1、摘摘 要要本文介紹了一種智能反竊電裝置系統。該系統從高壓母線上獲取系統電源， 從母線直接獲取用戶真實用電信號，并以此為依據準確的判斷用戶是否竊電。系統應用微處理器，一旦用戶竊電，系統將自動記錄用戶竊電的詳細竊電信息。在以上的根底上，實現了整個系統結構的一體化方案，即將系統的電源、處理電路固化在一起安裝在高壓母線上，這種結構可以有效地防止用戶對系統進行破壞。關鍵詞關鍵詞: 反竊電反竊電 系統電源系統電源 微處理器微處理器 ABSTRACTIn this paper, a unit of intelligent system. The system bus from the high pressu

2、re system on access to power, direct access from the bus users real power signal, and as a basis for accurate judgement whether the user Fault Tolerant. Application of the microprocessor system, once the user Fault Tolerant, the system will automatically record the user Fault Tolerant Fault Tolerant

3、 detailed information. On the basis of the above, the realization of the entire system structure of the integration programme, is about the power system, the processing circuitry installed in high-pressure curing together on the bus, this structure can effectively prevent the destruction of the syst

4、em users.Key words: Anti-electricity-theft；Power System；Microprocessor目目 錄錄第一章第一章 緒緒 論論.11.1 反竊電技術研究的意義.11.2 反竊電技術研究的現狀.11.3 系統總體設計思路.41.4 主要內容概述.41.5 系統的技術要求.5第二章第二章 系系統統總體設計總體設計.62.1 系統電源設計.62.2 電源 CT 的設計.72.3 電源電路設計.92.4 數據處理系統設計.10第三章第三章 用戶竊電的判斷用戶竊電的判斷.193.1 電能表的工作原理.193.2 常見的竊電方法.203.3 母線電流信號采樣

5、.203.4 用戶竊電方法的判別.23第四章第四章 總結總結.29參考文獻參考文獻.30致致 謝謝.31第一章第一章 緒緒 論論1.1 反竊電技術研究的意義反竊電技術研究的意義長期以來，竊電問題一直困擾著供電部門，由于竊電手段層出不窮，給反竊電工作帶來很大難度，我們很有必要對竊電的方式方法進行研究，以期更好地提高反竊電技術水平，徹底堵塞竊電漏洞。電是商品。我國電力法的公布，明確了供用電雙方的權利和義務，使電力市場走上標準化、法制化的道路。用戶用電必須按照國家核準的電價和計量裝置的記錄按時交納電費。竊電是一種違法犯罪行為，禁止任何單位和個人非法侵占、使用電能。但是在現實生活中一些企業和個人受非法

6、獲利思想的驅使進行竊電以到達少繳納電費甚至不繳納電費的目的，國家和電力經營企業因此蒙受了巨大的經濟損失。竊電行為不僅損害了國家和電力經營企業的經濟利益，還危及電網正常運行，阻礙電力工業正常開展。個別用戶的私拉亂掛極易引發電網事故，使合法用戶的權益無辜受害，影響地區經濟的健康開展隨著供電部門對竊電行為的嚴肅查處，竊電用戶的竊電行為越來越隱蔽。而電力部門僅能對一些具有竊電嫌疑的電力用戶實行突擊檢查，不可能對所有用戶進行全天監察。查電者在明處，竊電者在暗處，一些用戶在電力部門檢查之前恢復正常計量，在稽查人員離開之后又開始竊電，還有的用戶的竊電行為非常隱蔽，稽查人員無法發現。所以，要同竊電行為做斗爭，

7、就迫切需要一種功能齊全的反竊電裝置。1.2 反竊電技術研究的現狀反竊電技術研究的現狀 竊電行為給國家、社會造成了巨大的危害，許多研究部門開發了各種反竊電裝置，有的已經制成產品掛網使用。針對使用不同類型電能表的電力用戶，有不同結構的反竊電裝置。以下是兩種典型的反竊電裝置 ，是專門用于大型電力用戶的高壓高供型電能表。 三相防竊電器三相防竊電器1 圖 1-1 是該裝置的原理圖。圖 1-1 三相防竊電器原理框圖經過分析，該裝置能判斷短路 CT 的竊電行為，但判斷這種竊電行為有一g個前提條件，就是在短路 CT 次級輸出的同時不短路 CT 的次級輸出。但是ghCT 的次級輸出直接暴露在低壓側，容易被用戶做

8、手腳。如果用戶在短路 CTh的同時短路 CT ，這樣 CT 和 CT 的電流都為零或者成比例減少，檢流互感ghgh器 CT 次級沒有信號輸出，裝置判斷不出竊電，不能起到記錄竊電行為的作用。2除此之外，這種反竊電裝置的自我保護功能也比較差，其判斷機構裸露在外，容易被用戶做手腳，并且整個系統的電源直接采自低壓 220V 電網，很容易被用戶切斷電源使整個裝置無法工作。 電能表電壓、電流回路實時檢測器電能表電壓、電流回路實時檢測器2 這種裝置判斷電流型竊電的根本原理是檢測電能表的電流線圈所流過的三相電流之和，當電流線圈上的三相電流之和不為零時，認為用戶存在著電流型竊電。分析這種防竊電裝置，在用戶斷路或

