1、本科毕业论文（20 届）油田电网电能防盗技术研究所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文- I -油田电网电能防盗技术研究摘要本文从技术角度分析了电力用户窃电的方式与种类，给出了相应的窃电检测方法。论文指出了用电监测的必要性，分析了用电监测的国内外现状。针对大庆电力系统特点，计量监测的防盗电技术的研究，为阻止此类盗电行为提供了一种实用手段，且有很强的通用性和较高的可靠行。设计该系统涵盖了电压电流信号采集、数据分析处理、数据保存以及远程监控系统等内容。本文系统地介绍了防窃电手段的研究与应用、系统下位机硬件的设计以及远程监
2、控系统的开发与应用。与已有的相类似系统设计不同的是，该监测系统采集居民住户电表以及变电站电表数据并进行对比，具备了对多种计量故障进行综合判断的能力;数据采集尝试采用模拟开关实现多路信号同步采样 ;采用 GSM 技术将数据及时上传到上位机服务器，确保了远程监测的实时性;上位机保存数据的同时下位机同样具备保存功能，确保数据的安全性。该计量监测防盗电系统数据采样准确，故障判断可靠。关键词 防窃电；电能计量；GSM哈尔滨理工大学学士学位论文- II -The oilfield grid power anti-theft technology researchAbstractThe paper anal
3、yzed the sorts of electric larceny from the point of view oftechnology and gave the defending method of electric larceny.This paper points out the necessity of power utilization monitoring,and analyzes the statusquo of domestic and overseas in power utilization monitoring.Aiming at the characteristi
4、cs of the power utilization system in Daqing,the specific contents of the research of the Monitoring Teehnique of Metering Malfunetion incluede the systemic versatility,and reliability.The design of the Monitoring System of Metering Malfunction includes the signal collection of the voltage and curre
5、nt，the data proeessing and analyse,data save and the remote monitoting system.Here introduces the Study and application about the Preventive Deviee against Energy Stealing,the Lower Deviee Hardware Design of Monitoring System of Metering Malfunction and the Development and application of the Remote
6、Monitoring System. Different from the existent design of the Monitoring System of Metering Malfunction, this monitoring system adopts the Power Method Criterion, Undercurrent Criterion, which prossesses the ability to judge the mufti-metering malfunction synthetically The data collection tries to ad
7、opt analog switch to achieve the sampling multiple-signal synchronously. Using the GSM technique, it can transmit the data to the upper sever in time to ensure the quality of the real-time monitering.The result indicates the Monitoring System of Metering Malfunction prossesses the goodpracticability
8、. Key words anti-electricity stolen；meterage monitor；GSM哈尔滨理工大学学士学位论文- III -目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 电力计量技术发展概况及趋势 .11.1.1 课题的背景和意义 .11.1.2 目前国内外窃电现象主要状况 .21.2 本论文主要完成工作 .4第 2 章 电力计量监测相关技术的研究与应用 .52.1 常见窃电方法 .52.1.1 关于新型制止窃电的单相电度表 .52.1.2 关于电子式电度表中的一种新型防窃电方法 .72.1.3 关于防窃电单相电度表 .82.1.4 另一种差值电
