三相三元件有功电能表防窃电技术

收稿日期 : 2002- 08- 14 基金项目 : 重庆市 科委资助项目 ( 2000- 6470) 作者简介 : 孙洪波 ( 1972- ) , 男 , 湖北蕲春人 , 重庆大学硕士研究 生 , 主要从事防窃电技术研究。
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重 庆
大
学
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2002 年
更属于明目张胆的窃电。 针对三相三元件有功电能表 的窃电手段, 不外乎以下 5 类方式: 1) 电压法窃电。 改变电压回路接线造成电压回路 故障 , 引起电压幅值异常。 如欠压和失压。 2) 电流法窃电。 改变电流回路接线造成电流回路 故障 , 引起电流幅值异常。 如 CT 回路开路或短路等等。 3) 移相法窃电。 改变电能表正常接线 , 或利用其 它方式改变了电能表中电流、 电压间正常相位关系。 如 错相和反相。 4) 扩差法窃电。 通过私拆电表, 改变电表内部机 械结构性能; 用外力损坏电表 ; 改变电表安装条件等手 段来扩大电表计量误差。 如使电压小钩脱钩、 损坏电表 转盘。 5) 分流法窃电。 采用表前分流方式窃电。
见的是从电能计量的基本原理入手。 一个电能表计量 电量的多少, 取决于电压、 电流、 功率因数三要素和时 间的乘积, 因此 , 只要改变三要素中任何一个, 即可造 成电能表慢转、 停转甚至反转 , 从而达到窃电目的。 另 外, 通过改变电表本身机械或电子性能的办法 , 也可达 到窃电的目的。 至于各种私拉乱接、 无表用电的行为,
电能计量装置作为电力部门对用电量统计和收费 的依据 , 其准确性和可靠性就显得十分重要。但由于 现有的防窃电装置及电能计量装置本 身的缺点和不 足, 用电管理体制的不完善, 给一些电力用户造成可乘 之机。他们采用各种手段大肆窃电, 给国家和电力部 门造成重大经济损失。 研究新的防窃电技术 , 开发出有效的防窃电产品 具有重要的现实意义。笔者通过对三相三元件有功电 能表防窃电技术的探讨, 提出三相四线制情况下, 电流 回路经电流互感器 ( CT ) 接入, 电压 回路直接接入时, 如何将防窃电技术融入三相三元件有功电能表中, 实 现全方位防窃电。 其中 ,
图2
CT 开路 、 短路检测原理示意
图3
电能表检测表前分流原理示意图
第 25 卷第 12 期
孙洪波 等 :
三相三元件有功电能表防窃 电技术
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一窃电方式而专门安装的 CT, 它安装在变压器低压侧 母线出口或电能计量柜低压母线入口。 它能有效防止 用户在表前 CT 和计量 CT 之间的非法用电行为。 如果 用户需要保护线路的距离较远 , 即两组 CT 间距离超过 5 m 以上时, 需要采用其它变流设备来保证表前 CT 输 出电流的准确可靠, 这会增加防窃电成本。 用户可依据 实际情况选用此种功能。 另外 , 表前分流也可用电量对 比的方法间接检测出来 。 3. 3 相位幅值异常检测 现在, 市场上许多防窃电产品能有效地检测出部 分因接线异常造成的异常用电。 但因能检测到的窃电 手段较少 , 功能单一 , 难以满足电力部门实际需要 。 由于针对三相三元件有功电能表的窃电手段有多 达上千种 , 各种窃电手段造成的故障现象又并不完全 一致, 要判别出每一种窃电方式有相当大的难度 取了一种新的故障判据如图 4 所示。
摘
1 1 2
( 1 重庆大学 电气工程 学院高电压与电工新技术教育部重点实验室 , 重庆 400044; 2. 贵州省安顺市供电局 , 贵州 安顺 500056)
