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(國網(wǎng)資陽供電公司，四川 資陽 641300)

0 引 言

社會經(jīng)濟增長對電能的需求日益增加，竊電行為卻始終存在，并成為影響社會經(jīng)濟環(huán)境和供電企業(yè)利益的重大問題。據(jù)統(tǒng)計，中國一年由于竊電行為造成的損失高達200億元，而屢屢發(fā)生的竊電行為不但使國家電力資源白白流失，而且往往附帶電力設施損壞或人員傷亡，直接威脅整個電網(wǎng)的安全運行。近年來，利用高新科技的竊電技術層出不窮，竊電手段也出現(xiàn)多元化發(fā)展和隱蔽性態(tài)勢，甚至成為一整套產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)鏈。從電能表外使用高仿鉛封、加裝反檢查繼電器模塊與延時電容，到電能表內(nèi)焊接二極管進行半波整流、主動分斷電路改變相位等，無不體現(xiàn)“高精尖”水平，隨之而來的是更大的反竊電難度[1-3]。

不少供電企業(yè)采取了一定手段，但主要還是依托第三方公司，采購大量昂貴的儀器設備，并加裝成套監(jiān)測模塊，對現(xiàn)行電路構架進行深度改造，以達到可監(jiān)測、可管理的目的；或者建立新的防竊電信息系統(tǒng)，增設特有通訊信道，經(jīng)過后臺特定數(shù)據(jù)庫處理環(huán)節(jié)，與現(xiàn)有供電企業(yè)的業(yè)務系統(tǒng)進行接口設計以達到信息與資源共享。但以上兩方面，無疑增加了系統(tǒng)投資與運營成本，且未因地制宜，充分運用好現(xiàn)有的系統(tǒng)資源與硬件設施，造成了不必要的浪費。

1 策略研究的問題背景

用電信息采集系統(tǒng)是建設智能電網(wǎng)的關鍵部分，同時也是物理基礎，其涉及方面包括傳感器技術、電能計量技術、通信技術、數(shù)據(jù)庫技術等，主要能實現(xiàn)電力用戶數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理，為供電企業(yè)各項業(yè)務提供可靠的技術支撐；同時也能方便供電企業(yè)與電力用戶進行雙向溝通、廣泛互動，從而實現(xiàn)提高供電電能利用效率，優(yōu)化電網(wǎng)能源結構的最終目的[4-5]。

專變采集終端是供電企業(yè)依托用電信息采集系統(tǒng)推進“全覆蓋”、“全采集”、“全費控”進程中利用到的一種常見的用電信息采集設備，具有集成度高、技術先進，測量準確等優(yōu)點。遠端普遍采用GPRS/CDMA/GSM/SMS等通訊方式；其近端則采用RS485/電力載波等通訊方式，能實現(xiàn)電能表歷史和當前數(shù)據(jù)采集、電能表運行情況監(jiān)測、事件記錄與報警、電能異常監(jiān)測以及遠程關斷控制。其具有單獨的交流采樣信號回路，能完成電流信息的采集與上傳，主要使用場合多數(shù)為專變臺區(qū)[6-8]。

專變臺區(qū)用戶竊電行為相比公變臺區(qū)來說具有更明顯的隱蔽性和大電量性。一般情況下，專變用戶計量設備因其變壓器所屬性質(zhì)會一同安裝在其廠區(qū)內(nèi)，為供電企業(yè)用電檢查人員進行防竊電偵查帶來諸多不便；并且由于生產(chǎn)特性與規(guī)模，往往使得竊電追補金額數(shù)以萬計：所以專變臺區(qū)竊電治理必須防微杜漸，從防做起，對竊電苗頭進行有效監(jiān)控和處理。

專變臺區(qū)配電柜一般會存在3種類型的CT，即計量CT、測量CT和保護CT。這3種CT的用途分別為：計量CT主要是將電流信息反饋給計量裝置(如智能電能表)，用于供電企業(yè)電能結算，一般準確度等級為0.2(S)或0.5(S)；測量CT主要是將電流信息反饋給測量裝置(如顯示電流表)，用于檢查人員觀察電流大小，一般準確度等級為0.2或0.5；保護CT主要是將故障電流信息反饋給繼保裝置(如保護動作開關)，用于切斷故障電路，保護供電系統(tǒng)安全，一般準確度等級為5 P或10 P。3種CT雖各自用途不同，但通過實際比較，計量CT和測量CT從準確度等級和安裝位置兩方面來看都最為接近，而保護CT由于準確度等級不夠且涉及到繼保裝置動作問題，如果更改接線將會產(chǎn)生更多不必要的工作量[9-10]。

