)據(jù)，進(jìn)行比較、運(yùn)算、登記、存儲等處理，并通過GPRS上傳監(jiān)控中心主站。

2.3 監(jiān)控中心主站

作為系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，對現(xiàn)場終端監(jiān)測數(shù)據(jù)和電能表讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，也可作為主站W(wǎng)eb發(fā)布數(shù)據(jù)服務(wù)器，為數(shù)據(jù)的Web網(wǎng)絡(luò)共享提供數(shù)據(jù)源。

圖1 無線防竊電系統(tǒng)示意圖

3 無線防竊電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 無線電流變送器設(shè)計(jì)

無線變送器電路包括系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)采集、無線發(fā)送三大部分。系統(tǒng)處理器采用MSP430微功耗處理芯片，利用自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換功能實(shí)現(xiàn)電流數(shù)據(jù)的數(shù)字處理。當(dāng)收到無線數(shù)據(jù)終端發(fā)送數(shù)據(jù)請求時，MSP430會將數(shù)據(jù)傳給無線收發(fā)管理芯片Nrf905，從而將電流數(shù)據(jù)傳送給無線數(shù)據(jù)終端。

電流采集調(diào)理電路將互感器二次電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并實(shí)現(xiàn)電壓信號的偏置和幅值的匹配。

電源電路是整機(jī)的能量來源。由于無線變送器掛在一次高壓側(cè)，高壓環(huán)境使得無線電流變送器饋電很困難，本設(shè)備采用從一次饋電的方法，解決了高壓用電安全的問題，同時由于無線變送器沒有“二次引線”，初次級等電位，從而解決了傳統(tǒng)互感器初次級耐壓絕緣的問題。

在供能方法上確保有盡可能寬的工作電流變化范圍，為此將研究重點(diǎn)放在鐵心材料的改進(jìn)上，應(yīng)用坡莫合金、微晶合金等飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度低的導(dǎo)磁率高的磁性材料從一次母線上獲取能量。設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制方案，確保在母線電流變化比較大，尤其是出現(xiàn)大電流的情況下，能夠有穩(wěn)定可靠的電源輸出。在過電壓防護(hù)、能量泄放電路、電磁兼容設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了深入研究，保證了電流變送器在極限情況下的可靠性。

3.1.2 無線數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計(jì)

無線數(shù)據(jù)采集終端(EDAT)是在電力行業(yè)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)多年的技術(shù)積累的基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)電能量實(shí)時數(shù)據(jù)自動采集、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸而精心設(shè)計(jì)的專用產(chǎn)品。該終端具有采集精度高、可靠性好、功能強(qiáng)大、擴(kuò)展方便、性價比高等特點(diǎn)。無線數(shù)據(jù)采集終端采用交直流自動切換工業(yè)級開關(guān)電源，單相供電，配有一路直流輸入。無線數(shù)據(jù)采集終端采用符合IEC國際標(biāo)準(zhǔn)的電能量數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約，支持IEC 870－5－102，也可支持用戶提供的其他規(guī)約。通訊通道選擇為RS485 Modem和GPRS Ethernet，配有一路數(shù)字開關(guān)量輸入/輸出，兩路輸入，整機(jī)功耗小于2 W，數(shù)據(jù)保存可達(dá)20年。

3.1.3 無線防竊電系統(tǒng)主臺軟件設(shè)計(jì)

無線防竊電系統(tǒng)主臺軟件采用Java語言進(jìn)行開發(fā)，利用Java語言的跨平臺特性，屏蔽了硬件和操作系統(tǒng)的差異，使系統(tǒng)具備硬件和操作系統(tǒng)無關(guān)性。無線防竊電系統(tǒng)主臺軟件支持多數(shù)據(jù)庫，包括SQL Server、Oracle、Sybase、DB2 等，支持多操作系統(tǒng)，WIindows 2000、Unix、Linux。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用雙機(jī)熱備和集群，并采用多前置機(jī)的并發(fā)采集方式，保證系統(tǒng)全年365 d，每天24 h都能提供連續(xù)服務(wù)。安全訪問機(jī)制確保了安全用戶只能訪問授予它權(quán)限的安全對象，主站可設(shè)置不同角色的操作權(quán)限，保證系統(tǒng)的安全性，防止非法設(shè)置參數(shù)，修改原始數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)模型。對重要信息，如換表、修改數(shù)據(jù)的操作，系統(tǒng)能將操作內(nèi)容、時間、結(jié)果及操作人員姓名登錄，保存檔案，供查閱或打印。無線防竊電系統(tǒng)采用JavaRMI分布式技術(shù)，將企業(yè)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和程序分布在網(wǎng)絡(luò)的不同計(jì)算機(jī)上，而這些計(jì)算機(jī)的分布不局限于在機(jī)房，可以是網(wǎng)絡(luò)到達(dá)的任何地方。

圖2 系統(tǒng)部分電路圖

圖3 電流采集調(diào)理電路圖

3.2 防竊電功能設(shè)計(jì)

