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基于ADE7755芯片的居民用电能表新型窃电 方式的计量分析沈明炎1肖娜丽1许惠锋2 / 1. 福建省计量科学研究院， 2. 漳州科能电器有限公司摘 要 以电能表结构和电能计量芯片 ADE7755 为基础，结合电能表现场校验原理和反窃电经验，分 析了基于 ADE7755 的电子式电能表通过改变计度器驱动脉冲实现窃电的方式，指出此类窃电方式具备 的防检测的技术特点，并提出一些反窃电的技术建议。关键词 新型窃电方式 ；居民用电能表 ；ADE7755 芯片；防检测 ；电能脉冲 ；反窃电0引言图 1 电能表原理框图近年来，随着国网电力公司的智能电网的不断 建设，我国电网智能化程度越来越高，集控、集抄 技术的广泛运用，加强了对用电状态的监控和电能 表的管理，其关键是智能电能表的远程通信网络的 建设。智能电能表的安装基本已经覆盖各大城市， 但是仍有许多县镇还在使用非智能电子式电能表或 是机械式电能表。这些表计无法像智能电能表那样 实现远程监控，只能依靠技术员现场来进行维护、 监管和抄表等的相关操作，因此不容易发现窃电行 为，特别是一些较为隐蔽的窃电方式，更是为反窃 电工作带来一定的困难。针对非智能电能表的窃电 技术趋于专业化，电能表窃电改造具有很强的专业 性和防检性，多数为对计度器进行技术改造后，仿 冒电力行业的铅封和外观标志，在改造电能表后能 够复原电能表铅封和标志，同时又能保证电力技术 人员现场校验电能表时不易察觉，为反窃电工作带来了新的困难。本文从工作原理及技术特点出发， 分析基于 ADE7755 专用计量芯片的电子式电能表的 防检型窃电方式，并提出一些现场反窃电检查的技 术建议。1电能计量原理1.1电能计量芯片的计量原理 电能计量芯片作为电能表的计量核心部件，直接决定了电能表的计量性能，其内部集成了模数转 换模块、数字处理模块和储存寄存器等，可通过通 信接口实现与微处理器的信息交流，具有数据计算、 通信传输和电能脉冲输出等功能。其工作过程首先 是将电能采集电路采样的电压 u 和电流 i 经乘法器 运算得到瞬时功率 p，即 p=uicos 。通过电平转换 将平均功率转换成与之成正比的直流电压 Uo ，最后 由 P/F 转换器将 Uo 转换成频率 fo 的电能脉冲输出， 此脉冲用于电能表校验和驱动计数器计数。电能表 工作原理框图如图 1 所示 1。1.2电能表现场校验原理 电能表计量性能的全面检验可以在专业实验室进行，而在现场校验时则难以实现。电能表现场校 验主要是为了计量带电挂表校验电能表的电能误差， 其原理是利用高准确度的电能表现场校验仪（相当 于便携式的标准电能表），按要求进行电气连接，使 被检电能表和电能表现场校验仪接于相同电气状态 线，即被检电能表与电能表现场校验仪的电压并联，率信号经低通滤波后由数频转换器输出 F1、F2 和 CF 三个脉冲信号，其中 ADE7755 的 F1 和 F2 输出两 个交替的低电平脉冲信号直接驱动机电式计度器； ADE7755 的 CF 脚以较高频率形式输出有功功率瞬 时值 , 作为电能校验脉冲用于电能表校验。F1、F2 和 CF 的输出频率则由逻辑输入 S0、S1、SCF 的状态确定。依据电能计量芯片 ADE7755 的技术手册 4，可 查得频率输出 F1 和 F2 的传递函数如下式：电流串联 2。依据 JJG 596-2012电子式交流电能表F =（8.06V V GF）/V 2的技术要求 3，在实际负荷状态下，被检电能表和121-4REF电能表现场校验仪同时计量电能，通过两者电能脉式中：F ADE7755 芯片的引脚 F1、F2 输出的脉冲频率；冲的比较，计算被检电能表相对于电能表现场校验V1、V2 ADE7755 芯片的电压、电流两个通仪的电能相对误差值，此误差值只能反应当前负荷状态下电能误差的偏差水平。电能表的现场校验原道的差动输入电压有效值；G ADE7755 的 PGA 的增益，由 G0和 G1 的图 2 电能表现场校验原理框图理框图如图 2 所示。2电能表新型窃电方式的原理分析2.1电能计量芯片 ADE7755 的工作原理ADE7755 是一种高准确度电能专用计量芯片， 具有极高的准确度和长期稳定性，其内部结构如图 3 所示。