单相电子式电能表防窃电新技术.doc

单相电子式电能表防窃电新技术马利人、陈俊（湖北省电力试验研究院，武汉 430077）摘 要：介绍电子式单相电能表防窃电新技术，并详细分析新结构“上进下出”电能表、双回路电能表和防断零线窃电技术的结构原理。关键词：窃电方式；双回路电能表；零线断线测量模式New Anti-theft Technology of the Single-phase Eelectricty Meter MA Li-ren, CHEN Jun( Hubei Electric Power Testing & Research Institute，Wuhan 430077 )Abstract：This paper introduces new anti-theft technology of the single-phase electricty meter , and also describes the detailed theory of new archite double circuit electricity meter and missing neutral detection.Key words： energy theft mode；double circuit electricity meter；missing neutral detection0 引言窃电是指通过某种方式绕过电能表或使其失效，从而达到逃避支付电费的目的。在传统的单相电子式电能表设计中，由于以下几点原因，导致它们不能较完善的检测或处理窃电行为：仅使用进线端的电压和火线的进出端所流经的电流作为电能计量的依据；绝大多数没有使用很可靠的铅封；一些窃电方式很容易操作，但是很难检测。当前，电子式电能表的防窃电技术在电能表行业中的地位越来越重要，不同国家、地区的电能表市场都在不同程度上要求电能表的防窃电计量。每年都会针对新的窃电行为，研究出相应的防窃电技术。 1 常见窃电方式普通单相电子式电能表均采用 “下进下出” 结构，电能表的进线、出线端子均在表计的下端，电能表的安装接线图如图1所示： 图1 “下进下出”结构电能表接线图电源线进1、3端钮，负荷线由2、4端钮引出，即相线（俗称火线）进端钮1，端钮2引出负荷火线；中性线（俗称零线）接入端钮3，端钮4引出负荷零线。普通单相电子式电能表的电能计量芯片具有自动检测电流反向功能，并预置电流反向时取功率或电能的绝对值为测量值的算法，即反向正计，可以有效阻止调换进出线窃电。但普通单相电能表仅能测量火线的电流信号和电能表进线端的电压信号，对于其它几种非常简单的窃电行为却是无能为力的。当前，针对单相电子式电能表的窃电方式主要有以下几种：1.1 破坏电能表结构窃电现有单相电子式电能表的外壳均采用上盖、底座于侧面对接的易拆装结构。窃电者破坏铅封后，较轻易地打开电能表的外壳，通过修改电路结构、更换元器件或整体更换表芯（主电路板）等非法手段进行窃电，再伪造铅封将电表还原，拆装后可不留任何痕迹；窃电者破坏端子盖铅封后，在电表的接线端子上做手脚窃电。破坏电能表结构窃电是比较恶劣的一种窃电方式，多为“窃电专业户”所为。1.2 电流旁路窃电这种窃电方式又称为U型窃电，将电能表火线（或零线）的进、出两端用导线短接，使流经电能表电流回路的负载电流被分流而减小,电能表少走字,达到窃电目的。“下进下出”单相电能表下端接线密集且进线、出线端子间距离近，不法者短接进线、出线窃电将非常隐蔽。1.3 一火一地窃电窃电者首先将电能表进线中的火线和零线交换位置，再将电器原接电能表火线出线端子的一端直接接到大地（自来水管、暖气管或保护接地线）。则电器消耗的电流直接流入大地，而流经电能表火线电流通道的电流为零，实现窃电。把保护接地线当作负载零线用，会使保护接地线带上一定的电压，使保护接地线失去保护功能；由于保护接地线一般比零线线径小，有可能引起过载、产生火灾，具有潜在的安全危害性。1.4 断零线窃电窃电者将电能表进线中的零线断开，仅接入一根火线，再将电器的另一端接到大地（自来水管、暖气管或保护接地线）。电器消耗的电流直接流入大地，使得没有电网电压进入电能表，导致电能表停止工作而不能正常计量，从而实现窃电。1.5 强外部强磁场窃电永久磁铁和电磁场都会影响电能表的正常计量，窃电者在电能表附近放置强磁磁铁或大线圈都能干扰电能表的正确计量，达到窃电的目的。例如：步进电机计数器在强交变磁场作用下会自动计数，改变磁场的方向，计数器便会减缓递增计数甚至递减计数；强磁磁铁靠近表壳将使电能表测得的功率值减小，甚至减小到零。