9、短路三相電流中的一相或兩相時，由于穿過檢測電流互感器的三相電流出現不平衡，檢測電流互感器將有信號輸出，此時系統能正常工作記錄用戶的竊電行為。但是當用戶同時全部短路三相電流，會使穿過檢測 CT 的三相電流消失或仍然會維持穿過檢測 CT 的三相電流相等，此時由于 CT 沒有信號輸出系統不能識別這種竊電手段。同樣，這種裝置的執行機構也裸露在低壓空間中，電源取自低壓 220V 電網，容易受人為破壞。綜合以上兩種反竊電裝置和其它反竊電措施，經仔細分析，現存的反43竊電裝置主要存在著以下幾方面的缺乏: 1、在檢測比較手段上存在著“自己比自己的弱點，也就是說用作比較基準的信號或者是直接是要檢測的信號，或者是

10、通過相同位置上的 CT 取過來的信號，在用戶的某些竊電方式下容易失去比較基準，不能進行正確判斷，造成功能上的缺陷。 2、檢測儀安裝在低壓側，這無疑給電力部門帶來了保護反竊電裝置的新課題，并且其電源取自低壓電網或電能表的測量 PT，容易受到人為破壞或者在用戶斷路 PT 時失去工作電源。 3、功能單一，僅能記錄用戶的總竊電次數和總竊電時間，無法記錄用戶每次竊電的具體竊電情況，包括起始時間、竊電方式、結束時間等，不能給電力部門進行處理時提供比較詳細的依據。 可見，開發具有自動進行竊電信息抄錄的反竊電裝置是十分必要的。并且，隨著電力負荷控制系統的推廣，要求有一種帶有實時總線的反竊電裝置，使電力部門能及

11、時了解用戶的用電狀態，以便做出反響。1.3 系統總體設計系統總體設計思路思路 電源 CT采樣 CT電源變換電路采樣處理AD 轉換換換電壓基準比較電路 1電能表信號采樣信號處理比較電路 2通訊局部微處理器部分高壓母線圖 1-2 是反竊電系統主機的原理結構框圖系統的工作原理可以簡述為:利用電源 CT 從高壓母線感應出電流，通過電源變換電路為系統的其余局部提供+5V 的工作電源。同時通過采樣 CT 從高壓母線上獲取用戶用電的真實電流信號，以這個信號作為基準，與從用戶電能表側取得的電能表記錄的用戶的電流信號進行比較，當從電能表側取得的信號小于從母線上取得的信號時，認為用戶正在進行電流型竊電;系統對用戶

12、是否進行電壓型竊電的判別是通過從用戶電能表側取得的電壓信號與基準電壓比較，當用戶電能表側的信號小于基準電壓時，認為用戶正在電壓型竊電。當判斷用戶有竊電時，微處理器根據系統的實時時鐘的時間記錄用戶的竊電開始時間和竊電方式，根據采樣 CT 的信號計算用戶竊電時的參考用電量，在用戶竊電結束時記錄用戶竊電的結束時間，并隨時響應手持機或負控中心發出的指令，將用戶的竊電信自、發送給手持機或負控中心。1.4 主要內容概述主要內容概述論文中的主要工作是大型電力用戶反竊電系統主機的設計。在論文中分 4局部對反竊電裝置的研制做詳細闡述: 第一章 緒論介紹了反竊電技術研究的重要性、開展現狀，提出了論文的技術路線和裝

13、置的總體結構及系統的總體概述。第二章 電源設計的主要內容是電源 CT、電源電路的設計和電源性能的測試以及微處理器局部設計，并從硬件和軟件兩方面介紹了微處理器局部的設計。第三章用戶竊電的判斷在簡述電能表工作原理，介紹常見竊電手法的根底上給出了電流型竊電和電壓型竊電的判斷方法。 第四章 總結1.5 系統的技術要求系統的技術要求(1)同時在高壓側和低壓電表側采集用戶用電的真實信號和電表記錄的用戶用電信號，二者進行比較判斷用戶是否竊電。 (2)供電電源從高壓母線獲取。只要用戶用電，母線中有電流，系統電源便可為系統供電使系統正常工作，用戶不用電，系統失去電源，此時用戶也不存在竊電情況。 (3)竊電儀使用

14、兩種數據通訊方式:一種是紅外數據傳送方式，使用這種方式進行通訊的反竊電儀為型機，安裝在沒有負控終端的配電室內;另外一種是RS485 通訊方式，采用這種通訊的反竊電儀為 II 型機，安裝在已經配備負控終端的配電室內，可以通過負控終端與負控中心進行通訊。考慮到現場使用情況，I 型機分為主機與分機兩局部，主機掛在用戶高壓側用于檢測記錄用戶的竊電情況，分機為手持式、漢字顯示，主機和分機可以通過紅外進行數據傳輸。通過地址編碼，一臺分機可以讀取多臺主機的數據，以降低單機平均本錢。II 型機的通訊局部和監測用戶用電情況的主機固化在一起，通過雙絞線與負控終端連接。 (4)一體化模塊式結構。為了防止人為破壞和確

15、保平安可靠，將主機局部用高絕緣性能的樹脂(30kV/mm)固化為一體安裝在用戶的高壓側，使用戶無法對主機做手腳。第二章第二章 系統總體設計系統總體設計2.1 系統電源設計系統電源設計系統電源要保證在母線電流變化時，能正常提供后續電路工作所需要的+5V 電源。2.1.1 電源設計整體概述電源設計整體概述系統的電源主要由兩局部組成:電源 CT 和電源變換電路。這兩局部是和后面的檢測處理電路固化在一起，安裝在高壓母線側，這樣可以提高電源的自我保護能力，使用戶難以對電源進行破壞。電路原理圖如圖 2-1 示。圖 2-1 電源電路圖系統電源設計中要解決兩個問題，一是在母線電流較低的情況下保證電源能夠提供系

