陳焱彬 黃 騰 牛繼偉 李騰騰 劉凱侖

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 430223）

竊電是影響線損的重要因素，不法分子的手段也變得隱蔽化與智能化[1]。本研究的重點(diǎn)在于利用大量的臺(tái)區(qū)用電數(shù)據(jù)，通過(guò)多組數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，提取線損異常數(shù)據(jù)并分析可能存在竊電行為的概率。臺(tái)區(qū)線損率是反竊電工作的重要依據(jù)，也是低壓配電臺(tái)區(qū)線損管控的重要指標(biāo)[2-3]。南網(wǎng)供電公司大力開(kāi)展基于線損的反竊電研究，文獻(xiàn)[1]基于高速電力載波通信技術(shù)和用電信息采集系統(tǒng)，辨別線損指標(biāo)超差的臺(tái)區(qū)，并針對(duì)線損超標(biāo)的臺(tái)區(qū)進(jìn)行計(jì)量裝置檢測(cè)，從而發(fā)現(xiàn)竊電行為。文獻(xiàn)[2]基于現(xiàn)場(chǎng)排查低壓用戶(hù)竊電的分析與治理過(guò)程，套路臺(tái)區(qū)降損的治理。文獻(xiàn)[3]針對(duì)竊電的主要方法進(jìn)行介紹，并通過(guò)對(duì)比采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)，劃定竊電發(fā)生范圍。由此可見(jiàn)，臺(tái)區(qū)線損率與竊電行為有密切的聯(lián)系，采用傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析方法難以分辨大量數(shù)據(jù)之間的隱形關(guān)系。本文旨在使用FP-Growth算法對(duì)臺(tái)區(qū)線損數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并利用FP-Growth算法對(duì)竊電數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析。通過(guò)挖掘，分析對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)規(guī)則。最后，針對(duì)竊電挖掘結(jié)果進(jìn)行分析。

1 線損竊電故障分類(lèi)模型建立

目前，供電公司線損一直居高不下，線損的原因包括在供電系統(tǒng)中各電器元件引起的損耗，以及竊電行為猖獗。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，每年因竊電造成的損失高達(dá)200億元[2]。因此，本文以竊電為例進(jìn)行研究，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)線損異常臺(tái)區(qū)、用電異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取故障特征，針對(duì)竊電行為進(jìn)行建模，具體內(nèi)容如下。

1.1 竊電相關(guān)異常事件分析

排查線損高臺(tái)區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)稽查通過(guò)打開(kāi)表蓋，用戶(hù)私自采用控制微型繼電器閉合短接表內(nèi)線路，達(dá)到控制用電時(shí)間進(jìn)行竊電的目的。現(xiàn)場(chǎng)檢查拆開(kāi)表計(jì)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)表計(jì)內(nèi)部三相電加裝電子設(shè)備、用銅絲相連，證實(shí)竊電情況。此類(lèi)異?？赏ㄟ^(guò)上報(bào)的開(kāi)蓋記錄異常事件進(jìn)行排查。開(kāi)蓋記錄異常事件模型：讀取電能表開(kāi)蓋事件記錄，并判斷電能表開(kāi)蓋時(shí)間與電能表安裝時(shí)間閾值，電能表開(kāi)蓋時(shí)間或開(kāi)表箱時(shí)間大于電能表安裝時(shí)間即為異常事件記錄。

1.2 用戶(hù)表零火線不一致

現(xiàn)場(chǎng)稽查用戶(hù)計(jì)量情況，發(fā)現(xiàn)用戶(hù)私自接線，繞越電能表直接接入家中。通過(guò)鉗形電流表測(cè)量，該私接線電流約6.79A，確認(rèn)該戶(hù)竊電。針對(duì)此類(lèi)竊電行為建立竊電模型：目前，國(guó)網(wǎng)招標(biāo)的電能表均為火線計(jì)量，即電流必須經(jīng)過(guò)1、2端子才能正常計(jì)量。正常情況下，非共零線接線的單相表用戶(hù)，火線電流等于零線電流。用采系統(tǒng)獲取HPLC電表采集的零火線電流96點(diǎn)數(shù)據(jù)，將96點(diǎn)數(shù)據(jù)累計(jì)并比對(duì)，若火線電流與零線電流不相等（二者差異達(dá)到0.1A以上），則判斷存在竊電嫌疑。

