侯克男　楊立新　樊　琳　丁賀蘋（北京南瑞智芯微電子科技有限公司，北京　102200）

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多功能現(xiàn)場用電檢查終端關(guān)鍵技術(shù)研究

侯克男楊立新樊琳丁賀蘋
（北京南瑞智芯微電子科技有限公司，北京102200）

摘要本論文提出了一種校驗用戶電能表、查處用戶用電異常的方法。文中從多功能現(xiàn)場用電檢查終端硬件原理、軟件模型、最后到校驗方法進行理論說明，并重點對用電異常模型建立、公式計算、判斷流程進行詳細闡述。用電異常判斷模型包括事件類判斷模型、電量類判斷模型、負荷類模型、線損類模型，通過評判標準用公式計算每種模型所占比重，計算出用電異常嫌疑系數(shù)ELI比重值來判斷用戶用電狀況，再通過電能表精度校驗的方法，最后確定用戶用電是否出現(xiàn)異常。整個過程包括用戶信息及電能量數(shù)據(jù)采集、用戶信息匹配及數(shù)據(jù)過濾、模型識別、現(xiàn)場精度校驗。

關(guān)鍵詞：用電異常判斷模型；用電異常嫌疑系數(shù)；精度校驗；多功能

The Key Technology Research of Multi-functional Field Power Check Terminal

Hou Ke’nanYang LixinFan LinDing Heping
（Beijing Nari Smartchip Microelectronics Co.， Ltd，Beijing102200）

Abstract This paper proposes a method of checking watt-hour meter and power abnormity， and introduces the hardware principle， software model， checking method in details. The paper focus on the establishment of the electric anomaly model， formula calculation and judging process. The electric anomaly model includes in the event judgment model， electricity judgment model， power load model，line loss model. The terminal can calculate the proportion of each model and the value of ELI using the formula. Through cooperating with the method of checking the watt-hour meter accuracy， inspectors can determine whether the power abnormity has occurred. The whole working process of multi-function electric check terminal is included in collecting the users’ information and electric energy data， matching users’ information and filtering data， identifying electric anomaly model and checking the accuracy of watt-hour meter.

Keywords：electric anomaly model; ELI; accuracy checking; multi-function

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和用電量的增長，尤其伴隨著市場經(jīng)濟體系的建立，用電異常問題變得越來越突出，不僅給國家和電力經(jīng)營部門造成巨大的經(jīng)濟損失，而且還嚴重干擾了正常的供用電秩序，甚至引發(fā)火災(zāi)，使供電設(shè)備損壞甚至造成大面積停電，影響公共電網(wǎng)安全和社會穩(wěn)定，一些不法分子私自在供電設(shè)施上亂接線造成人身事故的安全問題也時有發(fā)生。居民用戶數(shù)量龐大，年用電量總數(shù)及其龐大，因此居民用戶的用電異常已經(jīng)不能被忽視，必須要采用相應(yīng)措施來減少居民用戶用電異常事件的發(fā)生，給國家及供電企業(yè)挽回經(jīng)濟損失[1]。

針對目前逐年遞增的居民用戶用電異常案件，電力企業(yè)已經(jīng)采取了相關(guān)措施來應(yīng)對，例如：增強線損管理、完善查電制度、提高抄表次數(shù)等，現(xiàn)場稽查人員所帶的用電檢查工具大多數(shù)是萬用表及各類相應(yīng)的用電監(jiān)測設(shè)備。使用萬用表只能檢測用戶電壓、電流等信息，難以精確獲取用戶的用電信息。國內(nèi)外市場上也有諸多用于現(xiàn)場用電監(jiān)測設(shè)備和工具，但這些設(shè)備一般體積較大、笨重、不便于攜帶；有的設(shè)備雖然體積小巧，攜帶方便，但功能不全，智能化程度不夠，還需要人工記錄對比，現(xiàn)場用電稽查人員使用起來十分不便，有時甚至根本無法精確獲取用戶的用電信息情況，對于替換電表、更改電表信息、使電表失壓、失流、斷相等方法導(dǎo)致用電異常的案件，也無法查處[2-6]。

針對以上諸多問題，本文對多功能現(xiàn)場用電檢查終端進行較深入的理論和實際研究，提出一種全新的查處居民用電異常的方法，可在現(xiàn)場讀取電力用戶的基本信息（例如，表計地址、互感器變比、脈沖常數(shù)、安裝位置、增益等）、事件信息（失壓、斷相、失流、逆相序、潮流反向、電流不平衡、開表蓋等）和電能信息，并通過與從主站系統(tǒng)獲取的相關(guān)信息進行對比，從而在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)用電異常，為用電稽查工作提供指導(dǎo)[7-8]。

1　多功能現(xiàn)場用電檢查終端硬件組成

多功能現(xiàn)場用電檢查終端硬件原理框圖如圖1所示。

圖1　多功能現(xiàn)場用電檢查終端原理框圖

多功能現(xiàn)場用電檢查終端硬件部分主要由中央處理單元、RFID單元、紅外單元、RF射頻傳輸單元、存儲單元、光電轉(zhuǎn)換單元、看門狗保護單元、電源管理單元、電池單元、操作鍵盤單元、USB單元等組成。