16、統工作所需要的最低電壓、電流，這要求電源 CT 的變比要小、損耗要小，但是滿足了這個條件，母線電流增大時，電流互感器的次級輸出電流成比例增大，對于同樣的二次負載，功耗將增大很多，這就要求解決母線電流較大時能量的旁路和散熱等問題。2.2 電源電源 CTCT 的設計的設計 電源 CT 為母線式電流互感器，在結構上包括帶二次繞組的鐵芯及一次與二次繞組之間的絕緣。在絕緣內有為通過一次繞組(母線)的窗口通道。52.2.1 電流互感器的根本電磁關系電流互感器的根本電磁關系 電流互感器的等效電路圖如圖 2-2 示圖 2-2 電源互感器的等效電路其中 R 是初級線圈的銅阻，X 是初級線圈的漏感，將初級線圈的銅

17、阻和漏11感劃出之后，就剩下一個理想鐵芯線圈電路，但鐵芯中仍然有能量的損耗和儲放，可用等效的電阻 R 和電感 X 表示;R 是折合到初級的次級銅阻，X 是折mm22合到初級的次級漏感，Z 是折合到初級的次級負載。穩態運行時電勢平衡和磁f勢平衡方程式為:E =U +I (R +jX )=I Z + I (R +jX ) 2-1222222f222流過 X 的電流在鐵芯內產生磁通，稱此電流為勵磁電流。電流互感器在正m常運行時，其次級阻抗 Z 較小，繞組電勢很小，磁通密度較低。隨著負載阻抗f增加，感應鐵芯磁通密度相應增大，增大到一定程度，鐵芯出現飽和。此時電流互感器的次級輸出電流除了基波外有一系列的

18、奇次諧波。電流互感器飽和后，鐵芯耗損和溫升提高，影響鐵芯的正常工作，甚至有可能破壞高壓絕緣，同時諧波的產生也對電子器件的正常工作產生影響。在高飽和后鐵芯會殘留較大的剩磁，使測量用互感器的精度降低。2.2.2 電流互感器鐵芯的選擇電流互感器鐵芯的選擇 電源的設計是要保證反竊電主機能適應母線電流變化較大的情況。當母線電流較低時，要保證系統能正常工作，互感器的次級必須要有足夠的輸出，根據式 2-1，互感器鐵芯的損耗應該越小越好。系統中的電流互感器鐵芯是選用 R ( Round )型鐵芯。R 型鐵芯是由一條硅鋼帶連續卷繞成梯形截面的二柱式鐵芯，無切割、圓形截面，具有以下特點：61. 鐵芯體積小，重量輕

19、，體積比同等功率的 E-I 型鐵芯小 30%，重量低40%。2. 鐵芯無氣隙，漏磁低，低于 E-I 型鐵芯的十分之一3. 鐵芯無切割，損耗低，效率高，產熱小于 E-I 型鐵芯的一半。4. 無切割結構和圓形截面使得鐵芯噪聲極低。2.2.3 互感器二次線圈的設計互感器二次線圈的設計互感器二次線圈的設計主要是線圈匝數確實定和繞線類型的選擇。系統在正常工作時需要的是 5V 電壓提供 30mA 電流，這要求互感器的輸出電流不能低于 30mA。考慮到集成穩壓器的輸入輸出壓差，互感器的輸出電壓不能低于9V。同時，互感器得輸出電流、電壓不能過大，否那么后繼處理電路功耗增加，影響電路的正常工作。線圈匝數的計算公

20、式為:W= 2-fE22式 2-2 中，f 為工頻 50Hz, = BS 為磁通量。對于冷軋硅鋼片，其鐵芯磁通密度可以取 1.0T，鐵芯的截面積為 7.1cm ，假設 E 取 9V，由 3-2 可得 W=5972匝。這說明要在次級產生 9V 電壓，互感器的次級線圈不能低于 59 匝。對于輸出電流，假設要求互感器在初級電流為 5A 時輸出 30mA 電流，根據互感器的初級、次級電流之比可以算出互感器的次級線圈最多為 166 匝，考慮到互感器的漏感、利用效率等因素，實際匝數要比這個匝數少。系統中選用的電流互感器二次線圈的匝數為 140 匝。電源互感器的二次線圈銅芯截面積確實定主要取決于熱計算，銅導

21、線長期工作的電流密度應限制在 23A/mm 之內。 22.3 電源電路設計電源電路設計電源電路要保證在互感器電流變化時，特別是在互感器二次電流較大時，電源能為系統提供穩定的 5V 電壓。電源電路圖己經在圖 2-1 中給出。電流互感器(CT)的二次電流經過整流橋 B1 整流、電容 C1, C2, C3 濾波后送入后面的穩壓電路。主機在與手持機或負控終端進行通訊時，瞬時功耗將增加一倍多，電容C1, C2 主要起儲能作用，使系統在母線電流較低時(5A 左右)主機能正常進行與手持機或負控終端進行通訊。D 是多個二極管串聯，可以起到限壓的作用，在母線上的電流較大時保護整個電路，此時 D 為電路中的主要耗

22、能局部，在封裝時 D 與系統的線路板分開，單獨散熱，系統中的其它局部不受影響。電容 C3, C4, C5 的作用是抑制電源的紋波。在大電容 C5 存在的情況下，必須使用二極管 D2 以保護穩壓塊 7085。TVSS 為瞬時電壓浪涌抑制器，當受到瞬態高能量沖擊時，能吸收能量高達數千瓦的浪涌，響應時間 10秒，將兩極之間的電壓鉗位于一個定值，這個128器件在電路中的主要作用是防止電網瞬間過壓或受到雷擊對后面電路的危害。2.3.1 串聯二極管的保護作用串聯二極管的保護作用電流互感器的次級輸出電流變化比較大，在電源 CT 大電流輸出時必須能消耗掉多余的能量，提供應后面電路正常工作所需的電壓。圖 2-3