ADE7755 将输入的电压、电流通过模数转 换器转换成数字量，再经过相位校正、高通滤波后 到乘法器进行运算，获得瞬时功率，最后，瞬时功逻辑输入确定，1，2，8，16 四种可选；VREF ADE7755 芯片的基准电压，通常为 2.5 V；F1-4 ADE7755 芯片的主时钟分频频率，由 S0 和 S1 确定分频系数CF 的输出频率与 F1-4 频率成反比关系，F1-4 频 率选得越低，CF 的倍率越高（CF 高频方式 S0 = S1 = 1、SCF = 0 的情况除外），S0、S1、SCF 的逻辑状态以 及 CF 的最高频率与 F1-4 频率的关系可如表 1 所示。 2.2 电能表防检型窃电原理现在的窃电方式多从电能专业技术的层面 5， 通过改变电能表内部电子线路的方式，并在改造电 能表后，伪造电能表外铅封和外观标志等，使电力 用电检查人员较难发现窃电现象。介绍一种基于电能计量芯片 ADE7755 的电能表 的窃电方式，由于电能计量芯片 ADE7755 用于电能 校验的电能电脉冲输出不变，因而在电能表现场校图 3 电能计量芯片 ADE7755 的内部结构表 1 ADE7755 输出频率的关系序号SCFS1S0F1-4 / HzF1 的最高频率 /HzCF 的最高频率 /Hz11001.70.34128F1 的最高频率 = 43.5220001.70.3464F1 的最高频率 = 21.7631013.40.6864F1 的最高频率 = 43.5240013.40.6832F1 的最高频率 = 21.7651106.81.3632F1 的最高频率 = 43.5260106.81.3616F1 的最高频率 = 21.76711113.62.7216F1 的最高频率 = 43.52801113.62.722 048F1 的最高频率 = 5 570验时不易发现窃电现象，此类窃电方式具有隐蔽性 高、专业性强和防检验的特点（具体的窃电原理略）。 3窃电电能表实测试验取基于 ADE7755 电能计量芯片的窃电电能表两 台进行实验室检测，技术规格为 220 V、10（40）A，计量准确度为 2 级（此规格的电能表较为普及），将 其分别编号为 A 和 B， 其电能计量芯片 ADE7755 的 S0、S1 和 SCF 的逻辑状态如表 2 所示。 依据 JJG 596-2012 的要求，通过电能表基本误差试验，得到表 3 结果；再进行长时间带载试验，得到电能计度电能表 编号S0S1SCFF1 和 F2频率CF 频率正常模式A1010.6843.52B1000.6821.76窃电模式A1112.7243.52B1102.7221.76表 2 S0、S1 和 SCF 的逻辑状态器校核误差，如表 4 所示。由表 3 的电能表基本误差数据表明，窃电电能 表的电能校验脉冲输出正常，其电能校验误差在相 应计量等级允许范围内。而表 4 的电能表计度器校 核误差数据则表明，在实验室工作环境中，窃电电 能表在不同负荷状态下，连续长时间运行所累计的 电量相比于同状态下的参考标准所累计的电量出现 了明显的负偏差，实际测量得到电能表实际电能计 量偏差约为 -75%，此时的窃电电能表计量电量仅为 正常电量的四分之一，由表 2 的 F1 和 F2 窃电模式和 正常模式的频率差值比为（0.68-2.72）/2.72 -75%， 与实测结果一致。将 A、B 电能表从窃电模式恢复 到正常模式后，再进行电能表基本误差试验和电能 计度器校核误差试验，得到的结果符合 2 级的要求，如表 5 和表 6 所示。 由此可见，窃电电能表经改造后，仅依据检验表 3 电能表窃电模式下的电能基本误差窃电模式COS电能基本误差 /%Imax0.5 ImaxIb0.2 Ib0.1 Ib0.05 IbA参比条件下测量Un = 220 VIb = 10 AImax = 40 A1.0+0.2+0.2+0.2/+0.20.00.5L+0.4+0.4+0.4+0.4+0.4/B1.0+0.4+0.4+0.4/+0.4+0.20.5L+0.6+0.6+0.4+0.4+0.4/表 4 电能表窃电模式下的计度器校核误差实验室标准环境 的窃电模式窃电电能表试验 前电量 /kWh试验时间 /h窃电电能表试验 后电量 /kWh参考标准计量 电量 /kWh窃电电能表计量 电量 /kWh实测电能计量 偏差 /%工作条件：220 V，40 A，COS = 1.0A10 575.641010 597.6188.0021.97-75.03B1 654.23101 676.3288.0022.09-74.90工作条件：220 V，40 A，COS = 0.5（L）A10 597.611010 608.5944.0010.98-75.05B1 676.32101 