基于以上問題，結合專變臺區(qū)的竊電防治工作，深度揣摩竊電者的心理，提出了一種現(xiàn)實可行且耗費較小的監(jiān)控方法。通過現(xiàn)場搭建實驗平臺，充分利用成熟的用電信息采集系統(tǒng)平臺以及廣泛投用的專變采集終端，對專變臺區(qū)配電柜進行改造，選擇接入配電柜自帶的測量CT，與計量CT電量信息進行有針對性的實時比對，從而實現(xiàn)竊電防治的雙保險機制。

2 實時監(jiān)控的平臺搭建

實現(xiàn)實時監(jiān)控的平臺搭建如圖1所示。但根據(jù)專變臺區(qū)的現(xiàn)場計量裝置安裝位置情況可以分為兩種現(xiàn)場硬件搭建接法：“高供高計接法”和“高供低計接法”。

圖1 系統(tǒng)構架

2.1 “高供高計”接法

針對“高供高計”的專變臺區(qū)，計量裝置一般選用三相三線智能電能表，電能表規(guī)格為“3×100 V、3×1.5(6)A”，電能表、計量CT、計量PT以及專變采集終端均安裝在高壓室，其中計量CT數(shù)量為2個，串接在A相和C相，計量PT數(shù)量為2個，采用“V-V”接法并入電路，PT二次側B相接地。測量CT一般在配電柜組裝過程中就配備好并安裝在低壓室，數(shù)量為3個，分別串接在A、B、C三相上?？紤]到實際設備及環(huán)境情況，應分為兩種類型來改造。第1種類型如圖2所示，具體為計量CT不帶多抽頭或多繞組。此種情況下，專變采集終端的電流信號可取自低壓室測量CT，但需單獨布線從低壓室引線至高壓室，對戶外預裝式箱式變電站可采用這種方法，缺點是布線距離較長，對測量精度可能會帶來影響。第2種類型如圖3所示，具體為將計量CT更換為多抽頭或多繞組類型。此種情況下，專變采集終端的電流信號可直接從計量CT的其他繞組(通常為測量用繞組)獲取，需要單獨布線，但距離較短，可適用于戶外預裝式箱式變電站或配電室，缺點是需要采購并更換計量CT，有一定的資金耗費。

圖2 “高供高計”且計量CT不帶多抽頭或多繞組

2.2 “高供低計”接法

針對“高供低計”的專變臺區(qū)，計量裝置一般選用三相四線智能電能表，電能表規(guī)格為“3×220 V/380 V、3×1.5(6)A”。電能表、計量CT及專變采集終端均安裝在低壓室，如圖4所示，其中計量CT共有3個，分別安裝在A、B、C三相上；測量CT同樣有3個，也分別安裝在A、B、C三相上。區(qū)別是兩種CT安裝位置一般分布于總路斷路器上下兩側，優(yōu)點是測量CT可直接使用，較為簡便。

圖3 “高供高計”且計量CT自帶多抽頭或多繞組

2.3 改造接法特點分析

表1 改造接法特點分析

3種方法各有優(yōu)缺點，在實際勘查之后可以根據(jù)現(xiàn)場情況靈活運用，選擇最合適的改造接法，完成竊電監(jiān)控平臺的硬件搭建。

3 系統(tǒng)建設及分析方法

專變采集終端可從測量CT或計量CT的測量繞組獲取第2組電流信號，通過終端自帶的表計特性計算得到的電量信息，原理如圖5所示，再與電能表計算得到的電量信息進行多次比對，從而為計量裝置是否存在故障或?qū)Ｗ冇脩羰欠翊嬖诟`電行為提供可靠參考。

圖5 專變采集終端計量原理

3.1 “高供高計”且計量CT不帶多抽頭或多繞組情況分析

根據(jù)常見的DYN11型配電變壓器特性，圖1中變壓器高壓側相電流與低壓側相電流關系滿足：

(1)

式中，N為變壓器變比。

在三相電壓對稱，三相負荷平衡的條件下，電表計算得到的電量為

W1=[Uab×Ia×cos(30°+θ)+

Ucb×Ic×cos(30°-θ)]×t

(2)

式中：Uab、Ucb為高壓側線(相)電壓；Ia、Ic為高壓側相電流；θ為相電壓與相電流的夾角。

同樣情況下，專變采集終端計算得到的電量為

W2=[Uab×Ia′×cos(30°+θ)+

Ucb×Ic′×cos(30°-θ)]×t

(3)

式中：Uab、Ucb、為高壓側線電壓；Ia′、Ic′為低壓側線(相)電流；θ為相電壓與相電流的夾角。由于配電變壓器不具有移相功能，所以高壓側相電壓與高壓側、低壓側相電流的夾角均相同。

根據(jù)電流互感器特性，圖1中電流互感器一次側電流與二次側電流關系滿足式(4)、式(5)：

(4)

(5)

