智能反竊電裝置設(shè)計(jì)

1、摘摘 要要本文介紹了一種智能反竊電裝置系統(tǒng)。該系統(tǒng)從高壓母線上獲取系統(tǒng)電源， 從母線直接獲取用戶真實(shí)用電信號(hào)，并以此為依據(jù)準(zhǔn)確的判斷用戶是否竊電。系統(tǒng)應(yīng)用微處理器，一旦用戶竊電，系統(tǒng)將自動(dòng)記錄用戶竊電的詳細(xì)竊電信息。在以上的根底上，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一體化方案，即將系統(tǒng)的電源、處理電路固化在一起安裝在高壓母線上，這種結(jié)構(gòu)可以有效地防止用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行破壞。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: 反竊電反竊電 系統(tǒng)電源系統(tǒng)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(shù)研究的意義.11.2 反竊電技術(shù)研究的現(xiàn)狀.11.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路.41.4 主要內(nèi)容概述.41.5 系統(tǒng)的技術(shù)要求.5第二章第二章 系系統(tǒng)統(tǒng)總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì).62.1 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì).62.2 電源 CT 的設(shè)計(jì).72.3 電源電路設(shè)計(jì).92.4 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì).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(hào)采樣

5、.203.4 用戶竊電方法的判別.23第四章第四章 總結(jié)總結(jié).29參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).30致致 謝謝.31第一章第一章 緒緒 論論1.1 反竊電技術(shù)研究的意義反竊電技術(shù)研究的意義長(zhǎng)期以來(lái)，竊電問(wèn)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(lái)很大難度，我們很有必要對(duì)竊電的方式方法進(jìn)行研究，以期更好地提高反竊電技術(shù)水平，徹底堵塞竊電漏洞。電是商品。我國(guó)電力法的公布，明確了供用電雙方的權(quán)利和義務(wù)，使電力市場(chǎng)走上標(biāo)準(zhǔn)化、法制化的道路。用戶用電必須按照國(guó)家核準(zhǔn)的電價(jià)和計(jì)量裝置的記錄按時(shí)交納電費(fèi)。竊電是一種違法犯罪行為，禁止任何單位和個(gè)人非法侵占、使用電能。但是在現(xiàn)實(shí)生活中一些企業(yè)和個(gè)人受非法

6、獲利思想的驅(qū)使進(jìn)行竊電以到達(dá)少繳納電費(fèi)甚至不繳納電費(fèi)的目的，國(guó)家和電力經(jīng)營(yíng)企業(yè)因此蒙受了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。竊電行為不僅損害了國(guó)家和電力經(jīng)營(yíng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，還危及電網(wǎng)正常運(yùn)行，阻礙電力工業(yè)正常開展。個(gè)別用戶的私拉亂掛極易引發(fā)電網(wǎng)事故，使合法用戶的權(quán)益無(wú)辜受害，影響地區(qū)經(jīng)濟(jì)的健康開展隨著供電部門對(duì)竊電行為的嚴(yán)肅查處，竊電用戶的竊電行為越來(lái)越隱蔽。而電力部門僅能對(duì)一些具有竊電嫌疑的電力用戶實(shí)行突擊檢查，不可能對(duì)所有用戶進(jìn)行全天監(jiān)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(fù)正常計(jì)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(wú)法發(fā)現(xiàn)。所以，要同竊電行為做斗爭(zhēng)，

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(shù)研究的現(xiàn)狀反竊電技術(shù)研究的現(xiàn)狀 竊電行為給國(guó)家、社會(huì)造成了巨大的危害，許多研究部門開發(fā)了各種反竊電裝置，有的已經(jīng)制成產(chǎn)品掛網(wǎng)使用。針對(duì)使用不同類型電能表的電力用戶，有不同結(jié)構(gòu)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(jīng)過(guò)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(gè)前提條件，就是在短路 CT 次級(jí)輸出的同時(shí)不短路 CT 的次級(jí)輸出。但是ghCT 的次級(jí)輸出直接暴露在低壓側(cè)，容易被用戶做

8、手腳。如果用戶在短路 CTh的同時(shí)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g(shù)hgh器 CT 次級(jí)沒(méi)有信號(hào)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(hù)功能也比較差，其判斷機(jī)構(gòu)裸露在外，容易被用戶做手腳，并且整個(gè)系統(tǒng)的電源直接采自低壓 220V 電網(wǎng)，很容易被用戶切斷電源使整個(gè)裝置無(wú)法工作。 電能表電壓、電流回路實(shí)時(shí)檢測(cè)器電能表電壓、電流回路實(shí)時(shí)檢測(cè)器2 這種裝置判斷電流型竊電的根本原理是檢測(cè)電能表的電流線圈所流過(guò)的三相電流之和，當(dāng)電流線圈上的三相電流之和不為零時(shí)，認(rèn)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(shí)，由于穿過(guò)檢測(cè)電流互感器的三相電流出現(xiàn)不平衡，檢測(cè)電流互感器將有信號(hào)輸出，此時(shí)系統(tǒng)能正常工作記錄用戶的竊電行為。但是當(dāng)用戶同時(shí)全部短路三相電流，會(huì)使穿過(guò)檢測(cè) CT 的三相電流消失或仍然會(huì)維持穿過(guò)檢測(cè) CT 的三相電流相等，此時(shí)由于 CT 沒(méi)有信號(hào)輸出系統(tǒng)不能識(shí)別這種竊電手段。同樣，這種裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)也裸露在低壓空間中，電源取自低壓 220V 電網(wǎng)，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(jīng)仔細(xì)分析，現(xiàn)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(cè)比較手段上存在著“自己比自己的弱點(diǎn)，也就是說(shuō)用作比較基準(zhǔn)的信號(hào)或者是直接是要檢測(cè)的信號(hào)，或者是