1）中央處理單元

中央處理單元是保證正常工作的最小系統(tǒng)，負責(zé)調(diào)用整個系統(tǒng)的任務(wù)，管理所有系統(tǒng)外設(shè)。

2）RFID單元

RFID單元讀取電能表或電表箱的電子封印，獲取電能表的相關(guān)信息，如生產(chǎn)日期、資產(chǎn)編號等。RFID單元讀取的這些信息存儲到存儲單元中。

3）紅外單元

紅外單元通過電能表的紅外線通信端口讀取電能表的相關(guān)信息，讀取結(jié)果存儲到存儲單元中。

4）存儲單元

存儲單元除存儲上文提到的光電轉(zhuǎn)換單元、紅外單元和RFID單元獲得的數(shù)據(jù)之外，還存儲從主站系統(tǒng)導(dǎo)出的電能表的相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：序號、電能表表號、電能表計量電量與標準負載電量比值、后級線路電流值、有無用電異常標志。存儲單元可以采用SD卡為主要數(shù)據(jù)存儲器。

5）RF射頻傳輸單元

RF射頻傳輸單元主要用來控制電子負載通斷狀態(tài)，當(dāng)標準電子負載長時間接入電路中會出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，此時，可以采用無線的方式控制電子負載從電路中切斷。

6）光電轉(zhuǎn)換單元

光電轉(zhuǎn)換單元的功能是捕捉電能表脈沖指示燈的閃爍，并將捕獲的閃爍光信號轉(zhuǎn)化為電信號，輸入到存儲單元。

7）電池單元和電源管理單元

電池單元主要采用可充電的鋰電池為終端提供工作電能。電源管理單元將電池單元輸出電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的系統(tǒng)供電電壓，并具有充電管理能力，具有充電狀態(tài)檢測、電池電量檢測、電量低報警和電量充滿提示等功能。

8）液晶顯示單元

液晶顯示單元用于顯示鍵盤輸入對應(yīng)的各設(shè)置項。除此之外，還用于顯示狀態(tài)，如與理論消耗電能的誤差、校驗狀態(tài)提示、電能表信息及存在用電異常的可能性等。

9）操作鍵盤單元

鍵盤由參數(shù)設(shè)置鍵和多功能鍵組成。參數(shù)設(shè)置鍵用于系統(tǒng)的設(shè)置輸入，應(yīng)包括輸入電流修正值；數(shù)據(jù)讀取有無聲、光提示；用電異常有無聲、光提示；設(shè)置判斷用電異常的過程閾值等。

10）USB單元

USB單元主要包括兩種功能：①讀取現(xiàn)場排查數(shù)據(jù)到PC；②充電。讀取現(xiàn)場排查數(shù)據(jù)到PC時，把存儲器虛擬成一個U盤，用戶只需要以操作U盤的形式把現(xiàn)場排查數(shù)據(jù)拷貝到PC即可。

2　多功能現(xiàn)場用電檢查終端原理

多功能現(xiàn)場用電檢查終端在現(xiàn)場讀取電力用戶的基本信息（例如，表計地址、互感器變比、脈沖常數(shù)、安裝位置、增益等）、事件信息（失壓、斷相、失流、逆相序、潮流反向、電流不平衡、開表蓋等）和電能信息，并通過與從主站系統(tǒng)獲取的相關(guān)信息進行對比，從而在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)用電異常多功能便攜式現(xiàn)場用電檢查終端工作原理敘述如下：

2.1用戶信息及電能量數(shù)據(jù)采集

多功能現(xiàn)場用電檢查終端通過主站（營銷系統(tǒng)/計量自動化系統(tǒng)）獲取用戶信息，同時通過紅外、RFID分別讀取用電信息（包括用戶電能使用量、電流信息等）和用戶信息（包括電能表用戶信息、生產(chǎn)日期、資產(chǎn)編號等特殊信息等）[9-14]。

2.2用戶信息匹配及數(shù)據(jù)過濾

多功能現(xiàn)場用電檢查終端通過內(nèi)部設(shè)置信息匹配選項，把從主站獲取的信息與現(xiàn)場電能表獲取的信息進行匹配度比對，方便判斷出此電表是否是正規(guī)廠家生產(chǎn)以及該表的生產(chǎn)日期、資產(chǎn)編號等特殊信息，若紅外或RFID讀取的信息與記錄的不一致，可能出現(xiàn)電能表損壞或被非法更換現(xiàn)象，從而完成數(shù)據(jù)過濾[15-17]。

2.3模型識別

若在2.2中未發(fā)現(xiàn)用電異常，則進行2.3中繼續(xù)判斷（否則直接進行異常結(jié)果顯示）。即用電異常監(jiān)測模型判斷，完成用電異常嫌疑系數(shù)ELI（ELI單位為%）分析。這里主要判斷日凍結(jié)電量、事件記錄、負荷記錄等。