687.4944.0011.17-74.61工作条件：220 V，10 A，COS = 1.0A10 608.592410 621.7652.8013.17-75.06B1 687.49241 700.8152.8013.32-74.77工作条件：220 V，10 A，COS = 0.5（L）A10 621.762410 628.3826.406.62-74.92B1 700.81241 707.5026.406.69-74.66表 5 电能表正常模式下的电能基本误差正常模式COS电能基本误差 /%Imax0.5 ImaxIb0.2 Ib0.1 Ib0.05 IbA参比条件下测量Un = 220 VIb = 10 AImax = 40 A1.0+0.2+0.2+0.2/+0.20.00.5L+0.4+0.4+0.4+0.4+0.2/B1.0+0.4+0.4+0.2/+0.20.00.5L+0.6+0.4+0.4+0.4+0.4/表 6 电能表正常模式下的计度器校核误差实验室标准环境下正常模式窃电电能表试验前 电量 /kWh试验时间 /h窃电电能表试验后 电量 /kWh参考标准计量 电量 /kWh窃电电能表计量 电量 /kWh实测电能计量 偏差 /%工作条件：220 V，40 A，COS = 1.0A10 622.011010 710.1488.0088.130.15B1 701.16101 789.4588.0088.290.33工作条件：220 V，40 A，COS = 1.0A10 710.141010 763.0352.8052.890.17B1 789.45101 842.3752.8052.920.23电能校验脉冲得出的电能误差不能作为电能表的计 量准确度的唯一判定依据，因此，此类电能表通过 电能表现场电能误差校验是很难被发现为窃电的。4 电能表反窃电的技术建议鉴于现代电能表窃电技术的专业性和隐蔽性， 分析电能表的结构特点，电能表的窃电无非是从电 能表的输入和输出部分着手。由于多年的反窃电的 经历，传统的通过改变输入电压、电流采样值的方 式惭惭被淘汰了。现在的窃电方式多从电能专业技 术的层面，通过改变电能表内部电子线路的方式， 再结合电能表的铅封和外观标志的仿造技术，大大 增加了窃电的成功率，扰乱了用电秩序。因此，针 对此类窃电现象，结合电能表现场校验的经验，提 出反窃电的技术建议：一旦发现有窃电嫌疑的电能 表，应先检查电能表外观标志、铅封情况和电能表 信息记录，若发现有拆装痕迹，应当保护现场并进 行相关检验；现场校验电能表时，要确保正确连接 电气线路，校验中观察和记录电能表电能脉冲、计 度器及其他部分工作是否正常，如发现异常或明显 超差现象，应当先检查电力线路是否正常，并将电 能表封存送到实验室进行技术鉴定。5 结语随着时代的发展，电能窃电方式已具备了更专 业的反检验功能、更隐蔽的窃电手法，因此，电能 反窃电工作不仅需要先进的反窃电的技术，更要求 技术人员具备较高的反窃电的职业素质，以应对窃 电方式的不断变化，确保具备足够的技术力量及时 有效地发现和处理窃电情况。参考文献：1 沈明炎. 基于ATT7022计量芯片的三相智能电能表计量性能探讨 J. 企业技术开发，2013.06：23-25.2 沈明炎,肖娜丽. 高压系统中三相四线电能表在线现场校验方式 的计量分析J. 计量与测试技术.2014，2：28-29.3 JJG 596-2012电子式交流电能表检定规程 S. 北京：中国质检出 版社，2013.4 乔文俞.基于ADE7757的高性能电能表的设计J. 郑州轻工业学院 学报，自然科学版，2009，02：56-59.5 谢玮.安装式电子式电能表窃电原理及鉴定方法J. 湖北电力， 2011，01：20-22.The analysis of the new type of the electricity- stolen of civil electronic watt-hour meter base on chip of ADE7755Shen Mingyan1, Xiao Nali1, Xu Huifeng2（1. Fujian Metrology Institute, 2. Zhangzhou Keneng Electrical Equipment Co., Ltd）Abstract: According to the power supply enterprise found that smart watt-hour meter electricity stealing case, ba