10、通過(guò)相同位置上的 CT 取過(guò)來(lái)的信號(hào)，在用戶的某些竊電方式下容易失去比較基準(zhǔn)，不能進(jìn)行正確判斷，造成功能上的缺陷。 2、檢測(cè)儀安裝在低壓側(cè)，這無(wú)疑給電力部門帶來(lái)了保護(hù)反竊電裝置的新課題，并且其電源取自低壓電網(wǎng)或電能表的測(cè)量 PT，容易受到人為破壞或者在用戶斷路 PT 時(shí)失去工作電源。 3、功能單一，僅能記錄用戶的總竊電次數(shù)和總竊電時(shí)間，無(wú)法記錄用戶每次竊電的具體竊電情況，包括起始時(shí)間、竊電方式、結(jié)束時(shí)間等，不能給電力部門進(jìn)行處理時(shí)提供比較詳細(xì)的依據(jù)。 可見，開發(fā)具有自動(dòng)進(jìn)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(fù)荷控制系統(tǒng)的推廣，要求有一種帶有實(shí)時(shí)總線的反竊電裝置，使電力部門能及

11、時(shí)了解用戶的用電狀態(tài)，以便做出反響。1.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路思路 電源 CT采樣 CT電源變換電路采樣處理AD 轉(zhuǎn)換換換電壓基準(zhǔn)比較電路 1電能表信號(hào)采樣信號(hào)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(tǒng)主機(jī)的原理結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)的工作原理可以簡(jiǎn)述為:利用電源 CT 從高壓母線感應(yīng)出電流，通過(guò)電源變換電路為系統(tǒng)的其余局部提供+5V 的工作電源。同時(shí)通過(guò)采樣 CT 從高壓母線上獲取用戶用電的真實(shí)電流信號(hào)，以這個(gè)信號(hào)作為基準(zhǔn)，與從用戶電能表側(cè)取得的電能表記錄的用戶的電流信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)從電能表側(cè)取得的信號(hào)小于從母線上取得的信號(hào)時(shí)，認(rèn)為用戶正在進(jìn)行電流型竊電;系統(tǒng)對(duì)用戶

12、是否進(jìn)行電壓型竊電的判別是通過(guò)從用戶電能表側(cè)取得的電壓信號(hào)與基準(zhǔn)電壓比較，當(dāng)用戶電能表側(cè)的信號(hào)小于基準(zhǔn)電壓時(shí)，認(rèn)為用戶正在電壓型竊電。當(dāng)判斷用戶有竊電時(shí)，微處理器根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間記錄用戶的竊電開始時(shí)間和竊電方式，根據(jù)采樣 CT 的信號(hào)計(jì)算用戶竊電時(shí)的參考用電量，在用戶竊電結(jié)束時(shí)記錄用戶竊電的結(jié)束時(shí)間，并隨時(shí)響應(yīng)手持機(jī)或負(fù)控中心發(fā)出的指令，將用戶的竊電信自、發(fā)送給手持機(jī)或負(fù)控中心。1.4 主要內(nèi)容概述主要內(nèi)容概述論文中的主要工作是大型電力用戶反竊電系統(tǒng)主機(jī)的設(shè)計(jì)。在論文中分 4局部對(duì)反竊電裝置的研制做詳細(xì)闡述: 第一章 緒論介紹了反竊電技術(shù)研究的重要性、開展現(xiàn)狀，提出了論文的技術(shù)路線和裝

13、置的總體結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)的總體概述。第二章 電源設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是電源 CT、電源電路的設(shè)計(jì)和電源性能的測(cè)試以及微處理器局部設(shè)計(jì)，并從硬件和軟件兩方面介紹了微處理器局部的設(shè)計(jì)。第三章用戶竊電的判斷在簡(jiǎn)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(jié)1.5 系統(tǒng)的技術(shù)要求系統(tǒng)的技術(shù)要求(1)同時(shí)在高壓側(cè)和低壓電表側(cè)采集用戶用電的真實(shí)信號(hào)和電表記錄的用戶用電信號(hào)，二者進(jìn)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(tǒng)電源便可為系統(tǒng)供電使系統(tǒng)正常工作，用戶不用電，系統(tǒng)失去電源，此時(shí)用戶也不存在竊電情況。 (3)竊電儀使用

14、兩種數(shù)據(jù)通訊方式:一種是紅外數(shù)據(jù)傳送方式，使用這種方式進(jìn)行通訊的反竊電儀為型機(jī)，安裝在沒(méi)有負(fù)控終端的配電室內(nèi);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(jī)，安裝在已經(jīng)配備負(fù)控終端的配電室內(nèi)，可以通過(guò)負(fù)控終端與負(fù)控中心進(jìn)行通訊?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)使用情況，I 型機(jī)分為主機(jī)與分機(jī)兩局部，主機(jī)掛在用戶高壓側(cè)用于檢測(cè)記錄用戶的竊電情況，分機(jī)為手持式、漢字顯示，主機(jī)和分機(jī)可以通過(guò)紅外進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)地址編碼，一臺(tái)分機(jī)可以讀取多臺(tái)主機(jī)的數(shù)據(jù)，以降低單機(jī)平均本錢。II 型機(jī)的通訊局部和監(jiān)測(cè)用戶用電情況的主機(jī)固化在一起，通過(guò)雙絞線與負(fù)控終端連接。 (4)一體化模塊式結(jié)構(gòu)。為了防止人為破壞和確