1.3 用戶(hù)表失壓

案例一臺(tái)區(qū)線損突然升至10%～15%，據(jù)排查，發(fā)現(xiàn)用戶(hù)失自松動(dòng)A、B相電壓線，導(dǎo)致表計(jì)失壓；斷開(kāi)電壓連接片，使電壓采樣電路失壓導(dǎo)致該相不走字表計(jì)從而進(jìn)行竊電。電能表失壓模型：電能表電壓小于（額定電壓×80%）且持續(xù)時(shí)間大于12h。

1.4 電流失流

某臺(tái)區(qū)線損波動(dòng)大，系統(tǒng)告警用戶(hù)失流。現(xiàn)場(chǎng)排查接線無(wú)異常，用鉗形電流表測(cè)量二次回路中的接線端子盒，發(fā)現(xiàn)A相電流線回路為斷路狀態(tài)。拆開(kāi)接線端子盒發(fā)現(xiàn)，表計(jì)內(nèi)部加有絕緣體，導(dǎo)致A相不計(jì)電量，達(dá)到竊電目的。經(jīng)排查臺(tái)區(qū)線損仍未降至合理范圍，排查可疑用戶(hù)，系統(tǒng)報(bào)某用戶(hù)電能表失流，到現(xiàn)場(chǎng)排查打開(kāi)計(jì)量箱檢查發(fā)現(xiàn)接線無(wú)異常，但箱內(nèi)布線凌亂，排查接線發(fā)現(xiàn)A、C兩相電流線緊緊貼在一起，將其2根線撥開(kāi)后，一細(xì)小的鉛錫塊掉了下來(lái)。該鉛錫塊為焊錫在A、C兩相電流線之間的連接物 （導(dǎo)體），使A、C兩相電流線短接，以達(dá)到少計(jì)電量的目的。表計(jì)失流模型：通過(guò)HPLC模塊采集智能電能表電壓、電流數(shù)據(jù)，連續(xù)監(jiān)測(cè)96個(gè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)電能表某一相電流低于額定電流的5%，即可判斷為失流。

1.5 用戶(hù)表錯(cuò)接線竊電

某臺(tái)區(qū)某段時(shí)間日用電量波動(dòng)巨大，且穿透用戶(hù)電能表發(fā)現(xiàn)用戶(hù)在線損異常的周期內(nèi)存在停電記錄，臺(tái)區(qū)日線損率波動(dòng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)與日用電量波動(dòng)現(xiàn)象相吻合，因此，針對(duì)該用戶(hù)進(jìn)行竊電排查。經(jīng)分析該用戶(hù)在停電維修時(shí)通過(guò)私自調(diào)換AC相電壓接線方式的方法進(jìn)行竊電。通過(guò)對(duì)調(diào)A、C相電壓接線的竊電方式可用下列公式說(shuō)明。

假設(shè)該用戶(hù)的三相負(fù)載平衡，令三相電壓、電流的有效值分別為U、I，各相的功率因數(shù)角為φ，那么正確接線方式下，三相四線電能表的有功功率如公式（1）所示。

對(duì)調(diào)A相、C相的電壓接線，則三相四線電能表的有功功率如公式（2）所示。

由公式（2）可知，當(dāng)三相負(fù)載平衡且負(fù)荷為感性時(shí)，通過(guò)調(diào)換A相、C相的電壓接線會(huì)導(dǎo)致電能表反向計(jì)量有功，從而使用戶(hù)用電量少計(jì)。

