电力计量系统分流窃电分析与建模

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【摘要】本文提出了高压电力计量系统分流窃电模型。经过分析和研究，发现电流线圈分流窃电故障与电流互感器二次绕组端电压和电流在通过电能表电流线圈时两者的比值之间具有十分密切的关系，同时得出损失电量与两者之间的关系。

【关键词】电力计量系统;分流窃电分析;建模

现在在高压电力计量系统中存在的一个很普遍的现象就是针对电能表实施分流窃电。分流窃电往往通过导线针对电能表外部或者内部的电流线圈进行短接，这样就能够减小电能表线圈的电流，最终实现窃电的目的。本文首先分析了电能表电流线圈在高压电力计量系统被短接分流窃电的故障，随后将故障检测模型建立起来，并且对故障检测的有效性进行分析。

1.故障分析

图1所示为高压电力计量系统的原理，在该示意图当中电度表的两个计量单元分别用“1”和“2”来代替，电压互感器用TV1以及TV2来表示，电流传感器用TA1和TA2来表示，A和C相的电流用IA和IC来表示，在经过电流互感器变化之后IA和IC的二次电流用Ia和Ic来表示[1]。

图1 高压电力计量系统接线示意图

图2 电流互感器二次回路电路示意图

图3 电流互感器二次回路等效电路

从图1当中，我们可以发现电流互感器的两个二次回路机构也就是TA1和TA2是相同的。为了能够使本次研究更加方便，在这里专门针对TA2电流互感器的二次回路进行研究。TA2电流互感器的二次回路的电路图如图2所示，而图3则是其等效电路图，导线MP之间的阻抗要能够ZL来表示，导线NQ之间的阻抗用ZL2来表示，二次回路中接头接触阻抗用ZK来表示，电能表线圈内总阻抗用其中的ZM来表示。

从图3当中，我们可以得出：

=ZK+ZM+ZL1+ZL2 （1）

在电能表电流线圈在高压电力计量系统被短接分流窃电主要的手段就是在外部（内部）接线端子处通过导线短接其中电能表的电流线圈。也就是等于将一段小于电能表电流线圈阻抗的导线连接在图2当中的PQ两点之间。图4为电路在短接之后的示意图，图5为其等效电路示意图，而其分流导线的阻抗则用ZD来表示[2]。

图4 短接电能表线圈电路示意图

图5 短接电能表线圈等效电路示意图

2.故障检测模型的建立

通过分析分流窃电故障，我们可以知道，电能表电流线圈在高压电力计量系统当中被短接之后，电流互感器二次绕组端电压和电流在通过电能表电流线圈时两者会产生不相等的比值。针对这一变化，可以将故障检测系统建立起来。利用滤波以及A/D转换等电路，基于单片机的实时监控系统可以对其中二次绕组端电压数据进行采集，而且利用RS232（RS485）通信接口实时监控系统还可以对电能表电流线圈当中经流的电流数据进行读取，这样，高监控系统就能够针对电流线圈分流窃电故障与电流互感器二次绕组端电压和电流在通过电能表电流线圈时两者的比值的变化情况进行实时的监控，如果有异常增大的情况出现在两者的比值当中，就表示电能表电流线圈被短接的现象发生了，这时候报警信号就会被监控系统发出来。与此同时，监控系统还可以针对被短接电能表电流线圈当中电流的真实大小计算出来，最终能够对高压用户实际消耗的电量进行准确的计算[3]。

3.电力计量系统分流窃电模型的仿真研究

3.1 防真环境

如果0-5A是标准的电流互感器的二次侧电流，那么随着电网负荷的不断变化，电流互感器的二次侧电流也会出现相应的变化。笔者研究了某两班制制造企业的经过高压计量系统的电能表线圈电流，在该研究当中，笔者发现，通常情况下不规则的变化属于实际的负荷变化的特征，因此不规则的变化情况也相应的出现在高压计量系统的一次侧电流变化当中。为了能够对其进行简单的描述，暂时用I（k）=1500[sin（t）]来对该企业的一次侧电流曲线进行描述。三相三线有功标准电能表有功压降在电流线圈当中通常为0.1～0.5V，ZM=（0.01～0.5）Ω是其线圈阻，在本文当中选择的是ZK=0.05Ω，此外，在本文当中将5VA作为电流互感器的额定负载，如果将1.0作为其功率因数，将5A作为其二次电流，那么就能够将其对应的额定负载计算出来。以国家的规定为根据，我们知道额定负载S2N与额定负载0.25S2N之间是电流互感器的二次负载的规定范围，因此RL=（0.01～0.5）Ω是其二次回路二次连接线阻抗，而在本文当中选择的是RL=（0.5）Ω，选择铜导线作为短路线，ZD=0.05Ω就是其阻抗。

3.2 仿真结果分析

通过对仿真结果的研究，我们可以发现如果在正常的高压计量系统当中，电流线圈分流窃电故障与电流互感器二次绕组端电压和电流在通过电能表电流线圈时两者的比值是一个常数，只有电流互感器的二次回路阻抗才与这个常数之间存在着一定的关系，而高压系统的负荷变化则与之没有任何的关系。也就是说，如果有变化的情况出现在比值检测信号，一般不会是因为负荷的变化造成的，这时候能够判断出有变化的情况出现在电流互感器的二次阻抗，以检测比值出现的各种变化作为依据，就能够将高压计量系统的电能表电流线圈在某一时间点被短接的情况看出来，可以将电流在被短接的电能表电流线圈中的大小计算出来，最终能够对用户实际消耗的电量进行准确的计算。

4.结语

本文分析了电流互感器在高压电力计量系统当中的二次电流，并且将电流线圈分流窃电故障与电流互感器二次绕组端电压和电流在通过电能表电流线圈时两者的比值得出来，从而证明了窃电往往通过导线针对电能表外部或者内部的电流线圈进行短接，并且有针对性的将故障检测的数学模型建立起来，而仿真结果也对这个模型能够将通过导线针对电能表外部或者内部的电流线圈进行短接窃电的情况检测出来，同时还能够将高压电力计量系统在电能表电流线圈被短接之后少计的电量计算出来。

参考文献

[1]秦春斌，梁刚.电力计量系统分流窃电检测监控装置设计[J].河南大学学报（自然科学版），2012（04）.

[2]秦春斌，张磊，赵建军.基于GSM技术的防分流窃电系统的设计[J].自动化与仪表，2013（02）.

[3]鲍义东，赵建军，杨清亮.基于DSP对局部换用电线的故障分析与建模[J].自动化技术与应用，2012（11）.