要: 当前我国电力计量方式有多种 , 其中存在一些防窃电方面的漏洞。 对大中电力用户的计量,
由于采用了电流互感器变流, 造成防止用户采用电流法窃电尤其困难 , 目前市场上尚没有有效产品和成 熟技术能检测这一窃电方式。 以三相三元件有功电能表为例, 根据其计量方式的特点 , 在分析解决电流 法窃电基础上 , 剖析其它窃电手段 , 总结出新的防窃电技术。 依此技术开发出三相四线制防窃电装置能 及时准确地发现各类窃电行为 , 尤其能灵敏准确地检测电流法窃电。 该种装置在电力系统的实际应用中 取得了良好效果。 关键词: 表前分流; 防窃电 ; 开路; 短路; 缺相 中图分类号: TM933 文献标识码: A
感器公共端 G 与 60 kHz 方波信号回路 G0 端接在一起, X、 Y、 Z 分别为 A、 B、 C 三相 CT 方波信号幅值测试点, Z a , Z b , Z c 表示 CT 二次回路负载阻抗。 回路正常工作 时, 从 X 、 Y、 Z 点上测试出来的方波幅值在正常允许 范围之内 , 装置不会判断为开、 短路故障。 当 CT 二次侧回路的任意相出现开路或接触不良 时, 因检测回路电气参数发生变化 , 改变了检测回路原 有谐振工作状态, 从 X 、 Y、 Z 点上测试出来的方波幅 值较原先正常值大 1 V 以上 , 装置判断为 CT 开路, 并 启动故障记录, 计算损失电量。 当 CT 二次侧回路的任意相出现短路时, 因检测回 路电气参数发生变化 , 改变了检测回路原有谐振工作 状态, 从 X 、 Y、 Z 点上测试出来的方波幅值仅为 0. 5 V 以下 , 装置判断为 CT 短路 , 并启动故障记录, 计算损失 电量。 实现 CT 开路、 短路检测只需要在电能表内加装 CT 开短路检测模块即可。 该模块体积小 , 对原电能表 计量功能无任何影响 , 采用此模块后, 可有效防止电流 法窃电 , 同时, 可以为检测分流法、 移相法窃电奠定良
2002 年 12 月 第 25 卷第 12 期
重 庆 大 学 学 报 Journal of Chongqing University
Dec. 2002 Vol. 25 No. 12
文章编号: 1000- 582X( 2002) 12- 0087- 04
三相三元件有功电能表防窃电技术
孙洪波, 唐治德, 李冀望
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常见窃电手段
窃电的手段虽然五花八门 , 但万变不离其宗, 最常
相四线制低压交流电路通常采用三相三元件有功电能 表计量有功电能。不同的计量方式有多种不同的接线 方式 , 其中 , 较典型的有电流回路直接接入式和电流回 路经 CT 接入式两种 , 它们分别适用于不同负荷情况。 现以经 CT 接入的电能计量方式为例 , 其正常接线和 正常情况下的电流、 电压向量图如图 1 所示。
。
在充分考虑各种故障现象 , 综合多种判据方案后, 现选
图4
向量法判据流程图
机上的监控软件显示防窃电监测仪工作状态, 以达到 实时监控的目的。 此外 , 采用基于 GSM 无线移动短消 息( SMS) 方式组成电能计量装置故障实时监测网络系 统也是可行方案 , 利用具有广泛发展前途的 GSM 系统 进行数据通信, 将电能计量装置的运行情况准确、 及 时、 快捷地上传到电力监控中心。 为电力部门打击窃 电、 防止窃电开辟了一条简单易行、 技术成熟、 成本低 的网络技术。
a
图1
正常情况下电能表接线图及向量图
这种接线方式下 , 电能计量公式为: W = [ Ua Ia Uc cos( Ic
a
) + Ub
c
Ib T
cos(
b
)+
cos(
)]