15、保平安可靠，將主機(jī)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(cè)，使用戶無(wú)法對(duì)主機(jī)做手腳。第二章第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)系統(tǒng)電源要保證在母線電流變化時(shí)，能正常提供后續(xù)電路工作所需要的+5V 電源。2.1.1 電源設(shè)計(jì)整體概述電源設(shè)計(jì)整體概述系統(tǒng)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(cè)處理電路固化在一起，安裝在高壓母線側(cè)，這樣可以提高電源的自我保護(hù)能力，使用戶難以對(duì)電源進(jìn)行破壞。電路原理圖如圖 2-1 示。圖 2-1 電源電路圖系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)中要解決兩個(gè)問(wèn)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(tǒng)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(gè)條件，母線電流增大時(shí)，電流互感器的次級(jí)輸出電流成比例增大，對(duì)于同樣的二次負(fù)載，功耗將增大很多，這就要求解決母線電流較大時(shí)能量的旁路和散熱等問(wèn)題。2.2 電源電源 CTCT 的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì) 電源 CT 為母線式電流互感器，在結(jié)構(gòu)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(nèi)有為通過(guò)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(guān)系電流互感器的根本電磁關(guān)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(jí)線圈的銅阻，X 是初級(jí)線圈的漏感，將初級(jí)線圈的銅

17、阻和漏11感劃出之后，就剩下一個(gè)理想鐵芯線圈電路，但鐵芯中仍然有能量的損耗和儲(chǔ)放，可用等效的電阻 R 和電感 X 表示;R 是折合到初級(jí)的次級(jí)銅阻，X 是折mm22合到初級(jí)的次級(jí)漏感，Z 是折合到初級(jí)的次級(jí)負(fù)載。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)電勢(shì)平衡和磁f勢(shì)平衡方程式為:E =U +I (R +jX )=I Z + I (R +jX ) 2-1222222f222流過(guò) X 的電流在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生磁通，稱此電流為勵(lì)磁電流。電流互感器在正m常運(yùn)行時(shí)，其次級(jí)阻抗 Z 較小，繞組電勢(shì)很小，磁通密度較低。隨著負(fù)載阻抗f增加，感應(yīng)鐵芯磁通密度相應(yīng)增大，增大到一定程度，鐵芯出現(xiàn)飽和。此時(shí)電流互感器的次級(jí)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(shí)諧波的產(chǎn)生也對(duì)電子器件的正常工作產(chǎn)生影響。在高飽和后鐵芯會(huì)殘留較大的剩磁，使測(cè)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(shè)計(jì)是要保證反竊電主機(jī)能適應(yīng)母線電流變化較大的情況。當(dāng)母線電流較低時(shí)，要保證系統(tǒng)能正常工作，互感器的次級(jí)必須要有足夠的輸出，根據(jù)式 2-1，互感器鐵芯的損耗應(yīng)該越小越好。系統(tǒng)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(xù)卷繞成梯形截面的二柱式鐵芯，無(wú)切割、圓形截面，具有以下特點(diǎn)：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(wú)氣隙，漏磁低，低于 E-I 型鐵芯的十分之一3. 鐵芯無(wú)切割，損耗低，效率高，產(chǎn)熱小于 E-I 型鐵芯的一半。4. 無(wú)切割結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)互感器二次線圈的設(shè)計(jì)互感器二次線圈的設(shè)計(jì)主要是線圈匝數(shù)確實(shí)定和繞線類型的選擇。系統(tǒng)在正常工作時(shí)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?？紤]到集成穩(wěn)壓器的輸入輸出壓差，互感器的輸出電壓不能低于9V。同時(shí)，互感器得輸出電流、電壓不能過(guò)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(shù)的計(jì)算公

20、式為:W= 2-fE22式 2-2 中，f 為工頻 50Hz, = BS 為磁通量。對(duì)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(shè) E 取 9V，由 3-2 可得 W=5972匝。這說(shuō)明要在次級(jí)產(chǎn)生 9V 電壓，互感器的次級(jí)線圈不能低于 59 匝。對(duì)于輸出電流，假設(shè)要求互感器在初級(jí)電流為 5A 時(shí)輸出 30mA 電流，根據(jù)互感器的初級(jí)、次級(jí)電流之比可以算出互感器的次級(jí)線圈最多為 166 匝，考慮到互感器的漏感、利用效率等因素，實(shí)際匝數(shù)要比這個(gè)匝數(shù)少。系統(tǒng)中選用的電流互感器二次線圈的匝數(shù)為 140 匝。電源互感器的二次線圈銅芯截面積確實(shí)定主要取決于熱計(jì)算，銅導(dǎo)

21、線長(zhǎng)期工作的電流密度應(yīng)限制在 23A/mm 之內(nèi)。 22.3 電源電路設(shè)計(jì)電源電路設(shè)計(jì)電源電路要保證在互感器電流變化時(shí)，特別是在互感器二次電流較大時(shí)，電源能為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 5V 電壓。電源電路圖己經(jīng)在圖 2-1 中給出。電流互感器(CT)的二次電流經(jīng)過(guò)整流橋 B1 整流、電容 C1, C2, C3 濾波后送入后面的穩(wěn)壓電路。主機(jī)在與手持機(jī)或負(fù)控終端進(jìn)行通訊時(shí)，瞬時(shí)功耗將增加一倍多，電容C1, C2 主要起儲(chǔ)能作用，使系統(tǒng)在母線電流較低時(shí)(5A 左右)主機(jī)能正常進(jìn)行與手持機(jī)或負(fù)控終端進(jìn)行通訊。D 是多個(gè)二極管串聯(lián)，可以起到限壓的作用，在母線上的電流較大時(shí)保護(hù)整個(gè)電路，此時(shí) D 為電路中的主要耗

22、能局部，在封裝時(shí) D 與系統(tǒng)的線路板分開，單獨(dú)散熱，系統(tǒng)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(hù)穩(wěn)壓塊 7085。TVSS 為瞬時(shí)電壓浪涌抑制器，當(dāng)受到瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，能吸收能量高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌，響應(yīng)時(shí)間 10秒，將兩極之間的電壓鉗位于一個(gè)定值，這個(gè)128器件在電路中的主要作用是防止電網(wǎng)瞬間過(guò)壓或受到雷擊對(duì)后面電路的危害。2.3.1 串聯(lián)二極管的保護(hù)作用串聯(lián)二極管的保護(hù)作用電流互感器的次級(jí)輸出電流變化比較大，在電源 CT 大電流輸出時(shí)必須能消耗掉多余的能量，提供應(yīng)后面電路正常工作所需的電壓。圖 2-3

