移动式防窃电系统的研究与开发

移动式防窃电系统的研究与开发

康登科1马广原1罗碧华2唐欣2董建刚3

（1国网河南西平县供电公司;2国网河南省电力公司驻马店供电公司;3陕西华赢智能科技有限公司）

摘要：本项目针对高供低计用户，探讨了一种基于GPRS通信技术的防窃电实时监控系统方案。此方案的主要工作原理是：在变压器的一次侧安装一套电能计量系统，新安装的电压信号从电能表处采集，不安装高压电压互感器，仅安装无线高压电流互感器。防窃电主机计算基于一次电流和二次电压的电能，与电能表的电能脉冲比较，实时计算电能误差。在误差超过设定值时，通过GPRS，将报警信号传到稽查部门的电脑上。

关键词：防窃电、电能计量、电流互感器、实时监控

0、引言

一直以来,窃电行为屡见不鲜，窃电手段更是五花八门。某些单位尤其是私营企业,为了不交或者少交电费，采取各种窃电方法不计或者少计企业用电量，致使国家电能大量流失，造成极大的损失。随着窃电手段的多样化、窃电技术的高级化，社会上开始出现专门经营窃电的团伙或组织，甚至某些供电企业内外部勾结，窃电现象屡有发生，得不到有效遏制。窃电行为不仅扰乱了正常的供用电秩序,侵害了供电企业的利益，还阻碍了电力事业的发展,甚至造成用电隐患，对人身、财产等安全造成威胁。对于大量的高供低计用户，在高压侧加装一套高压计量装置或改为高供高计，这种方式可以有效地遏制防盗电行为，但是实际操作中需要停电，并且要全部改装，作业成本费用高昂。对于在线防窃电技术，主要基于一二次电流比较或将电流转换为视在功率比较，这种方法在功率因数变化和电流不平衡时，误报率很高。

本项目针对高供低计用户，探讨了一种基于GPRS通信技术的防窃电实时监控系统方案。在变压器的一次侧再安装一套电能计量系统，两套系统互相比对监督。新安装的电压信号从电能表处采集，不安装高压电压互感器，仅安装无线高压电流互感器。防窃电主机计算基于一次电流和二次电压的电能，与电能表的电能脉冲比较，实时计算电能误差。在误差超过设定值时，通过GPRS，将报警信号传到稽查部门的电脑上。

1、系统原理和关键技术

该系统设计原理是通过在变压器的一次侧安装一套电能计量系统，防窃电主机计算基于一次电流和二次电压的电能，并与用户电能表的电能脉冲比较，实时计算电能误差。在误差超过设定值时，通过GPRS，将报警信号传到稽查部门的电脑上。

该系统中，三相电压模块安装在变压器的低压侧与变压器低压侧的A、B、C三相连接，采集三相电压信号UA、UB、UC,采集到的数字电压信号通过超低功耗MCU串口传送到同样安装在变压器低压侧的主控模块：而三个电流模块通过三个高压电流互感器CT1、CT2、CT3分别与变压器的高压侧A、B、C三相连接，并通过高压电流互感器采集高压侧的三相电流信号IA、IB、1C,采集到的数字电流信号通过433MHz无线模块传送给安装在变压器低压侧的主控模块。

该系统中的变压器低压侧三相电压信号与变压器高压侧三相电流信号之间的相位差φa、φb、φc很难准确获得，这是该系统方案的技术关键，相位差的精度将直接影响到系统的精度。该系统中，提出一种获得变压器低压侧三相电压信号与变压器高压侧三相电流信号之间的相位差φa、φb、φc的方法，能根本上解决此难题，是该系统方案的创新点。

2、系统组成及结构框图

该在线防窃电系统由现场监测装置、系统主站和GPRS无线通信网络组成。现场监测装置实现对用户现场用电状态的采集，并通过GPRS无线通信网络发送数据至系统主站。

现场监测装置是该系统的主要部分，由主控模块、三相电压采集模块、电流采集模块三部分组成，其结构框图如图1所示。图中短天线表示433MHz无线模块，长天线表示GPRS通讯模块。电流采集模块安装在变压器的高压侧，通过电流互感器采集变压器高压侧的一次电流信号，并通过433MHz无线模块将采集到的电流信号上传到主控模块，三相电压采集模块用于采集变压器低压侧的电压信号，并通过串口将采集到的电压信号上传到主控模块，主控模块用于获取电压模块和电流模块采集的电压信号及电流信号并计算电能，然后将计算得到的电能数据通过GPRS通讯模块发送到系统主站。

2.1电压采集模块

变压器低压侧220V电压经过电阻分压、信号低通滤波后可得到频率为50Hz电压信号，50Hz电压信号再通过256点锁相倍频可获得频率为1280Hz采样同步信号，采样同步信号触发16位低功耗A/D芯片，可对电阻分压后的电压信号进行每周期256点采样。

2.2电流采集模块

电流互感器采集到变压器高压侧0?400A电流经信号放大、信号低通滤波后可得到频率为50Hz电信号，频率为50Hz的电信号再通过256点锁相倍频可获得频率为1280Hz采样同步信号，采样同步信号触发16位低功耗A/D芯片，可对放大后的电流钳得到的电流信号进行每周期256点采样。

2.3主控模块

主控模块连接LCD显示模块,433MHz无线通讯模块、GPRS通讯模块、按键模块以及电源模块等。433MHz无线通讯模块完成发送采样同步信号和接收电压采集模块和电流采集模块上传的电压信号和电流信号GPRS通讯模块完成将主控模块计算的电能数据上传到系统主站。

图2主控模块结构框图

3、系统防窃电实施方法

由上述系统方案可见，该系统可以监测到多种窃电行为，同时发出报警信号，起到实时监测的目的。如果窃电者在变压器低压侧与用户电能计量器之间窃电时，该系统监测到变压器高压侧电能与用户电能计量器的变压器低压侧的电能差值超过设定值时，系统就会发出报警信号，提醒稽查人员有窃电行为发生。

若窃电者通过一定手段引发电流互感器改变或者在用户电能计量器上动手脚，该系统监测到变压器两侧的电能差值变化过大时，就会判断其为窃电行为，然后发出报警信号。

若窃电者将变压器低压侧某一相电压的断开，该系统通过监测到该相上的没有电压信号同时监测到高压电流信号时，即可断定变压器该相断开，该系统主站便发出报警信息，提醒出现发生窃电行为。

4.结论

该防窃电系统可以实时监测变压器两侧的电能，与用户电能表的电能进行比较，在差值过大或者出现异常情况时发送报警信息。稽查人员就可以在系统有报警信号时去现场勘查，而不是普查，这样可以节省下大量的运行费用和人力资源。该系统只安装电流互感器，不安装高压电压互感器，而电压信号在变压器低压侧进行采集，使该系统造价大大降低。同时，该系统还可以有效对多种窃电行为进行监督。对于计量系统本身的问题，也可及时发现，大大减少退补电量，减少矛盾。

参考文献

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