根據(jù)以上異常情況，歸納故障模型為抄讀反向電量以及反向電量事件；在排查現(xiàn)場(chǎng)用相位伏安表進(jìn)行接線分析后排查。

1.6 電能表誤差超差

同期線損監(jiān)測(cè)10kV線路日線損率異常，根據(jù)用采數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，該線路在某一時(shí)間段的線損率較高，分析該條線路高損出現(xiàn)的時(shí)段，進(jìn)一步縮小排查范圍，并排查對(duì)象?，F(xiàn)場(chǎng)排查采用鉗形電流表及計(jì)量故障識(shí)別模塊測(cè)量電表電流、電壓以及誤差等各項(xiàng)數(shù)值，與電表顯示的讀數(shù)進(jìn)行比對(duì)，誤差較大，進(jìn)一步對(duì)可疑電能表進(jìn)行開(kāi)蓋檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)電表內(nèi)部非法加裝了遙控裝置。通過(guò)遙控器，隨時(shí)調(diào)節(jié)電表的電流值，從而達(dá)到少計(jì)電量的目的。電能表誤差超差模型：電能表誤差＞20%。

1.7 電能表停走

現(xiàn)場(chǎng)排查某階段線損高臺(tái)區(qū)，排查可疑用戶(hù)，排查線路電壓、電流，并抄讀表計(jì)上三日凍結(jié)數(shù)據(jù)與當(dāng)前數(shù)據(jù)比對(duì)，發(fā)現(xiàn)表計(jì)停走。經(jīng)排查分析利用高電壓放電裝置，對(duì)電子式電能表進(jìn)行高電壓放電，使其黑屏（死機(jī)）無(wú)法正常計(jì)量。該高電壓放電裝置體積較小，通過(guò)前端放電探頭，深入至表箱針對(duì)電能表顯示窗口或者縫隙處進(jìn)行放電，使智能電能表黑屏，從而無(wú)法正常計(jì)量，一段時(shí)間后進(jìn)行掉電恢復(fù)，或者用別的裝置將電能表激活，恢復(fù)正常，達(dá)到竊電目的。電能表停走模型：連續(xù)抄讀電能表上7日電量，例如本日零點(diǎn)表碼-上日零點(diǎn)表碼為0，則判斷為電能表停走。

1.8 潮流反向

采集系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某高供高計(jì)用戶(hù)存在很大反向電量，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)電能表顯示-Ia、-Ic，現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀測(cè)試后發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在進(jìn)出線反接的情況，電能表不能正確計(jì)量，疑似竊電。潮流反向模型如下：非發(fā)電用戶(hù)電能表反向有功總示值＞0，且每日反向有功總示值＞1kWh。

1.9 互感器倍率錯(cuò)誤

某線路持續(xù)高損，稽查發(fā)現(xiàn)，該戶(hù)用電量長(zhǎng)期與變壓器容量明顯不符?，F(xiàn)場(chǎng)異?，F(xiàn)象有以下2種。1）變壓器體積＞250kVA（合同容量）變壓器的體積。2）銘牌4個(gè)角的釘柱有撬動(dòng)痕跡。后續(xù)檢測(cè)容量，發(fā)現(xiàn)用戶(hù)私自更換大容量變壓器，按私增容違約用電處理?；ジ衅鞅堵叔e(cuò)誤模型：系統(tǒng)中設(shè)置的CT變比小于現(xiàn)場(chǎng)排查發(fā)現(xiàn)的CT變比。

1.10 電能表表碼倒走

將強(qiáng)磁鐵放置在電能表對(duì)應(yīng)的位置上，對(duì)電能表進(jìn)行強(qiáng)磁干擾，或者對(duì)電能表注入諧波，使其工作混亂，無(wú)法正常計(jì)量?，F(xiàn)象如下：電能表電量比上一日電量少。電能表倒走模型：電能表后一時(shí)間點(diǎn)的任一計(jì)度器示度小于電能表前一時(shí)間點(diǎn)該計(jì)度器的示度。