23、 的實驗電路是為了驗證二極管的作用而設計的。由于實驗室中很難得到 200A 的電流，所以在驗證二極管的保護作用時沒有使用電流互感器，而是直接使用穩壓電源給二極管供電，這樣也可以得到與主機掛網運行時同樣的效果。圖 2- 3 串聯二極管的輸出電壓隨電流變化的測試電路圖 2-3 中的 R1, R2, R3, R4 是四只 5.1，5W 的電阻實驗中調節電壓源的輸出，控制回路中的電流變化的關系。2.4 數據處理系統設計數據處理系統設計微處理器局部的主要功能是記錄用戶每次竊電的起始時間、竊電方式、結束時間，計算用戶在這段時間的參考用電量，并能通過紅外或 RS485 總線響應手持機或負控中。包括兩局部，首

24、先是微處理器局部的硬件電路設計，第二局部是軟件設計。 硬件電路硬件電路微處理器硬件電路的設計原那么是在保證系統功能和可靠性的前提下，盡量降低整個系統的功耗，減少元器件的數量，減少電路板的面積以利于最后的固化。這局部電路包括單片機、存儲器、A/D 轉換器、時鐘芯片、紅外收發電路等。電路中使用的大局部芯片為 CMOS 芯片，功耗比較大的局部(A/D 轉換、存儲器)都使用了串行芯片。圖 2-4 為這局部的電路框圖，圖 2-5 為電路原理圖。存儲器AD 轉換器母線電流信號基準源微處理器用戶竊電信號實時時鐘紅外接收紅外發射圖 2-4 微處理器局部電路框圖圖 2-5 微處理器局部電路圖電路圖主要由 AT8

25、7FS1,TLC549,DS12887A,X25045 組成:1、AT87F51 芯片簡介AT87F51 為系統的主處理器。AT87F51 為 CFIMOS 芯片，允許電壓的波動范圍為 5V20%;內部帶有 4K 程序存儲器(ROM)和 128B 數據存儲器(RAM);通過編程選定，最多可有 32 根 I/O 口線;有兩根口線可作為全雙工串行口，可通過編程選擇四種通訊方式;有兩個 16 位定時計數器，每個定時器具有四種工作方式;有五個中斷源，可分為兩個優先級，每個中斷的優先級是可以編程選定的;內部 RAM 中開辟了 4 組通用工作存放器區，每組 8 個通用存放器，能適應多個中斷和子程序嵌套的情

26、況;有功能強大的布爾處理器;有豐富的尋址方式和指令系統，使用方便;最重要的是，87F51 支持等待工作方式，在等待工作方式下，單片機本身消耗的電流由正常的 16mA ( 5V 12MHz)降低為 3.7mA，中斷及硬件復位均可終止等待方式。112、X25045 芯片簡介X25045 是 Xicor 公司生產的 EEPROM 器件，把微處理器外圍器件最根本的三種功能：看門狗定時器、復位控制和 EEPROM 集成在單個 8 引腳封裝的CMOS 器件內，將電源監控和看門狗定時功能與高速、三線、非易失性存儲器組合在一起，降低了系統對電路板空間的要求。其存儲器局部是 4096 位串行EEPROM，具有簡

27、單的三總線工作的串行外設接口 SPI，提供了不小于 100,000次的使用期限和最少 100 年的數據保存期。3、TLC549 芯片簡介TLC549 是以 8 位電容逐次逼近 A/D 轉換器為根底而構造的 CMOSA/D 轉換器。能通過 3 態數據輸出與微處理器或外圍設備串行接口。TLC549 僅用輸入/輸出時鐘(I/O CLOCK)和芯片選擇(CS)輸入做數據控制。其 I/O CLOCK 輸入頻率最高可達 1.1MHz。TLC549 提供了內部系統時鐘，它通常工作在 4MHz 而不需要任何外部元件。I/O CLOCK 和內部時鐘一起可以實現高速數據傳送和每秒 40,000 次轉換的轉換速度。

28、TLC549 能在 3V 至 6V 的寬電壓范圍下工作，最大消耗電流為 3mA，不可調整誤差最大為0.5LSB，是較理想的低本錢、高性能的 A/D 轉換器件。TLC549 只需要片選信號 CS、時鐘 CLK、數據輸出 OUT 三根口線與單片機相連。4、DS12887A 芯片簡介DS12887A 是一個雙列 24 腳實時時鐘芯片。內部帶有鋰電池，振蕩晶體，寫保護電路，非易失性記時時鐘，靜態 RAM，報警時鐘，百年日歷，可編程方波發生器。通過 MOT 腳的電平選擇可以選擇與 51 系列單片機兼容的總線方式。當外部輸入電壓高于 4.25V 時，DS 12887 正常工作;當外部輸入電壓低于 4.25

29、 V 時，無論外部片選信號的上下，DS 12887 的片選被強制置成無效，內部RAM 被寫保護，此時所有輸入無效。外部電壓降到 3V 以下時，外部電壓被斷開，由內部鋰電池給實時時鐘和內部 RAM 供電，以保證時鐘的正確性。12 軟件設計軟件設計1、系統軟件的總體結構系統的軟件局部由系統初始化模塊、系統監控模塊和系統動作模塊三個局部組成。按照作用的不同，系統的監控模塊和動作模塊可以分為三個層次，圖2-6 是系統的監控軟件和動作程序的結構框圖。 監控程序ACT1ACT2ACT3ACT4ACT5ACT6ACT7ACT8X25045讀寫模塊電量采集模塊系統時鐘控制模塊紅外(485)指令接受模塊紅外(4