23、 的實(shí)驗(yàn)電路是為了驗(yàn)證二極管的作用而設(shè)計(jì)的。由于實(shí)驗(yàn)室中很難得到 200A 的電流，所以在驗(yàn)證二極管的保護(hù)作用時(shí)沒(méi)有使用電流互感器，而是直接使用穩(wěn)壓電源給二極管供電，這樣也可以得到與主機(jī)掛網(wǎng)運(yùn)行時(shí)同樣的效果。圖 2- 3 串聯(lián)二極管的輸出電壓隨電流變化的測(cè)試電路圖 2-3 中的 R1, R2, R3, R4 是四只 5.1，5W 的電阻實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)電壓源的輸出，控制回路中的電流變化的關(guān)系。2.4 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)微處理器局部的主要功能是記錄用戶每次竊電的起始時(shí)間、竊電方式、結(jié)束時(shí)間，計(jì)算用戶在這段時(shí)間的參考用電量，并能通過(guò)紅外或 RS485 總線響應(yīng)手持機(jī)或負(fù)控中。包括兩局部，首

24、先是微處理器局部的硬件電路設(shè)計(jì)，第二局部是軟件設(shè)計(jì)。 硬件電路硬件電路微處理器硬件電路的設(shè)計(jì)原那么是在保證系統(tǒng)功能和可靠性的前提下，盡量降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗，減少元器件的數(shù)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(jī)、存儲(chǔ)器、A/D 轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘芯片、紅外收發(fā)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(zhuǎn)換、存儲(chǔ)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(chǔ)器AD 轉(zhuǎn)換器母線電流信號(hào)基準(zhǔn)源微處理器用戶竊電信號(hào)實(shí)時(shí)時(shí)鐘紅外接收紅外發(fā)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(jiǎn)介AT87F51 為系統(tǒng)的主處理器。AT87F51 為 CFIMOS 芯片，允許電壓的波動(dòng)范圍為 5V20%;內(nèi)部帶有 4K 程序存儲(chǔ)器(ROM)和 128B 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM);通過(guò)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(guò)編程選擇四種通訊方式;有兩個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器具有四種工作方式;有五個(gè)中斷源，可分為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)是可以編程選定的;內(nèi)部 RAM 中開辟了 4 組通用工作存放器區(qū)，每組 8 個(gè)通用存放器，能適應(yīng)多個(gè)中斷和子程序嵌套的情

26、況;有功能強(qiáng)大的布爾處理器;有豐富的尋址方式和指令系統(tǒng)，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(jī)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(fù)位均可終止等待方式。112、X25045 芯片簡(jiǎn)介X25045 是 Xicor 公司生產(chǎn)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(shí)器、復(fù)位控制和 EEPROM 集成在單個(gè) 8 引腳封裝的CMOS 器件內(nèi)，將電源監(jiān)控和看門狗定時(shí)功能與高速、三線、非易失性存儲(chǔ)器組合在一起，降低了系統(tǒng)對(duì)電路板空間的要求。其存儲(chǔ)器局部是 4096 位串行EEPROM，具有簡(jiǎn)

27、單的三總線工作的串行外設(shè)接口 SPI，提供了不小于 100,000次的使用期限和最少 100 年的數(shù)據(jù)保存期。3、TLC549 芯片簡(jiǎn)介TLC549 是以 8 位電容逐次逼近 A/D 轉(zhuǎn)換器為根底而構(gòu)造的 CMOSA/D 轉(zhuǎn)換器。能通過(guò) 3 態(tài)數(shù)據(jù)輸出與微處理器或外圍設(shè)備串行接口。TLC549 僅用輸入/輸出時(shí)鐘(I/O CLOCK)和芯片選擇(CS)輸入做數(shù)據(jù)控制。其 I/O CLOCK 輸入頻率最高可達(dá) 1.1MHz。TLC549 提供了內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘，它通常工作在 4MHz 而不需要任何外部元件。I/O CLOCK 和內(nèi)部時(shí)鐘一起可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送和每秒 40,000 次轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)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(diào)整誤差最大為0.5LSB，是較理想的低本錢、高性能的 A/D 轉(zhuǎn)換器件。TLC549 只需要片選信號(hào) CS、時(shí)鐘 CLK、數(shù)據(jù)輸出 OUT 三根口線與單片機(jī)相連。4、DS12887A 芯片簡(jiǎn)介DS12887A 是一個(gè)雙列 24 腳實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。內(nèi)部帶有鋰電池，振蕩晶體，寫保護(hù)電路，非易失性記時(shí)時(shí)鐘，靜態(tài) RAM，報(bào)警時(shí)鐘，百年日歷，可編程方波發(fā)生器。通過(guò) MOT 腳的電平選擇可以選擇與 51 系列單片機(jī)兼容的總線方式。當(dāng)外部輸入電壓高于 4.25V 時(shí)，DS 12887 正常工作;當(dāng)外部輸入電壓低于 4.25

29、 V 時(shí)，無(wú)論外部片選信號(hào)的上下，DS 12887 的片選被強(qiáng)制置成無(wú)效，內(nèi)部RAM 被寫保護(hù)，此時(shí)所有輸入無(wú)效。外部電壓降到 3V 以下時(shí)，外部電壓被斷開，由內(nèi)部鋰電池給實(shí)時(shí)時(shí)鐘和內(nèi)部 RAM 供電，以保證時(shí)鐘的正確性。12 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)1、系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的軟件局部由系統(tǒng)初始化模塊、系統(tǒng)監(jiān)控模塊和系統(tǒng)動(dòng)作模塊三個(gè)局部組成。按照作用的不同，系統(tǒng)的監(jiān)控模塊和動(dòng)作模塊可以分為三個(gè)層次，圖2-6 是系統(tǒng)的監(jiān)控軟件和動(dòng)作程序的結(jié)構(gòu)框圖。 監(jiān)控程序ACT1ACT2ACT3ACT4ACT5ACT6ACT7ACT8X25045讀寫模塊電量采集模塊系統(tǒng)時(shí)鐘控制模塊紅外(485)指令接受模塊紅外(4