、 b 、 c 分别为 A、 B、 C 三相功率因数角。
1
三相三元件有功电能表电能计量方式简介
三相三元件有功电能表由 3 个单相元件组成。三
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防窃电方案
针对上述 5 类窃电手段, 可以采用下述防窃电方
案予以检测。 3. 1 电流法窃电检测 电流法窃电检测是防窃电技术的一个难点 。 三 相四线制经 CT 接入式计量方式下 , CT 经常被人为开 路或短路二次侧 , 造成电能计量损失, 这种窃电方式接 线简单, 且易于快速恢复, 是一种常见的窃电手段。 另 外, 当计量 CT 自身故障情况下 ( 如内部开路 ) , 由于其 外观正常 , 用电管理人员难以察觉 , 同时也会使电能表 少计电能 , 造成不应有的损失。 甚至, 不法用户还通过 在电能表内安装遥控装置, 短接表内电流回路方式进 行窃电。 目前, 不管是电能表本身还是其它检测装置, 都无法直接检测出该种窃电方式。 在经过多次理论分析和实验验证基础上, 现提出一 种 CT 开路、 短路检测技术。 该技术可准确地判断出 CT 开 短路故障。 原理框图如图 2 所示。 检测模块的 60 kHz 方波 信号输出端串接电容后接到电流互感器 K1 端 , 电流互
相位幅值异常, 常伴随窃电情况的发生。 正常用电 情况下, 不会长时间出现异常的相位幅值。 利用向量分 析方法, 分析向量图中电流、 电压、 相角之间的相互关 系 , 不难发现窃电判据。 这个判据经实际应用后, 经过现场验证, 它能准确 地判别出各种窃电手段或异常用电现象。 3. 4 扩差法检测 针对用户非法开启电能表表盖 , 改变电能表机械
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性能或电子性能的扩差法窃电行为 , 可采用多种方法 应对。 采用防撬铅封、 加贴封条是可有效防止非法开启 电能表表盖的手段。 另外 , 在用户非法开启电能表表盖 之后 , 对其开盖行为作出具体时间记录 , 以供用电管理 人员参考 , 一旦有异常开启表盖行为发生, 用电管理人 员即可从防窃电装置的故障记录中得到信息。 立即检 查计量装置接线是否异常 , 电能表是否已遭机械损坏。 这一技术目前实际应用到防窃电产品中。 如果电能表已接入防窃电网络 , 则表盖被开启这 一信息也可远传至管理中心, 及时提醒管理人员。 3. 5 网络化防窃电 网络化防窃电是防窃电技术发展的一个方向, 它 具备实时性强, 操作方便, 投入成本低 , 性价比高的特 点。 有利于电力管理部门快速发现窃电行为, 最大限度 减少电能损失。 防窃电网络可以有多种方式 , 国内外已有部分相 关产品。 下面介绍两类实用的组网方式。 一类是利 用现有 网络组 网。 如电力 负荷管 理系 [ 7] 统 , 它可为防窃电技术的实施提供网络平台。 随着电 力负荷管理系统的普及和功能可扩展性的增强。 将用 户计量回路中的防窃电电能表接入电 力负荷管理系 统, 并对上位机控制软件作相应处理, 即可实现对计 量回路的在线监测。 以此组成的反窃电监测报警系统, 实现窃电信息自动报警 , 负控主站或调度中心集中监 视, 稽查部门快速捕获。 由于利用了已有的负控网络, 因此 , 此种防窃电方式具有较大的实用价值和推广意 义。 同理, 对于已有自动抄表系统的电力网 , 同样可利 用现有网络, 接入防窃电电能表, 组成自动抄表和实时 防窃电兼备的系统。 另一类是单独组成防窃电网络。 采用有线组网方 式时 , 网络由防窃电装置、 采集器、 中心集中器、 上位机 组成。 这样 , 它能通过联网方式将区内所有的防窃电监 测仪工作信息送至电力系统中心计算机。 由中心计算