30、85)數據發送模塊圖 2-6 系統軟件整體結構框圖圖 2-6 中的監控程序為管理層，作為系統的管理核心，用來調度和管理各項任務。ACT1 ACT8 是系統的 8 個主要動作模塊，包括竊電開始處理模塊、竊電繼續處理模塊、竊電結束處理模塊、讀系統時間模塊、修改系統時鐘模塊、讀竊電記錄模塊、讀竊電狀態模塊、去除記錄模塊，這些模塊作為系統的任務層，程序運行過程中，監控程序根據運行狀態或外部的命令執行相應的動作模塊。上述的動作模塊由支撐層的 5 個主要任務模塊提供各種功能支持，這 5 個任務模塊有X25045 讀寫模塊電量采集模塊系統時鐘控制模塊紅外(RS-485 )指令接收模塊紅外(RS-485 )數

31、據發送模塊，其中每個模塊還可以分為幾個更小的模塊。這種程序結構不但能增加程序的可讀性，便于系統維護和功能的擴充，而且對系統的抗干擾設計有重要的意義。2、單片機的軟件流程單片機在復位后，根據用戶現在的用電狀態(有無竊電)和從 X25045 讀出的用戶以前的用電狀態，判斷執行下面四種主要動作模塊中的一個:竊電開始、竊電結束、繼續竊電、繼續無竊電。相應的動作模塊處理結束以后，根據當時的內部情況和外部狀態，設置相應的喚醒方式，通過軟件設置使微處理器進入節電運行狀態。等待相應時間后，由定時中斷或 X25045 將單片機喚醒，重復執行下一個周期。圖 2-7 是系統軟件的流程圖。用戶以前竊電？用戶當前有竊電

32、？竊電繼續模 塊模塊進入節電運行狀態定時中斷喚醒YY竊電結束模 塊N用戶當前有竊電？竊電開始模 塊Y無竊電繼續模塊N進入節電運行狀態NX25045 喚醒初始化圖 2-7 系統軟件流程圖單片機進入等待工作方式后，內部時鐘信號仍然供應中斷系統、定時/計數器和串行口。系統在有竊電時的定時中斷喚醒就是利用了單片機的這一特點。在用戶無竊電時使用的 X25045 喚醒是利用了 X25045 的定時復位功能，通過復位將單片機喚醒。之所以在不同場合用兩種喚醒方式，是為了更方便確實定系統當時的運行狀態，并且 X25045 的喚醒時間有一定的誤差，不能用在有竊電時參考竊電量的計算，在用戶無竊電時單片機定時復位，能

33、提高單片機運行的可靠性。流程圖中沒有給出系統響應外部命令的流程，因為外部命令輸入是作為系統的串行中斷，當系統工作在節電運行狀態時，這個中斷能隨時喚醒單片機進行中斷處理，而在正常的運行過程中，系統也是隨時響應這個中斷。單片機能響應的外部命令有:讀用戶竊電記錄、讀用戶當前用電狀態、讀系統當前時間、修改系統時間、去除記錄。3、竊電信息的記錄模塊開始置竊電開始時間置竊電結束時間= 竊電開始時間置參考竊電量=0竊電記錄數加 1設置竊電標志模塊結束模塊開始累加參考竊電量修改竊電結束時間竊電方式發生改變？修改竊電方式模塊結束YN模塊開始累加參考竊電量修改竊電結束時間置無竊電標志模塊結束圖 2-8 竊電開始

34、圖 2-9 竊電繼續 圖 2-10 竊電結束模塊流程圖 模塊流程圖 模塊流程圖 系統記錄的用戶竊電信息主要是指用戶的總竊電次數、用戶當前的竊電狀態(有無竊電)和用戶每一次竊電的起始時間(5 字節)、參考竊電量(4 字節)、竊電方式(1 字節)、結束時間(5 字節)，其中用戶的竊電起始時間和結束時間精確到分，參考竊電量的值為一個比例量，手持機或負控中心讀得這一數據后乘一個系數后能得到用戶的參考竊電量(千瓦時)。這些信息全部存儲在串行 EEPROM X25045 中。與用戶竊電信息記錄有關的有 3 個動作模塊:竊電開始模塊，繼續竊電模塊和竊電結束模塊。監控模塊可以根據當時的具體情況，調用這 3 個

35、模塊中的一個。圖 2-8, 2-9, 2-10 是這三個模塊的流程圖。這三個模塊再加上無竊電繼續模塊就構成了系統軟件的主干。無竊電繼續模塊比較簡單，這里不再贅述。當單片機檢測到用戶開始竊電時，生成一條竊電記錄，寫入 X25045 中。這條竊電記錄中的竊電開始時間和竊電結束時間相等，參考竊電量為 0。此后，只要用戶繼續竊電，單片機將對母線上的電流進行累加，并在每三分鐘結束時刷新一次參考竊電量和竊電結束時間。如果此時用戶的竊電方式發生改變，也將當前的竊電方式參加到以前的竊電方式中。在用戶竊電結束時的主要工作是修改用戶的用電狀態標記為無竊電。在繼續竊電模塊中，竊電結束時間、參考竊電量是被不斷刷寫而不

36、是在竊電結束時一次性寫入，這種做法的優點是能保證在電壓缺乏或干擾導致 RAM數據喪失的情況下，系統不會誤記竊電結束時間，也不會喪失過多的竊電量，缺點是每一條記錄的竊電結束時間、參考竊電量被重新刷寫的頻率比較頻繁，但 X25045 的每一字節的寫入次數有一定的限度。為了延長 X25045 的壽命，在X25045 中使用三個地址做為指針(1FFH, 1F8H, 1FOH)，通過三二表決方式確定一個記錄指針來標記記錄信息在 X25045 中的起始位置，每一次刪除記錄后，這三個指針同時加 5，這樣防止了 X25045 的同一個位置被頻繁改寫。由于三個指針在 X25045 中的位置不連續，同時有兩位數據