2 自適應(yīng)FP_Growth 算法

Apriori算法需要不斷掃描數(shù)據(jù)集，梳理關(guān)聯(lián)規(guī)則，效率較低，占用系統(tǒng)內(nèi)存較大。FP-Growth算法在Apriori基礎(chǔ)上通過(guò)掃描及針對(duì)數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)處理，構(gòu)建FP樹(shù)，查找對(duì)應(yīng)的條件模式基以及構(gòu)建條件數(shù)來(lái)挖掘關(guān)聯(lián)關(guān)系，確認(rèn)頻繁項(xiàng)集。

FP-Growth算法基本算法思路如下。1）首先，將數(shù)據(jù)集進(jìn)行掃描，梳理各頻繁項(xiàng)集，然后根據(jù)定義的最小支持度，剔除不滿足要求的項(xiàng)集。其次，將原始數(shù)據(jù)集根據(jù)頻繁度進(jìn)行降序排列。2）針對(duì)排序后的項(xiàng)集，再次進(jìn)行掃描，先創(chuàng)建項(xiàng)頭，然后按從上往下的順序構(gòu)造FP樹(shù)。3）根據(jù)創(chuàng)建的FP樹(shù)按照從下往上的順序，尋找條件模式基，根據(jù)定義的最小支持度，剔除不滿足要求的項(xiàng)集，遞歸調(diào)用至單一路徑結(jié)構(gòu)，將生產(chǎn)組合排列則生成相關(guān)關(guān)聯(lián)規(guī)則。

3 線損竊電數(shù)據(jù)預(yù)處理

3.1 竊電相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘

本文選取臺(tái)區(qū)線損現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維數(shù)據(jù)3843條，根據(jù)線損竊電故障分類(lèi)模型，建立竊電故障信息庫(kù)，通過(guò)篩選數(shù)據(jù)，剔除明顯異常數(shù)據(jù)以及空值，篩選249條與竊電異常相關(guān)，其余數(shù)據(jù)為不確定是否與竊電相關(guān)數(shù)據(jù)。基于該線損竊電故障分類(lèi)模型，選取與竊電相關(guān)的故障類(lèi)型與事件編碼見(jiàn)表1。

表1 竊電相關(guān)的故障類(lèi)型事件編碼

3.2 構(gòu)建竊電導(dǎo)致線損的FP-Growth樹(shù)

FP-tree是一種用于壓縮表示輸入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它通過(guò)逐個(gè)讀入事務(wù)，并將事務(wù)映射到FP-tree中的一個(gè)路徑來(lái)進(jìn)行構(gòu)建。當(dāng)不同的事務(wù)擁有共同的項(xiàng)時(shí)，它們的路徑可能會(huì)部分重疊。當(dāng)路徑之間的重疊越多時(shí)，使用FP樹(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮的效果就越好。要構(gòu)建FP-tree，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行兩次掃描。

根據(jù)表1竊電相關(guān)的故障類(lèi)型事件編碼，結(jié)合臺(tái)區(qū)竊電相關(guān)事件數(shù)據(jù)，獲得臺(tái)區(qū)竊電相關(guān)數(shù)據(jù)集，見(jiàn)表2。

表2 臺(tái)區(qū)竊電相關(guān)數(shù)據(jù)集

構(gòu)建FP-tree第一遍須對(duì)對(duì)所有元素項(xiàng)的出現(xiàn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，見(jiàn)下述集合：{ A1：4； A2：5； A3：3； A4：3； A5：3；A6：1； A7：1； A8：2； A9：2； A10：1}

設(shè)置最小支持度為3，丟棄支持度小于閾值的非頻繁項(xiàng)，得到頻繁項(xiàng)集。根據(jù)設(shè)置的支持度，針對(duì)頻繁項(xiàng)集進(jìn)行遞減排序，見(jiàn)表3。