30、85)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊圖 2-6 系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)框圖圖 2-6 中的監(jiān)控程序?yàn)楣芾韺?，作為系統(tǒng)的管理核心，用來(lái)調(diào)度和管理各項(xiàng)任務(wù)。ACT1 ACT8 是系統(tǒng)的 8 個(gè)主要?jiǎng)幼髂K，包括竊電開始處理模塊、竊電繼續(xù)處理模塊、竊電結(jié)束處理模塊、讀系統(tǒng)時(shí)間模塊、修改系統(tǒng)時(shí)鐘模塊、讀竊電記錄模塊、讀竊電狀態(tài)模塊、去除記錄模塊，這些模塊作為系統(tǒng)的任務(wù)層，程序運(yùn)行過(guò)程中，監(jiān)控程序根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)或外部的命令執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作模塊。上述的動(dòng)作模塊由支撐層的 5 個(gè)主要任務(wù)模塊提供各種功能支持，這 5 個(gè)任務(wù)模塊有X25045 讀寫模塊電量采集模塊系統(tǒng)時(shí)鐘控制模塊紅外(RS-485 )指令接收模塊紅外(RS-485 )數(shù)

31、據(jù)發(fā)送模塊，其中每個(gè)模塊還可以分為幾個(gè)更小的模塊。這種程序結(jié)構(gòu)不但能增加程序的可讀性，便于系統(tǒng)維護(hù)和功能的擴(kuò)充，而且對(duì)系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)有重要的意義。2、單片機(jī)的軟件流程單片機(jī)在復(fù)位后，根據(jù)用戶現(xiàn)在的用電狀態(tài)(有無(wú)竊電)和從 X25045 讀出的用戶以前的用電狀態(tài)，判斷執(zhí)行下面四種主要?jiǎng)幼髂K中的一個(gè):竊電開始、竊電結(jié)束、繼續(xù)竊電、繼續(xù)無(wú)竊電。相應(yīng)的動(dòng)作模塊處理結(jié)束以后，根據(jù)當(dāng)時(shí)的內(nèi)部情況和外部狀態(tài)，設(shè)置相應(yīng)的喚醒方式，通過(guò)軟件設(shè)置使微處理器進(jìn)入節(jié)電運(yùn)行狀態(tài)。等待相應(yīng)時(shí)間后，由定時(shí)中斷或 X25045 將單片機(jī)喚醒，重復(fù)執(zhí)行下一個(gè)周期。圖 2-7 是系統(tǒng)軟件的流程圖。用戶以前竊電？用戶當(dāng)前有竊電

32、？竊電繼續(xù)模 塊模塊進(jìn)入節(jié)電運(yùn)行狀態(tài)定時(shí)中斷喚醒YY竊電結(jié)束模 塊N用戶當(dāng)前有竊電？竊電開始模 塊Y無(wú)竊電繼續(xù)模塊N進(jìn)入節(jié)電運(yùn)行狀態(tài)NX25045 喚醒初始化圖 2-7 系統(tǒng)軟件流程圖單片機(jī)進(jìn)入等待工作方式后，內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)仍然供應(yīng)中斷系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和串行口。系統(tǒng)在有竊電時(shí)的定時(shí)中斷喚醒就是利用了單片機(jī)的這一特點(diǎn)。在用戶無(wú)竊電時(shí)使用的 X25045 喚醒是利用了 X25045 的定時(shí)復(fù)位功能，通過(guò)復(fù)位將單片機(jī)喚醒。之所以在不同場(chǎng)合用兩種喚醒方式，是為了更方便確實(shí)定系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，并且 X25045 的喚醒時(shí)間有一定的誤差，不能用在有竊電時(shí)參考竊電量的計(jì)算，在用戶無(wú)竊電時(shí)單片機(jī)定時(shí)復(fù)位，能

33、提高單片機(jī)運(yùn)行的可靠性。流程圖中沒(méi)有給出系統(tǒng)響應(yīng)外部命令的流程，因?yàn)橥獠棵钶斎胧亲鳛橄到y(tǒng)的串行中斷，當(dāng)系統(tǒng)工作在節(jié)電運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，這個(gè)中斷能隨時(shí)喚醒單片機(jī)進(jìn)行中斷處理，而在正常的運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)也是隨時(shí)響應(yīng)這個(gè)中斷。單片機(jī)能響應(yīng)的外部命令有:讀用戶竊電記錄、讀用戶當(dāng)前用電狀態(tài)、讀系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間、修改系統(tǒng)時(shí)間、去除記錄。3、竊電信息的記錄模塊開始置竊電開始時(shí)間置竊電結(jié)束時(shí)間= 竊電開始時(shí)間置參考竊電量=0竊電記錄數(shù)加 1設(shè)置竊電標(biāo)志模塊結(jié)束模塊開始累加參考竊電量修改竊電結(jié)束時(shí)間竊電方式發(fā)生改變？修改竊電方式模塊結(jié)束YN模塊開始累加參考竊電量修改竊電結(jié)束時(shí)間置無(wú)竊電標(biāo)志模塊結(jié)束圖 2-8 竊電開始