37、被破壞的概率很小，這樣對系統可靠性的影響不大，但卻極大的延長系統的壽命。表(2-1)是記錄信息在 X25045 中的存儲方式。X25045 的 ROM 為 512 字節，除去必需的數據和標志外，可以存儲 32 條竊電記錄。表 2-1 竊電信息在 X25045 中的存儲方式1FFH1F8H1F0H存放記錄指針X地址XX+3X+6XX+2X+5X+4X+7存放內容竊電標志竊電記錄數ROM 標志第一條記錄開始說明AA 表示有竊電55 表示無竊電存放的記錄最多為 32 條檢驗 ROM 是否有效順序放置，每條 15 個字節 向 X25045 中寫入一個字節，應首先向 X25045 發出 WREN 指令將

38、 X25045的“寫使能鎖存器置位。在發送 WREN 指令過程中，CS 首先被拉至低電平，然后 WREN 指令由時鐘同步送入 X25045，在指令的所有 8 位被發送之后，將CS 變為高電平，如果在 WREN 指令后不把 CS 拉為高電平，那么寫操作將被忽略。接著將 CS 變低，隨同步時鐘發出 WRITE 指令，之后保持 CS 為低電平，繼續提供時鐘，將 1 至 4 個字節隨時鐘發出，在程序中完成一個字節的讀寫約為 400s，如果一次寫入一頁(4 個字節)，平均每一位的寫入時間約為 250s。從 X25045 讀出一個字節，只要將 CS 變低，隨時鐘發出讀命令和要讀出字節的地址，繼續保持 CS

39、 并提供時鐘，要讀出字節的內容將隨時鐘出現在 X25045 的SO 引腳上。4、系統時鐘的操作在用戶的竊電信息中，竊電開始時間、竊電結束時間是一條竊電記錄中比較重要的數據。系統時間的操作有兩個主要局部，首先是在發現用戶竊電時，單片機從 DS 12887 中讀取系統時間，其次就是能根據外部指令讀取和校正系統當前時間。這局部軟件編寫的根底是對 DS12887 的操作。DS12887 自身有地址/數據復用總線，單片機對時間的操作實際上是對 DS12887 內的 RAM 映象進行操作。在修改系統時間時，為了防止出錯，應將 DS 12887 中存放器 B 的 SET位置位；而在讀系統時鐘時，為了防止讀出

40、的時間上下字節不一致，要利用存放器 A 中的 UIP 位。在 UIP 位變高以后，至少有 244s 的時間讀取數據。經計算，程序中從 DS12887 讀取完整的系統時間為 80s5、參考竊電量的計算電力法第 71 條規定， “盜竊電能的，由電力部門責令其停止違法行為，追繳電費，并處以應繳電費五倍以下罰款。系統記錄用戶的參考竊電量，實際上是記錄用戶在竊電時間內的參考用電量，以給電力部門的追繳電費和處分提供客觀的依據。無論負載是星型連接還是三角形連接，三相總功率必定等于各相有功功率之和。而單相電路在時間 T 內的功耗可以由下式得出:W= 2-Tdttitu0)()(jNjjiu03根據上面公式，要

41、想比較精確的計算用戶的竊電量，必須同時對母線上的電壓和電流進行采樣，精度越高，單位時間的采樣點就必須越多。在實際應用中，由于系統所給出的竊電量只是電力部門對竊電用戶進行處分的參考，而精確測量用戶的竊電量必須增加大量的硬件(三個 PT 測量電壓、一個 CT 測量電流和相應的處理電路)，這樣大大增加了系統的體積、本錢。所以在實際計算用戶竊電時的參考用電量，是用下面的公式:W=UI 2-34其中，U 為母線的相電壓(10kV ) , I 為 C 相上的相電流。在三相三線制系統時，上式假設要成立，必須滿足以下 2 個條件: 1、母線上的電壓電流波形必須是標準的正弦波;2、母線上三相電壓都為一個定值并保

42、持不變，三相電流平衡;顯然，在電網運行的大局部時間內，上述兩個條件不能得到滿足，但考慮一下三個因素:1、10kV 電壓的總諧波畸變率的最大值規定為 4%;142、10kV 電網的供電電壓的允許偏差值最大為額定電壓的士 7%;153、電網運行過程中嚴禁三相用戶單相用電，以防止電網中三相電流出現嚴重的不平衡現象;從現場的觀測情況來看，配電室內一次變側三相電流根本平衡。雖然公式 2-4 不能用來精確計算用戶的用電量，但可以用做電力部門對竊電用戶進行處分時的參考。母線電流信號在第三章中已經得到，是一條脈動非常小的曲線，單片機在記錄用戶的竊電量時，就是每 20ms 中對這條曲線采樣 2次，然后取平均值，

43、再將每次的平均值累加。從嚴格意義上來說，系統給出的用戶參考竊電量實際上是母線上電流累加量的一個比例值。第三章第三章 用戶竊電的判斷用戶竊電的判斷本章在分析了電能表結構、工作原理和電力用戶常見竊電方法的根底上給出了常見各種竊電手段的判別方法。整章共分為 4 局部，首先是電能表的工作原理，接著是電力用戶的常見竊電手法，第三局部是母線電流信號的采集，最后是各種常見竊電手段的分析和判斷。3.1 電能表的工作原理電能表的工作原理從結構上看，目前電力用戶用電的計量裝置廣泛使用的是感應式電能表。三相三線制電路，可以用兩只單相電能表測量其消耗的電能，也可以用一只三相二元件電能表進行測量，其中以用三相二元件電能