目前常見的竊電方式主要有通過改變電流竊電、改變電壓竊電、改變電能表使其計(jì)量失準(zhǔn)等方式進(jìn)行竊電。無線防竊電系統(tǒng)針對以上幾種常見的竊電方式進(jìn)行針對性的分析研究，制定詳細(xì)的分析方法和查處報警措施。無線防竊電系統(tǒng)通過采集計(jì)量裝置高壓側(cè)一次電流值與電能表計(jì)量用二次電流值進(jìn)行比對，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的門限值判定電能表計(jì)量二次電流是否存在分流、失流情況，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)超限情況即刻進(jìn)行報警，有效防止通過改變電流方式的竊電行為。無線防竊電系統(tǒng)通過采集電能表計(jì)量回路電壓值，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的門限值判定電能表電壓回路是否存在欠壓和失壓的情況，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)超限情況即刻進(jìn)行報警，有效防止通過改變電壓方式的竊電行為。無線防竊電系統(tǒng)通過采集一次電流值與電能表電壓值同步計(jì)算實(shí)負(fù)荷功率值與電能表計(jì)量功率值比對，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的門限值判定電能表計(jì)量功能是否正確，有效防止通過使電能表失準(zhǔn)方式的竊電行為。

4 應(yīng)用情況

4.1 無線防竊電裝置裝用前試驗(yàn)

為了保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，對無線電流變送器進(jìn)行了裝用前試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目包括絕緣性能試驗(yàn)、無線通訊抗干擾性試驗(yàn)、測量結(jié)果校準(zhǔn)試驗(yàn)等，對無線數(shù)據(jù)采集終端按規(guī)程要求進(jìn)行了全面檢定。無線電流變送器由于采集全密封整體式澆注，選用澆注前設(shè)備進(jìn)行了絕緣性能試驗(yàn)，無線電流變送器一次設(shè)備對外殼絕緣電阻測試值大于5 MΩ，滿足規(guī)程技術(shù)要求。對無線電流變送器增加無線通訊干擾，測量結(jié)果均能正常傳遞。無線電流變送器測量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了校準(zhǔn)比對，測量結(jié)果均在±0.5%誤差范圍內(nèi)。無線數(shù)據(jù)采集終端按規(guī)程項(xiàng)目要求均合格。

4.2 無線防竊電裝置安裝與調(diào)試

圖4 無線電流變送器電源電路圖

表1 無線防竊電裝置采集數(shù)據(jù)

無線防竊電裝置現(xiàn)場設(shè)備主要有無線電流變送器和無線數(shù)據(jù)采集終端。無線電流變送器采用穿心式電流互感器設(shè)計(jì)，直接安裝于計(jì)量裝置進(jìn)線側(cè)，使用自帶內(nèi)支架進(jìn)行固定，無二次引出線，現(xiàn)場安裝簡便，安裝后無任何安全隱患。無線數(shù)據(jù)采集終端安裝于表箱內(nèi)，通過RS485通訊線與計(jì)量電能表相連接，采用并接計(jì)量電壓回路對設(shè)備進(jìn)行供能，主要負(fù)責(zé)采集無線電流變送器、計(jì)量電能表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程上傳等。

現(xiàn)場調(diào)試內(nèi)容包括無線數(shù)據(jù)采集終端通訊參數(shù)設(shè)置、電能表參數(shù)設(shè)置、無線電流變送器參數(shù)設(shè)置等內(nèi)容?，F(xiàn)場參數(shù)設(shè)置完成后，通過對無線電流變送器的數(shù)據(jù)采集與電能表計(jì)量電流進(jìn)行比對正確后，現(xiàn)場調(diào)試工作即可完成。

4.3 無線防竊電裝置現(xiàn)場運(yùn)行情況

目前，無線防竊電系統(tǒng)已成功應(yīng)用于四川省電力公司眉山公司和內(nèi)江電業(yè)局，系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)運(yùn)行正常，監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，未出現(xiàn)故障與異常情況。表1為內(nèi)江電業(yè)局某客戶10 kV高壓計(jì)量裝置現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)情況。

4.4 存在的問題

根據(jù)目前無線防竊電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況分析，該系統(tǒng)主要存在以下兩方面的問題:一是無線電流變送器在負(fù)荷電流值小于額定電流值的10%后，無線電流變送器無法供能，導(dǎo)致低電流值時無法監(jiān)控計(jì)量裝置運(yùn)行狀態(tài)。二是該系統(tǒng)未單獨(dú)采集電壓回路電壓，采用電能表電壓值進(jìn)行電能量計(jì)算，雖然對終端采集的電壓值設(shè)定了預(yù)警值，但若改變電壓回路電壓值但未超過采集終端電壓預(yù)警值進(jìn)行竊電，將不能進(jìn)行正常判斷。

5 結(jié)束語

無線防竊電系統(tǒng)整合無線通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)時防竊電監(jiān)控，功能全面的防竊電主臺軟件能夠?qū)F(xiàn)場采集的各種預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地提供給供電部門，大大減輕防竊電任務(wù)的工作負(fù)擔(dān)。作為一種新的系統(tǒng)集成，該項(xiàng)目在技術(shù)的先進(jìn)性與可靠性上目前處于國內(nèi)行業(yè)先進(jìn)水平。下一步將利用現(xiàn)有平臺，拓展功能，增加主臺軟件事件監(jiān)測項(xiàng)目，增強(qiáng)無線數(shù)據(jù)終端在線測量分析，使其成為以防竊電監(jiān)測為主，多種數(shù)據(jù)測量為輔的多功能監(jiān)測平臺。

［1］林峰浩，李金喜.基于高壓電能表的配電網(wǎng)防竊電系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.水電能源科學(xué)，2008，26(6):186 －188.