大线圈产生的电磁场会影响电能表中大多数的元器件，例如，锰铜分流器、电流互感器、核心的电子器件等。2 电能表防窃电技术与三相电能表比较，单相电能表的市场更加注重于电能表的防窃电技术。前述几种窃电方式，可采用以下技术进行防范： 2.1 防破坏电能表结构窃电单相电子式电能表成本较低，可将表盖和底壳采用超声波焊接工艺一次性固定，打开表计后无法复原。端子盖使用一次性防伪封印，打开即被破坏。若发生破坏电能表结构的窃电行为，窃电痕迹十分明显。2.2 防电流旁路窃电新结构“上进下出”单相电子式电能表能有效防范电流旁路窃电，其接线方式如图2所示：图2 “上进下出”结构电能表接线图“上进下出”电能表的进线、出线端子位置分明，分别安置在表计的上端和下端。若不法者旁路火线窃电，外部短接线势必跨越整个电表，将会非常明显，使这种窃电方式极易发现而失效。使用“上进下出”电能表只须考虑进线端钮处的防窃电。2.3 防一火一地窃电一火一地窃电会造成电流不平衡，为了检测电流的不平衡就不可避免增加电表的成本，必须要额外增加一个电流传感器，以实现零线的电流检测；由于隔离原因，可以在第一路的电流通道上选用低成本的锰铜电阻，但是另一路就必须使用成本相对较高的电流互感器。同时选用具有双回路（不平衡电流）计量功能的电能计量芯片，进行两个电流通道(火线、零线)和一个电压通道的采样，并自动比较两个电流通道的电流大小，实现电流不平衡时的检测和防窃电测量。这类芯片以ADE7751和BL6501为代表，如果这两个电流通道电流的差值超过12.5%，就使用较大的一个进行计费。 图3 双回路电能表应对“一火一地”窃电方式示意图双回路电能表应对“一火一地”窃电方式示意图如图3所示，此时火线电流I1为零，窃电负载电流即为零线电流I2，此时双回路计量芯片经比较判断将零线电流I2作为计费电流I，并和线路电压U一起送入内部乘法器，故能正常计量电量。如果使用单回路计量芯片，则只对火线电流I1取样，而I1为零值使窃电得逞。 2.2 介绍的电流旁路窃电方式也会造成电流不平衡，具有不平衡电流计量功能的双回路电能表同样也能正确计量。2.4 防断零线窃电对付这种窃电行为，电能表可增加一个低成本的电流互感器CT，在这个方案中，电能表的电源供给由两部分组成，一是火线和零线的主电压提供电源，另一部分是供电CT3（见图4）从电流上获取提供电源，当零线断线，主电压被移除后，供电CT3从电流上获取的电源仍能保持电能表工作，进行防窃电测量。 ADE7761芯片具有零线断线测量模式，原理示意图见图4：图4 ADE7761应对“断零线窃电”示意图ADE7761检测到电压回路失压后，点亮异常报警灯，进入零线断线测量模式，将电流互感器CT1的取样电流信号和一个直流偏置值（按220V进行估算）送入数字乘法器，则电能表在零线断线情况下仍然可以计量负载的电流消耗。TI的MSP430FE42x芯片内部包含了单相防窃电计量模块ESP430，同样也可以实现移除主电压时的防窃电测量。采用移除主电压，CT供电进行防窃电测量时，功率因数和外部电压的测量已经不可能实现，一般使用额定电压作为估计值进行计量。此时电能表测量的是安时而不是瓦时，而且主电压的估计值在不同地区，不同电网会有几个百分比的误差，即使在同一个城市误差也依然存在，这也是该方法的局限性。2.5 防强外部强磁场窃电为使外部强交流磁场不至于影响到步进电机计数器的正常工作。可以增加止逆装置防止步进电机计数器倒转，同时增加步进电机屏蔽罩厚度，更进一步可用液晶显示器替代步进电机计数器。为防止磁场干扰，电能表内部元器件的位置及其安装位置是非常重要的。应把易受磁场影响的敏感器件尽量放置在贴近电能表背面的地方，因为通常窃电者很难从电能表背后干预电能表的正确计量；应保持易受磁场影响的敏感器件远离电能表的顶部和两边，因为顶部和两边是容易粘附磁铁的地方。磁屏蔽是一种非常有效的防止磁场干扰的做法，首先我们可以使用金属外壳的电流互感器，屏蔽磁场对它的影响；其次我们可以在表壳内衬薄层金属，以屏蔽整个电能表模块。3 结束语针对不同的窃电手法，有的放矢地采用上述电能表防窃电技术；一些窃电方法导致火线、零线电流不平衡，而会引起漏电保护器跳闸断电，安装性能良好的漏电保护器具有安全和防窃电的双重功效，但平时应定期检查漏电保护器的使用情况，防止窃电者使漏电保护器拒动；同时把民用电能表集中安装于全封闭电能表箱内，实施线进管、管进箱、箱加锁(封)的安装工艺，使人、表分离，让用户无法接触到表计及二次线。以上技术措施的综合实施将有效遏制窃电行为的发生。 参 考 文 献：1陆寒熹. 国内电能表的技术发展趋势 J. 电力设备，2007(8)2Analog Device