44、表比較普遍。圖 3-1 為三相二元件電能表的接線原理圖，圖中第一元件(左邊)電流線圈在 A 相上，電壓線圈跨接在 AB 相;第二元件(右邊)的電流線圈在 C 相上，電壓線圈跨接 CB 相。電壓線圈電流線圈ABC電流線圈電壓線圈圖 3-1 三相三線二元件電能表接線原理圖三相三線二元件電能表實際上是兩只單相電能表的組合。將兩個元件單獨考慮。第一元件所測得的功率瞬時值為:P =ui = (u u )i 3-1abaaba1第二元件所測得的功率瞬時值為:P = ui = (u u ) 3-2cbccb2電能表測得的總功率為二元件所測得的功率之和:P=P +P =u i u i u (i i ) 3-1

45、2aaccbac3因為三相三線制各相電流瞬時值之和為 0，即i i i =0 3-abc43.2 常見的竊電方法常見的竊電方法竊電行為包括：91. 在供電企業的供電設施上，擅自接線用電；2. 繞越供電企業的供電裝置用電；3. 偽造或開啟法定的或者授權的計量檢定；4. 成心損壞供電企業的供電計量裝置；5. 成心使供電企業的用電裝置失效。據電能計量部門統計，現場常見的竊電方法有以下兩類:3.2.1 電壓型竊電電壓型竊電常見的是將 PT 斷路。這包括斷 A, B, C 三相電壓中的一相、兩相甚至三相。最簡單的做法是將電壓引入端子排上的端子松動，或者暗中將引入電能表的引線折斷。3.2.2 電流型竊電電

46、流型竊電常見的是將 CT 短路或將 CT 與電能表的連線暗中折斷，使電流互感器二次輸出電流不經過電能表造成電能計量的損失。在這種竊電手法中，還有一種特殊的 B 相電流竊電，是斷開 A, C 兩相電流互感器公共端與地線的連接。本論文設計的反竊電裝置就是針對這兩種類型的竊電方法。3.3 母線電流信號采樣母線電流信號采樣母線電流信號的采集為后面判斷是否有電流型竊電提供基準，并且是系統計算用戶參考竊電量的依據。圖 3-2 母線電流采樣電路圖 3-2 是母線電流采樣電路。圖中的運放 Tl-A 是用作放大，T1-B 用作峰值保持器，T1-C 用作電壓跟隨器，T1-D 用作比較器。電流互感器 CT 掛在高壓

47、2母線側，其次級電流通過取樣電阻 R 轉變成電壓，再經過放大電路進行放大，1因為運放為單電源供電，所以它的輸出是半波正弦，這個信號通過峰值保持電路，轉換成峰值，如果不考慮漏電流對峰值保持電路的影響，在母線電流不變的情況下，峰值保持電路的輸出電壓應該為一條直線，系統中用這個信號來計算參考竊電量。這個電壓經過分壓后得到的參考電壓 E 是用來判斷是否有電流f型竊電的基準。圖中的 Tl-D 局部是用來防止母線電流過低時系統產生誤動作。3.3.1 電流互感器的設計電流互感器的設計為了固化、安裝的方便，電流互感器 CT2 的鐵芯仍選用和電源電流互感器相同的鐵芯。 這局部電路采集的信號用作比較基準和進行 A

48、D 轉換計算電量，要求的精度比較高，互感器 CT2 屬于測量用互感器。在式 2-2 中，B的取值只N能取 0.2T。這樣，通過 3-2 可以得到以下關系式:IZ =0.077W 3-N2225式 3-5 說明，為了保證互感器的精度，互感器次級的輸出電壓最大值受到次級線圈匝數的限制。考慮到采樣、放大的精度，當然互感器的輸出電壓稍高一些好，這樣需要增加次級線圈的匝數，但同時次級電流下降，導致取樣電阻增大，這樣抗干擾性同樣降低。綜合考慮上述兩種因素，取次級匝數為 60 匝，取樣電阻為 0.1/5W。這樣次級線圈允許輸出的電壓為 0.6 伏，而在母線電流在 0300A 變化時，互感器的次級輸出電流將在

49、 05A 之間變化，這樣取樣電阻的輸出電壓將在 00.5V 之間變化，取樣電阻的功率將在 02.5 W 之間變化。如果要適應額定電流更大的配電所，可以增加次級線圈的匝數或減小取樣電阻的阻值。圖 3-2 中運放選用的是 TLC2254。TLC2254 是 TI 公司的制造的四路運算放大器。具有以下特點：101、輸出幅度大，可以到達滿電壓幅度輸出;2、噪聲低，輸入阻抗大;3、功耗低，典型值為 35uA ;4、單電源和別離電源都能到達全部的技術指標。電路中的 TI-B 局部是一個峰值跟隨器。在電路運行過程中，如果同相輸入端的電壓高于反相輸入端電壓，運放的輸出為高電平，經過二極管 D給儲能11電容 C

50、充電，如果運放同相輸入低于反相輸入，運放的輸出為低電平，這時 C10將通過 R進行放電。由于二極管的反相漏電流 I 、運放的 T1-B, T1-C 的輸1020D入電流 I 、電容器 C的漏電流、R的放電電流 I 的存在，峰值跟隨器的輸A1020R出不能絕對等于運放同相輸入端的峰值電壓。但通過選擇適宜的器件，二極管選開關二極管、電容器選聚四氟乙烯電容器可以使二極管和電容的漏電降到很低(幾個 uA)，而運放 TLC2254 的輸入端電流只有 1pA 可以使二極管、電容器、運放對峰值跟隨的影響降到很低。R是為了在輸入端電壓降低時，給電容器 C20提供一個放電回路，由于電網上的電流屬于緩慢變化信號，