2.4現(xiàn)場精度校驗

在用戶電能表出線側(cè)接入標準電子負載，進行脈沖計數(shù)校驗誤差判斷。多功能現(xiàn)場用電檢查終端根據(jù)檢測到的電能表脈沖數(shù)來計算電能表在設(shè)定時間內(nèi)的計量電能值，同時計算出標準負載在該設(shè)定時間所消耗的電能值，將兩組數(shù)據(jù)進行分析比對，當(dāng)誤差超過設(shè)定閾值時，則存在用電異常嫌疑。

最后顯示結(jié)果，最終判斷用戶是否存在用電異常。采用流程圖的表示方式如圖2所示。

圖2　多功能現(xiàn)場用電檢查終端工作流程

3　判斷模型建立

以三相電能表為例，主站系統(tǒng)采用前一年用電數(shù)據(jù)、前一年同期用電數(shù)據(jù)；日凍結(jié)電量取存儲每天零點時刻的電能量，并可存儲62天的數(shù)據(jù)；停電的總次數(shù)和累計停電時間采用最近10次停電發(fā)生及結(jié)束的時刻；事件記錄主要包括：失壓、全失壓、斷相、失流、逆相序、潮流反向、電流不平衡、開表蓋等事件。以失壓為例，表計可記錄最近10次失壓的開始及結(jié)束時刻的電壓、電流、功率及電能等；負荷記錄，需在表計事先設(shè)置好所需的參數(shù)及記錄間隔時間，存儲不少于40天的數(shù)據(jù)（最低1min間隔）[18-20]。

整個用電異常判斷評價指標體系包含了以下四類：電量類、事件類、負荷類、線損類。用電異常嫌疑指標（Electric Larceny Index，ELI）以滿分100分計，各類在整體評價比重為事件40%、電量40%、負荷10%、線損10%，分數(shù)越高則用電異常嫌疑更大。具體模型介紹如下：

3.1事件類判斷模型

通過記錄到失壓、全失壓、斷相、失流、逆相序、潮流反向、電流不平衡、開表蓋等事件，進行事件發(fā)生前后歷史數(shù)據(jù)追溯。

利用電表記錄到的事件開始及結(jié)束時刻的電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)，若事件結(jié)束后，電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)異常（與事件發(fā)生前對比，如功率下降20%以上等），則ELI公式表示為

若發(fā)生事情的時間＜62天內(nèi)，則對事件發(fā)生前后3天的日凍結(jié)電量進行比較，若Ei＜Ea－ 1（1－ 20%），則ELI公式表示為

事件類判斷流程如圖3所示。

3.2電量類判斷模型

計算電表記錄的n天（n＜62）電量數(shù)據(jù)平均值，公式表示為

計算主站獲取的歷史同期n天（n可自定義）電量數(shù)據(jù)平均值，公式表示為

圖3　事件類判斷流程圖

計算滑動k天（k可自定義）的電量數(shù)據(jù)平均值，公式表示為

每日電量與n天電量數(shù)據(jù)平均值進行比較，如某日Ei＜Avg E（1-10%），則ELI公式表示為

每日電量與歷史同期n天電量數(shù)據(jù)平均值進行比較，如某日Ei＜Avg Eh（1-10%）；則ELI公式表示為

滑動k天的電量數(shù)據(jù)平均值進行前后比較，若AvgEj＜ AvgEj －1（1－ 20%），則ELI公式表示為

ELI在電量類判斷中累加不超過40%。

電量類判斷流程如圖4所示。

3.3負荷類模型

讀取負荷記錄，判斷各個點的電壓值（分相）是否低于額定電壓的80%，即Ui＜ 80% UN時，則ELI公式表示為

ELI在負荷類判斷中累加不超過10。

負荷類判斷流程如圖5所示。

3.4線損類模型

主站下發(fā)線損異常臺區(qū)標志，該臺區(qū)下所有計量點均設(shè)置為線損異常，則ELI公式表示為

圖4　電量類判斷流程圖

圖5　負荷類判斷流程圖

線損類判斷流程如圖6所示。

圖6　線損類判斷流程圖

累加所有的ELI，若ELI≥50（可設(shè)置），則判斷為可能存在用電異?，F(xiàn)象，需要進行下一步的表計精度校驗。

4　結(jié)論

本文通過對現(xiàn)場用電檢查終端的理論與實際的研究，其中主要包括對硬件原理的研究、用電異常模型的建立、模型識別的方法、模型識別的原理及公式、用戶信息匹配數(shù)據(jù)過濾的方法以及電能表精

度校驗的方法。對各類型模型指標進行詳細分析與公式計算，計算出用電異常嫌疑指標ELI，通過分析ELI來判斷用戶是否有用電嫌疑，為用電現(xiàn)場稽查人員提供一種有效查處用戶用電嫌疑的方法。

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侯克男（1983-），男，中級工程師，研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化、輸配電及用電工程。

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