式中：N1為計量CT倍率；N2為測量CT倍率。聯(lián)合式(1)、式(4)、式(5)代入式(3)中與式(2)比較可得到：

(6)

可知在這種情況下，對專變采集終端得到的電量信息進行如式(6)校正后再與電能表得到的電量信息進行多次比對，就能夠較準確地判斷出是否存在電量異常情況。另一種處理方法是直接將計量CT更換為多抽頭或多繞組的形式，具體電量分析方法見3.2節(jié)。

3.2 “高供高計”且計量CT自帶多抽頭或多繞組情況分析

在三相電壓對稱，三相負荷平衡的條件下，電能表計算得到的電量為

W1=[Uab×Ia×cos(30°+θ)+

Ucb×Ic×cos(30°-θ)]×t

(7)

式中：Uab、Ucb為高壓側線電壓；Ia、Ic為計量CT的計量繞組引出的高壓側線(相)電流；θ為高壓側相電壓與高壓側相電流的夾角。

同樣情況下，專變采集終端計算得到的電量為

W2=[Uab×Ia′×cos(30°+θ)+

Ucb×Ic′×cos(30°-θ)]×t

(8)

式中：Uab、Ucb為高壓側線電壓；Ia′、Ic′為計量CT的測量繞組引出的高壓側線(相)電量；θ為高壓側相電壓與高壓側相電流的夾角。

根據(jù)電流互感器特性，圖2中電流互感器一次側電流與二次側電流關系滿足：

(9)

(10)

式中：N1為計量CT倍率；N2為測量CT倍率。聯(lián)合式(9)、式(10)代入式(8)中與式(7)比較可得到：

(11)

在此種情況下，對專變采集終端得到的電量信息也需要進行如式(11)校正后再與電能表得到的電量信息進行多次比對，即可較為準確地判斷出是否存在電量異常情況。

3.3 “高供低計”情況分析

在三相電壓對稱，三相負荷平衡的條件下，電能表計算得到的電量為

W1=[Ua×Ia×cosθ+Ub×Ib×cosθ+

Uc×Ic×cosθ]×t

(12)

式中：Ua、Ub、Uc為低壓側相電壓；Ia、Ib、Ic為計量CT引出的低壓側相電流；θ為低壓側相電壓與低壓側相電流的夾角。

同樣情況下，專變采集終端計算得到的電量為

W2=[Ua×Ia′×cosθ+Ub×Ib′×cosθ+

Uc×Ic′×cosθ]×t

(13)

式中：Ua、Ub、Uc為低壓側相電壓，Ia′、Ib′、Ic′為測量CT引出的低壓側相電流；θ為低壓側相電壓與低壓側相電流的夾角。

根據(jù)電流互感器特性，圖3中電流互感器一次側電流與二次側電流關系滿足：

(14)

(15)

式中：N1為計量CT倍率；N2為測量CT倍率。聯(lián)合式(14)、式(15)代入式(13)中與式(12)比較可得到

(16)

通過式(16)對專變采集終端得到的電量信息進行校正后可與電能表得到的電量信息進行多次比對，進而能夠發(fā)現(xiàn)該專變用戶是否存在電量異常情況。

3.4 SG186系統(tǒng)及用電信息采集系統(tǒng)建設方法

在現(xiàn)場硬件設備搭建完成之后，需要對專變采集終端進行調(diào)試，調(diào)試流程見圖6。由于各廠家終端邏輯上默認自身設備為“測量點01”，所以必須通過修改參數(shù)將“測量點01”強制開啟并設置為交流采樣模式，電能表地址設置為終端的邏輯地址，這樣才可實現(xiàn)終端的計量功能。

圖6 終端硬件調(diào)試

在SG186系統(tǒng)中新建考核類型的虛擬用戶，該用戶下計量點設置為考核類型的虛擬電能表，并掛接在供異常監(jiān)控用的虛擬臺區(qū)下，最后進行采集系統(tǒng)資源同步，如圖7所示。

圖7 SG186系統(tǒng)搭建

可在用電信息采集系統(tǒng)“用戶自定義群組”中添加需要監(jiān)控的實際專變用戶和通過專變采集終端新建的虛擬用戶。在“表碼查詢”功能界面可實現(xiàn)表碼逐日跟蹤，或“電量查詢”功能界面實現(xiàn)異常時段內(nèi)的電量跟蹤，具體流程見圖8。