51、并且系統對峰值10保持的響應速度的要求也不苛刻，這個電阻選擇阻值較大的電阻。實際選擇這個電阻的阻值為 200K，這樣可以減少電容器的放電電流，提頂峰值保持的精度。峰值跟隨器的輸出經過電壓跟隨器之后，經過可調電阻 W 分壓后，輸出的1電壓作為判斷用戶是否有電流型竊電的比較基準。3.4 用戶竊電方法的判別用戶竊電方法的判別本節可以分為三局部，第一局部是電壓型竊電的判斷，第二局部是電流型竊電的判斷，第三局部是用戶竊電信號的產生。 電壓型竊電電壓型竊電斷開電能表的電壓接線的竊電方法操作起來最簡單，是現場發現的比較常見的竊電方法。 1、電壓型竊電對電能計量的影響電壓型竊電包括斷開 A 相電壓、B 相電壓

52、和 C 相電壓的一相或者兩相。下面的分析都是假設電網中硯相電壓平衡。如果斷開 A 相電壓，將使電能表測得的 U=0 ,根據公式(3-1)，電能表的記ab錄將比正常減少一半。如果斷開 C 相電壓，將使電能表測得的 U=0，根據公式(3-1),電能表的記cb錄將比正常減少一半。實際上斷開 A 相電壓和斷開 C 相電壓竊電操作手法相同，給電能表計量帶來的影響也相當。B 相為電能表兩個元件電壓輸入的公共端，如果斷開 B 相電壓將使電能表兩個元件的電壓線圈串聯。這樣的結果是：U=U=0.5U。根據公式(3-3)，abcbac電能表的計最損失一半。如果斷開三相電壓中的任意兩相，都會造成 U=U=0，使電能

53、表的計量abcb為 0，相當于三相電壓同時取下。 2、電壓型竊電的判斷圖 3-3 為判斷是否有 A 相竊電的電路。圖 3-3 A 相電壓竊電判斷電路從電能表 Av, Bv 取出的線電壓 U，在用戶正常用電的情況下這個電壓應ab該為 100V 。4N25 為光耦，除了隔離作用之外，還起到電平轉換的作用。R9, R10 組成一個分壓電路，通過對電源電壓分壓得到一個基準電壓，光耦的輸出電壓與基準電壓進行比較，適中選取 R7, R8, R9, R10 的值，可以使電路在用戶正常用電情況下 R8 兩端的電壓高于 R10 兩端電壓，比較器 LM339 的輸出為低電平。如果用戶采用 A 相電壓竊電方式，斷開

54、電能表的 A 相電壓，U由 100Vab下降為 0V 而使 R8 兩端電壓降低，低于 R10 兩端電壓，LM339 輸出高電平，這個信號將通過一個或門通知單片機用戶正在竊電。C 相電壓竊電判斷的電路圖如 3-4 示，其原理和圖 3-4 完全相同，這里不再贅述。圖 3-4 C 相電壓竊電判斷電路圖 3-5 B 相電壓竊電判斷電路 電流型竊電電流型竊電1、電流型竊電對電能表計量的影響電流型竊電包括短路或斷路 A 相電流、C 相電流中的一相或者兩相。B 相電流竊電的手法是電流型竊電中比較特殊的竊電方法，它采用的手段是將電能表電流互感器的公共端子同大地的連接斷開。如果用戶短路 A 相電流，測量 CT

55、的次級電流將全部或大局部從短路導線通過。根據公式(3-1)，如果這時用戶全部將 A 相的電流互感器短路，會使電能表的計量減少一半。如果斷路 A 相電流，電能表第一元件的電流線圈無電流通過，電能表的計量損失一半。如果用戶短路 C 相電流互感器或斷路 C 相電流互感器進入電能表的連線，電能表的計量也將減少一半。如果用戶將電能表的公共端子同大地的連接斷開，造成了電能表的兩個元件的電流線圈串聯，這不但造成電能計量上的誤差，也容易損壞兩個電流互感器。 2、電流型竊電的判斷圖 3-6 為 A 相電流型竊電的判斷電路，3-7 為 C 相電流型竊電的判斷電路。這兩個電路完全相同。都是從電能表的電流端子上直接取

56、來電流線圈上的電壓，將這個電壓放大后，利用其峰值與從母線上取來的參考電壓(E )進行比較，當f用戶正常用電時，電能表的 CT 的電流全部流過電能表的電流線圈，通過選擇電路中元件的值，可以使 T2-B (T3-B)的輸出電壓大于 E ;當用戶短接電能表的f電流端子時，電能表電流端子兩端電壓降低，這時可以使 T2-C (T3-C)的輸出電壓小于 E ，可以使 T2-D , (T3-D)輸出高電平，表示用戶正在竊電。f圖 3-6 判斷 A 相電流型竊電電路圖圖 3-7 判斷 C 相電流型竊電電路圖 竊電信號的產生竊電信號的產生這局部從整體上來看是一個由二極管組成的或門，見圖 3-8 它根據前面得到的電流竊電和電壓竊電信號，向微處理器提供一個用戶竊電信號。只要前面的竊電判斷電路有一路輸出高電平，這個電路將輸出高電平。另外這局部電路設計中還要考慮用戶母線電流缺乏的情況下使微處理器不要發生誤記。電路原理圖如圖 3-8。圖