34、圖 2-9 竊電繼續(xù) 圖 2-10 竊電結(jié)束模塊流程圖 模塊流程圖 模塊流程圖 系統(tǒng)記錄的用戶竊電信息主要是指用戶的總竊電次數(shù)、用戶當(dāng)前的竊電狀態(tài)(有無(wú)竊電)和用戶每一次竊電的起始時(shí)間(5 字節(jié))、參考竊電量(4 字節(jié))、竊電方式(1 字節(jié))、結(jié)束時(shí)間(5 字節(jié))，其中用戶的竊電起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間精確到分，參考竊電量的值為一個(gè)比例量，手持機(jī)或負(fù)控中心讀得這一數(shù)據(jù)后乘一個(gè)系數(shù)后能得到用戶的參考竊電量(千瓦時(shí))。這些信息全部存儲(chǔ)在串行 EEPROM X25045 中。與用戶竊電信息記錄有關(guān)的有 3 個(gè)動(dòng)作模塊:竊電開始模塊，繼續(xù)竊電模塊和竊電結(jié)束模塊。監(jiān)控模塊可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的具體情況，調(diào)用這 3 個(gè)

35、模塊中的一個(gè)。圖 2-8, 2-9, 2-10 是這三個(gè)模塊的流程圖。這三個(gè)模塊再加上無(wú)竊電繼續(xù)模塊就構(gòu)成了系統(tǒng)軟件的主干。無(wú)竊電繼續(xù)模塊比較簡(jiǎn)單，這里不再贅述。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到用戶開始竊電時(shí)，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(shí)間和竊電結(jié)束時(shí)間相等，參考竊電量為 0。此后，只要用戶繼續(xù)竊電，單片機(jī)將對(duì)母線上的電流進(jìn)行累加，并在每三分鐘結(jié)束時(shí)刷新一次參考竊電量和竊電結(jié)束時(shí)間。如果此時(shí)用戶的竊電方式發(fā)生改變，也將當(dāng)前的竊電方式參加到以前的竊電方式中。在用戶竊電結(jié)束時(shí)的主要工作是修改用戶的用電狀態(tài)標(biāo)記為無(wú)竊電。在繼續(xù)竊電模塊中，竊電結(jié)束時(shí)間、參考竊電量是被不斷刷寫而不

36、是在竊電結(jié)束時(shí)一次性寫入，這種做法的優(yōu)點(diǎn)是能保證在電壓缺乏或干擾導(dǎo)致 RAM數(shù)據(jù)喪失的情況下，系統(tǒng)不會(huì)誤記竊電結(jié)束時(shí)間，也不會(huì)喪失過(guò)多的竊電量，缺點(diǎn)是每一條記錄的竊電結(jié)束時(shí)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(jié)的寫入次數(shù)有一定的限度。為了延長(zhǎng) X25045 的壽命，在X25045 中使用三個(gè)地址做為指針(1FFH, 1F8H, 1FOH)，通過(guò)三二表決方式確定一個(gè)記錄指針來(lái)標(biāo)記記錄信息在 X25045 中的起始位置，每一次刪除記錄后，這三個(gè)指針同時(shí)加 5，這樣防止了 X25045 的同一個(gè)位置被頻繁改寫。由于三個(gè)指針在 X25045 中的位置不連續(xù)，同時(shí)有兩位數(shù)據(jù)

37、被破壞的概率很小，這樣對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響不大，但卻極大的延長(zhǎng)系統(tǒng)的壽命。表(2-1)是記錄信息在 X25045 中的存儲(chǔ)方式。X25045 的 ROM 為 512 字節(jié)，除去必需的數(shù)據(jù)和標(biāo)志外，可以存儲(chǔ) 32 條竊電記錄。表 2-1 竊電信息在 X25045 中的存儲(chǔ)方式1FFH1F8H1F0H存放記錄指針X地址XX+3X+6XX+2X+5X+4X+7存放內(nèi)容竊電標(biāo)志竊電記錄數(shù)ROM 標(biāo)志第一條記錄開始說(shuō)明AA 表示有竊電55 表示無(wú)竊電存放的記錄最多為 32 條檢驗(yàn) ROM 是否有效順序放置，每條 15 個(gè)字節(jié) 向 X25045 中寫入一個(gè)字節(jié)，應(yīng)首先向 X25045 發(fā)出 WREN 指令將

38、 X25045的“寫使能鎖存器置位。在發(fā)送 WREN 指令過(guò)程中，CS 首先被拉至低電平，然后 WREN 指令由時(shí)鐘同步送入 X25045，在指令的所有 8 位被發(fā)送之后，將CS 變?yōu)楦唠娖?，如果?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(shí)鐘發(fā)出 WRITE 指令，之后保持 CS 為低電平，繼續(xù)提供時(shí)鐘，將 1 至 4 個(gè)字節(jié)隨時(shí)鐘發(fā)出，在程序中完成一個(gè)字節(jié)的讀寫約為 400s，如果一次寫入一頁(yè)(4 個(gè)字節(jié))，平均每一位的寫入時(shí)間約為 250s。從 X25045 讀出一個(gè)字節(jié)，只要將 CS 變低，隨時(shí)鐘發(fā)出讀命令和要讀出字節(jié)的地址，繼續(xù)保持 CS

39、 并提供時(shí)鐘，要讀出字節(jié)的內(nèi)容將隨時(shí)鐘出現(xiàn)在 X25045 的SO 引腳上。4、系統(tǒng)時(shí)鐘的操作在用戶的竊電信息中，竊電開始時(shí)間、竊電結(jié)束時(shí)間是一條竊電記錄中比較重要的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)時(shí)間的操作有兩個(gè)主要局部，首先是在發(fā)現(xiàn)用戶竊電時(shí)，單片機(jī)從 DS 12887 中讀取系統(tǒng)時(shí)間，其次就是能根據(jù)外部指令讀取和校正系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間。這局部軟件編寫的根底是對(duì) DS12887 的操作。DS12887 自身有地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線，單片機(jī)對(duì)時(shí)間的操作實(shí)際上是對(duì) DS12887 內(nèi)的 RAM 映象進(jìn)行操作。在修改系統(tǒng)時(shí)間時(shí)，為了防止出錯(cuò)，應(yīng)將 DS 12887 中存放器 B 的 SET位置位；而在讀系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)，為了防止讀出