表3 臺(tái)區(qū)線損竊電頻繁項(xiàng)集

然后將原項(xiàng)集中大于最小支持度的項(xiàng)按降序排列，見(jiàn)表4。

表4 降序排列后的數(shù)據(jù)集

再次讀取原始數(shù)據(jù)集中的每個(gè)事務(wù)，并按照次序?qū)⑹聞?wù)中的項(xiàng)插入FP樹(shù)中。如果樹(shù)的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)已經(jīng)包括待插入的項(xiàng)，那么增加該節(jié)點(diǎn)的計(jì)數(shù)值；否則，創(chuàng)建一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)，并將其添加到樹(shù)中。這樣，通過(guò)兩次掃描，就可以構(gòu)建一個(gè)包括所有事務(wù)的FP樹(shù)。根據(jù)表4的臺(tái)區(qū)線損竊電數(shù)據(jù)集構(gòu)建FP-tree（如圖1所示）。

圖1 臺(tái)區(qū)線損竊電數(shù)據(jù)FP-tree

根據(jù)FP-tree對(duì)每個(gè)元素項(xiàng)獲取其對(duì)應(yīng)的條件模式基。條件模式基是以所查找元素項(xiàng)為結(jié)尾的路徑集合。每條路徑其實(shí)都是1條前綴路徑。按照從下往上的順序得到條件模式基，見(jiàn)表5。

表5 條件模式基表

根據(jù)條件模式基挖掘頻繁項(xiàng)集，產(chǎn)生的頻繁項(xiàng)集如下。

{A2，A1：4}

{A2，A5：3}

{A2，A4：3}{A1，A4：3}{A2，A1，A4：3}

{A2，A3：3}

根據(jù)以上FP-tree產(chǎn)生的頻繁項(xiàng)集以及對(duì)應(yīng)的頻繁項(xiàng)集計(jì)算支持度和置信度，細(xì)化強(qiáng)關(guān)聯(lián)結(jié)果。設(shè)定最小支持度為30%，最小置信度為60%，生成的規(guī)則見(jiàn)表6。

表6 竊電故障診斷顯著關(guān)聯(lián)規(guī)則模式分析

由產(chǎn)生的頻繁項(xiàng)集可知，規(guī)則1出現(xiàn)電能表開(kāi)蓋記錄或者開(kāi)表箱記錄以及電能表零火線電流不一致支持度為40%，置信度為80%，表明出現(xiàn)以上2項(xiàng)事件與臺(tái)區(qū)線損竊電情況關(guān)聯(lián)度高。規(guī)則2出現(xiàn)電能表開(kāi)蓋記錄或者開(kāi)表箱記錄，互感器倍率錯(cuò)誤的支持度為30%，置信度為60%，說(shuō)明以上情況與臺(tái)區(qū)線損竊電事件關(guān)聯(lián)度較高。規(guī)則3出現(xiàn)電能表開(kāi)蓋記錄或者開(kāi)表蓋記錄、電能表零火線電流不一致、失壓支持度為30%，置信度為60%；表明以上事件同時(shí)出現(xiàn)竊電的概率較高。規(guī)則4電能表開(kāi)蓋記錄或者開(kāi)表箱記錄和潮流反向事件，支持度為30%，置信度為100%，表明出現(xiàn)電能表開(kāi)蓋記錄和潮流反向事件時(shí)與出現(xiàn)臺(tái)區(qū)竊電的情況強(qiáng)相關(guān)。由此可知，臺(tái)區(qū)線損竊電中可能存在各種復(fù)雜的工況，經(jīng)FPGrowth分析可知，如果遇到電能表開(kāi)蓋記錄或開(kāi)表箱記錄、電能表零火線不一致、失壓等情況，就需要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障排查，分析是否存在竊電的情況。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)臺(tái)區(qū)線損治理過(guò)程中竊電方式升級(jí)、竊電時(shí)段較靈活等因素導(dǎo)致難以排查的問(wèn)題，利用現(xiàn)場(chǎng)線損治理過(guò)程中和竊電相關(guān)的異常用電數(shù)據(jù)提取線損竊電故障分類(lèi)模型，通過(guò)模型針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，甄別竊電相關(guān)的故障類(lèi)型，選擇FP-group算法，分析對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)規(guī)則，如果對(duì)應(yīng)系統(tǒng)檢測(cè)到此類(lèi)關(guān)聯(lián)事件，則發(fā)出工單，至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行排查。