圖8 用電信息采集系統(tǒng)搭建

圖9 現(xiàn)場裝置實物

4 現(xiàn)場實驗驗證

以轄區(qū)內(nèi)某異常專變臺區(qū)進行實際安裝驗證，經(jīng)過現(xiàn)場勘查后發(fā)現(xiàn)，該臺區(qū)變壓器容量為800 kVA，采用“高供低計”的計量方式，計量電能表為DTZY832-Z型三相四線費控智能電能表，電能表規(guī)格為“3×220 V/380 V、3×1.5(6)A、50 Hz”，準確度等級為有功1.0級，無功2.0級。采集設備為FKGA23-WFET1000型專變采集終端，終端規(guī)格為“3×220 V/380 V、3×1.5(6)A、50 Hz”，準確度等級為有功0.5級，無功2.0級；計量CT變比為1200/5，準確度等級為0.2 S級；測量CT變比為1200/5，準確度等級為0.5 S級。由于計量CT與測量CT變比相同，根據(jù)“高供低計”電量校正公式(16)可以得到W1=W2。在此校正公式下可通過比對電量進行實際電量的異常跟蹤。

根據(jù)現(xiàn)場情況進行改造，將測量CT接入專變采集終端，完成終端上線調(diào)試和系統(tǒng)檔案維護工作，然后對該專變臺區(qū)進行多日電量信息監(jiān)控，圖9為現(xiàn)場裝置實物圖，從上到下(從左到右)依次為三相四線智能電能表、專變采集終端、計量CT、測量CT。

1)該臺區(qū)連續(xù)7 d的電量數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 7 d電量數(shù)據(jù)對比

通過計量電能表得到的電量數(shù)據(jù)7 d平均值為

177.6+153.6)÷7=174.171 4

(17)

利用貝塞爾公式得到W1的實驗標準偏差為

≈23.345

(18)

通過采集終端得到的電量數(shù)據(jù)7天平均值為

161.04+175.44+151.2)÷7

=172.217 1

(19)

同樣利用貝塞爾公式得到W2的實驗標準偏差為

兩者7 d時間內(nèi)的平均電量數(shù)據(jù)相對誤差為

=1.12%

(21)

同時兩者實驗標準偏差的相對誤差為

=-1.499%

(22)

δ1和δ2均滿足實際監(jiān)控的誤差要求，由此可見這種方法能夠達到精準監(jiān)控專變用戶電量數(shù)據(jù)異常變化的目的。

2)對比計量電能表計和采集終端3月8日全天的電量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)密度為每小時采集1個數(shù)據(jù)。通過繪制對比曲線(如圖10所示)可知，采集終端較好地完成了計量電能表計電量信息的跟蹤任務，兩者數(shù)據(jù)誤差較小，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶電量異常監(jiān)控的目的。

3)對比計量電能表計和采集終端中記錄的三相電流數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)密度為每小時采集1個數(shù)據(jù)。通過繪制A相電流比對曲線(如圖11所示)可知，采集終端也可實現(xiàn)電流信息的有效跟蹤，且相對誤差較小，可以用來監(jiān)控用戶的電流異常。

由于測量CT隱藏在配電柜中，且組數(shù)較多，不易發(fā)覺，當用戶擅自更改計量CT、智能電能表接線時，用電信息采集系統(tǒng)會監(jiān)測到兩者電量差異變化，從而監(jiān)控人員能夠較快發(fā)現(xiàn)竊電異常，同時通過專變采集終端獲取的第2組電量數(shù)據(jù)能夠為竊電處罰及電量追補提供可靠依據(jù)。

圖10 3月8日全天電量數(shù)據(jù)對比

圖11 3月8日全天電流數(shù)據(jù)對比

在后續(xù)的監(jiān)控過程中，通過對比發(fā)現(xiàn)及時查處了該用戶間歇性繞越計量裝置進行竊電的行為，為供電企業(yè)追回了電量電費損失。而實際工作中，這種新型防竊電策略也得到了區(qū)域性推廣，在異常監(jiān)控和降低線損率方面取得了一定成效。

5 結 語

根據(jù)專變臺區(qū)的現(xiàn)場實際情況，利用專變采集終端的交流采樣功能，聯(lián)合測量CT組成第2套測量回路，與專變用戶本身使用的電能表、計量CT組成計量回路形成可靠對比，通過實驗中兩者傳回數(shù)據(jù)的綜合分析，驗證了該策略的有效性和合理性。從整體推廣的角度上看，其具有的主要優(yōu)勢如下：

1)充分利用現(xiàn)場資源，如專變采集終端和測量CT，未在變壓器兩側新增加任何設備儀器，尤其是未在計量回路添加任何裝置，所以不會對計量設備造成影響；

2)充分利用竊電心理，在計量裝置背后設置第2道防線，由于測量CT的組數(shù)較多、位置隱藏，并能夠為竊電處理和追補提供可靠數(shù)據(jù)支持；

3)充分利用系統(tǒng)資源，如用電信息采集系統(tǒng)，不需要專門開發(fā)新的監(jiān)控系統(tǒng)，利用現(xiàn)有的通訊主站，在終端上線調(diào)試完成之后，即可進行每日異常監(jiān)控。