40、的時(shí)間上下字節(jié)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(shí)間讀取數(shù)據(jù)。經(jīng)計(jì)算，程序中從 DS12887 讀取完整的系統(tǒng)時(shí)間為 80s5、參考竊電量的計(jì)算電力法第 71 條規(guī)定， “盜竊電能的，由電力部門責(zé)令其停止違法行為，追繳電費(fèi)，并處以應(yīng)繳電費(fèi)五倍以下罰款。系統(tǒng)記錄用戶的參考竊電量，實(shí)際上是記錄用戶在竊電時(shí)間內(nèi)的參考用電量，以給電力部門的追繳電費(fèi)和處分提供客觀的依據(jù)。無(wú)論負(fù)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(shí)間 T 內(nèi)的功耗可以由下式得出:W= 2-Tdttitu0)()(jNjjiu03根據(jù)上面公式，要

41、想比較精確的計(jì)算用戶的竊電量，必須同時(shí)對(duì)母線上的電壓和電流進(jìn)行采樣，精度越高，單位時(shí)間的采樣點(diǎn)就必須越多。在實(shí)際應(yīng)用中，由于系統(tǒng)所給出的竊電量只是電力部門對(duì)竊電用戶進(jìn)行處分的參考，而精確測(cè)量用戶的竊電量必須增加大量的硬件(三個(gè) PT 測(cè)量電壓、一個(gè) CT 測(cè)量電流和相應(yīng)的處理電路)，這樣大大增加了系統(tǒng)的體積、本錢。所以在實(shí)際計(jì)算用戶竊電時(shí)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(tǒng)時(shí)，上式假設(shè)要成立，必須滿足以下 2 個(gè)條件: 1、母線上的電壓電流波形必須是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波;2、母線上三相電壓都為一個(gè)定值并保

42、持不變，三相電流平衡;顯然，在電網(wǎng)運(yùn)行的大局部時(shí)間內(nèi)，上述兩個(gè)條件不能得到滿足，但考慮一下三個(gè)因素:1、10kV 電壓的總諧波畸變率的最大值規(guī)定為 4%;142、10kV 電網(wǎng)的供電電壓的允許偏差值最大為額定電壓的士 7%;153、電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中嚴(yán)禁三相用戶單相用電，以防止電網(wǎng)中三相電流出現(xiàn)嚴(yán)重的不平衡現(xiàn)象;從現(xiàn)場(chǎng)的觀測(cè)情況來(lái)看，配電室內(nèi)一次變側(cè)三相電流根本平衡。雖然公式 2-4 不能用來(lái)精確計(jì)算用戶的用電量，但可以用做電力部門對(duì)竊電用戶進(jìn)行處分時(shí)的參考。母線電流信號(hào)在第三章中已經(jīng)得到，是一條脈動(dòng)非常小的曲線，單片機(jī)在記錄用戶的竊電量時(shí)，就是每 20ms 中對(duì)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(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)給出的用戶參考竊電量實(shí)際上是母線上電流累加量的一個(gè)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(jié)構(gòu)、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(hào)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(jié)構(gòu)上看，目前電力用戶用電的計(jì)量裝置廣泛使用的是感應(yīng)式電能表。三相三線制電路，可以用兩只單相電能表測(cè)量其消耗的電能，也可以用一只三相二元件電能表進(jìn)行測(cè)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(shí)際上是兩只單相電能表的組合。將兩個(gè)元件單獨(dú)考慮。第一元件所測(cè)得的功率瞬時(shí)值為:P =ui = (u u )i 3-1abaaba1第二元件所測(cè)得的功率瞬時(shí)值為:P = ui = (u u ) 3-2cbccb2電能表測(cè)得的總功率為二元件所測(cè)得的功率之和:P=P +P =u i u i u (i i ) 3-1

45、2aaccbac3因?yàn)槿嗳€制各相電流瞬時(shí)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(yè)的供電設(shè)施上，擅自接線用電；2. 繞越供電企業(yè)的供電裝置用電；3. 偽造或開啟法定的或者授權(quán)的計(jì)量檢定；4. 成心損壞供電企業(yè)的供電計(jì)量裝置；5. 成心使供電企業(yè)的用電裝置失效。據(jù)電能計(jì)量部門統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)單的做法是將電壓引入端子排上的端子松動(dòng)，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?qū)?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(jīng)過(guò)電能表造成電能計(jì)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(shè)計(jì)的反竊電裝置就是針對(duì)這兩種類型的竊電方法。3.3 母線電流信號(hào)采樣母線電流信號(hào)采樣母線電流信號(hào)的采集為后面判斷是否有電流型竊電提供基準(zhǔn)，并且是系統(tǒng)計(jì)算用戶參考竊電量的依據(jù)。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(yùn)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(cè)，其次級(jí)電流通過(guò)取樣電阻 R 轉(zhuǎn)變成電壓，再經(jīng)過(guò)放大電路進(jìn)行放大，1因?yàn)檫\(yùn)放為單電源供電，所以它的輸出是半波正弦，這個(gè)信號(hào)通過(guò)峰值保持電路，轉(zhuǎn)換成峰值，如果不考慮漏電流對(duì)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(yīng)該為一條直線，系統(tǒng)中用這個(gè)信號(hào)來(lái)計(jì)算參考竊電量。這個(gè)電壓經(jīng)過(guò)分壓后得到的參考電壓 E 是用來(lái)判斷是否有電流f型竊電的基準(zhǔn)。圖中的 Tl-D 局部是用來(lái)防止母線電流過(guò)低時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作。3.3.1 電流互感器的設(shè)計(jì)電流互感器的設(shè)計(jì)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(hào)用作比較基準(zhǔn)和進(jìn)行 A

48、D 轉(zhuǎn)換計(jì)算電量，要求的精度比較高，互感器 CT2 屬于測(cè)量用互感器。在式 2-2 中，B的取值只N能取 0.2T。這樣，通過(guò) 3-2 可以得到以下關(guān)系式:IZ =0.077W 3-N2225式 3-5 說(shuō)明，為了保證互感器的精度，互感器次級(jí)的輸出電壓最大值受到次級(jí)線圈匝數(shù)的限制?？紤]到采樣、放大的精度，當(dāng)然互感器的輸出電壓稍高一些好，這樣需要增加次級(jí)線圈的匝數(shù)，但同時(shí)次級(jí)電流下降，導(dǎo)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(jí)匝數(shù)為 60 匝，取樣電阻為 0.1/5W。這樣次級(jí)線圈允許輸出的電壓為 0.6 伏，而在母線電流在 0300A 變化時(shí)，互感器的次級(jí)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(yīng)額定電流更大的配電所，可以增加次級(jí)線圈的匝數(shù)或減小取樣電阻的阻值。圖 3-2 中運(yùn)放選用的是 TLC2254。TLC2254 是 TI 公司的制造的四路運(yùn)算放大器。具有以下特點(diǎn)：101、輸出幅度大，可以到達(dá)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(dá)全部的技術(shù)指標(biāo)。電路中的 TI-B 局部是一個(gè)峰值跟隨器。在電路運(yùn)行過(guò)程中，如果同相輸入端的電壓高于反相輸入端電壓，運(yùn)放的輸出為高電平，經(jīng)過(guò)二極管 D給儲(chǔ)能11電容 C

50、充電，如果運(yùn)放同相輸入低于反相輸入，運(yùn)放的輸出為低電平，這時(shí) C10將通過(guò) R進(jìn)行放電。由于二極管的反相漏電流 I 、運(yùn)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(duì)等于運(yùn)放同相輸入端的峰值電壓。但通過(guò)選擇適宜的器件，二極管選開關(guān)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(gè) uA)，而運(yùn)放 TLC2254 的輸入端電流只有 1pA 可以使二極管、電容器、運(yùn)放對(duì)峰值跟隨的影響降到很低。R是為了在輸入端電壓降低時(shí)，給電容器 C20提供一個(gè)放電回路，由于電網(wǎng)上的電流屬于緩慢變化信號(hào)，

51、并且系統(tǒng)對(duì)峰值10保持的響應(yīng)速度的要求也不苛刻，這個(gè)電阻選擇阻值較大的電阻。實(shí)際選擇這個(gè)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(jīng)過(guò)電壓跟隨器之后，經(jīng)過(guò)可調(diào)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(zhǔn)。3.4 用戶竊電方法的判別用戶竊電方法的判別本節(jié)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(hào)的產(chǎn)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(lái)最簡(jiǎn)單，是現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的比較常見的竊電方法。 1、電壓型竊電對(duì)電能計(jì)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(shè)電網(wǎng)中硯相電壓平衡。如果斷開 A 相電壓，將使電能表測(cè)得的 U=0 ,根據(jù)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(cè)得的 U=0，根據(jù)公式(3-1),電能表的記cb錄將比正常減少一半。實(shí)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(jì)量帶來(lái)的影響也相當(dāng)。B 相為電能表兩個(gè)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(gè)元件的電壓線圈串聯(lián)。這樣的結(jié)果是：U=U=0.5U。根據(jù)公式(3-3)，abcbac電能表的計(jì)最損失一半。如果斷開三相電壓中的任意兩相，都會(huì)造成 U=U=0，使電能

53、表的計(jì)量abcb為 0，相當(dāng)于三相電壓同時(shí)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(gè)電壓應(yīng)ab該為 100V 。4N25 為光耦，除了隔離作用之外，還起到電平轉(zhuǎn)換的作用。R9, R10 組成一個(gè)分壓電路，通過(guò)對(duì)電源電壓分壓得到一個(gè)基準(zhǔn)電壓，光耦的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)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(gè)信號(hào)將通過(guò)一個(gè)或門通知單片機(jī)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(duì)電能表計(jì)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(cè)量 CT

55、的次級(jí)電流將全部或大局部從短路導(dǎo)線通過(guò)。根據(jù)公式(3-1)，如果這時(shí)用戶全部將 A 相的電流互感器短路，會(huì)使電能表的計(jì)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(wú)電流通過(guò)，電能表的計(jì)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(jìn)入電能表的連線，電能表的計(jì)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(gè)元件的電流線圈串聯(lián)，這不但造成電能計(jì)量上的誤差，也容易損壞兩個(gè)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(gè)電路完全相同。都是從電能表的電流端子上直接取

56、來(lái)電流線圈上的電壓，將這個(gè)電壓放大后，利用其峰值與從母線上取來(lái)的參考電壓(E )進(jìn)行比較，當(dāng)f用戶正常用電時(shí)，電能表的 CT 的電流全部流過(guò)電能表的電流線圈，通過(guò)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(dāng)用戶短接電能表的f電流端子時(shí)，電能表電流端子兩端電壓降低，這時(shí)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(hào)的產(chǎn)生竊電信號(hào)的產(chǎn)生這局部從整體上來(lái)看是一個(gè)由二極管組成的或門，見圖 3-8 它根據(jù)前面得到的電流竊電和電壓竊電信號(hào)，向微處理器提供一個(gè)用戶竊電信號(hào)。只要前面的竊電判斷電路有一路輸出高電平，這個(gè)電路將輸出高電平。另外這局部電路設(shè)計(jì)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(fā)生誤記。電路原理圖如圖 3-8。圖