9、流法防窃电单相电度表 .82.1.5 对三相防窃电仪功能的剖析 .102.2 针对大庆油田电网实际情况采取的电能计量方式 .112.3 本章小结 .14第 3 章 防窃电硬件系统设计 .153.1 硬件系统总体方案 .153.1.1 系统功能设计 .153.1.2 系统总体方案 .153.1.3 下位机组成 .153.1.4 上位机组成 .163.2 系统下位机硬件设计 .163.2.1 传感器采样电路 .163.2.2 BL0930 内置晶振电能计量芯片 .183.2.3 DS1302 时钟芯片 .193.2.4 通讯电路设计 .203.3 本章小结 .22结论 .23致谢 .24参考文献
10、.25附录 .28哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 电力计量技术发展概况及趋势1.1.1 课题的背景和意义长期以来, 窃电现象一直十分严重, 而且大有愈演愈烈的趋势。窃电行为已从农村、乡镇漫延到大城市内,由使用三相电度表的动力电用户扩展到安装单相电度表的众多家庭工厂和饭店, 已经从私营企业潜入到国营企业内部经济承包的分厂。有些企业的领导甚至公然下令电工或外请行家里手大肆进行窃电。窃电行为不但使国家损失了巨额电费的收入, 而且还直接影响电力部门的发展、职工的收入和福利待遇等切身利益; 又由于丢电严重而增大了线损, 有碍降低电费。所以说窃电行为已严重地侵害了国家和人民群众
11、的双重利益。窃电问题的严重程度一直困扰着电力部门、管理部门的各级领导和工作人员。现在有些人已经掌握了几种最主要的、最简便的、也是效果最显著的窃电技术, 例如: 短路法 ( U 型法) 、跨表法、一火一地法以及电压脱钩法等窃电方法。所以说, 今后防窃电的任务也就更加任重而道远, 主要原因有下面三点。( 1) 私营企业大幅度增多, 如家庭工厂、饭店、歌舞厅、旅社、游艺场所等, 必然会扩大窃电者的队伍。( 2) 我国城乡现在正大力推广一户一表的政策, 取消了总表, 因此缺少了邻里间的互相监督, 窃电者会增多。( 3) 国内现在普遍采用预付电费和远距离自动抄表系统, 没有了抄表员, 解除了偷电者被发现
12、作弊的心里负担, 胆子更大了, 只要电表走些字, 被怀疑和被发现偷电的可能性就较小。随着电力系统和计算机技术的飞速发展，人们对电力系统的经济运行提出了更高的要求，实现电力市场已经提到日程上来。近年来，我国电力建设高速发展。两网改造在有些地区已初步完成，用户不仅要求有电用，而且要求用高质量的电，享受到更好的服务，提高电力部门电费实时性结算水平，建立区域乃至全国统一的电力大市场已成为所有电力部门的共识。与此同时，供电部门对用户侧防窃电技术的要求也越来越迫切。由此带来的对传统结算手段的改进，对配变计量监测点用电情况的监测的需求已越来越强烈。电费是供电企业的经济命脉，而电能计量是进行合理与公平电费结算
13、哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -的根本保证。电能是一种特殊的商品，具有产、供、销同时完成的特点，电能的量值通过计量装置体现出来。但是，由于计量装置故障、计量误差以及人为窃电等因素，使电能计量与实际电能消耗出现偏差甚至严重失衡，从而使供、用电双方不能公平、公正地进行电能贸易结算。这些电能计量偏差往往被计入供电部门的线损当中，不但降低了供电企业的技术经济指标，而且在很大程度上掩盖了电能计量不准确的真相。目前，人为窃电已成为全国性的普遍问题，电费的大量损失直接危害到国家利益，制约了电力行业的可持续发展。电力用户分散在较大的地理区域内，用电时间贯穿于全天，仅仅依靠有限的用电监察人员很难制止窃电行为
14、，而且，很多情况下，窃电行为是隐蔽的，不能由人工直观判断出来。因此，研制一种远方电能计量运行监测系统，依靠科学和先进的技术手段来进行电能计量的监测，是非常必要的。本文研制的远方电能计量运行监测系统针对供、用电双方的电能计量能否公平、公正的用于贸易结算而研究开发，该监测系统可以检测电能计量装置在运行过程中出现的各种类型故障、计量不准确及人为窃电等情况，并给予及时的报警。同时可以定时采集电压、电流、功率因数等相关信息，这些信息通过通讯网络传送至监控中心，从而构成一个以电能计量为核心的运行监测系统。本系统的研制成功，将大大提高供电部门对电能计量监管的力度，可有效防止人为窃电行为的发生，维护正常的电力
15、市场秩序。因此，本课题的研究具有重要的实用价值，并具有一定的理论意义。1.1.2 目前国内外窃电现象主要状况随着电力的实时监控系统出现，国际上开始致力于电力网集中监控系统的开发，如以色列尤尼克（Unique）公司已经成功开发了集中抄表系统，通过电力线载波技术将信息远距离传送 11。国内研究开发相关系统且具有一定规模的单位也有十几家。现在已经出现了实时监控系统，其应用的电网的范围比较小，电压等级也不高。用户窃电问题是一个长期存在的问题，虽然各供电部门均投入了大量的人力和物力进行解决，但窃电现象有增无减，而且窃电手段不断提高，有些地区甚至出现了公然销售窃电专用工具或传授窃电技术的现象。而另一方面，
16、供电部门有效的反窃电技术措施不足，还没有能够充分利用先进的技术手段来防止人为窃电现象的发生。 7目前电力系统配网自动化及配变监测的发展还处于初级阶段，只是在少数城市进行了局部试点。由于馈线开关及配电变压器分布点多、位置杂乱。建立一个时效性强，可靠性高、投资省的通信网络困难非常大，并已成为配网自动化及配变、大、中用户用电管理系统进行大面积推广的最主要障碍。大庆电网用电监测及营销系统是电力集团电费营业所针对大庆地区用电情况、用电管理的特点开发的面向电力系统一体化抄表及防窃电综合分哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -析系统。目前电力企业建立的电能量数据采集系统从应用领域可分为面向变电站、大用户/公用
17、变、居民的专业子系统，一般是分期建设，各有部门专门负责，相互独立，重复建立电力系统的层次模型。下面就国内防窃电的技术和措施进行阐述。早期人们为了防窃电，对计量装置的紧固螺丝采用漆封和蜡封，这样当紧固螺丝被取下时，封层就会被破坏，从而发现窃电行为。这样的封层很容易受环境、气候等方面的影响而自然脱落，给判断带来了困难，目前己不再使用。现在最普遍的防窃电技术措施是铅封，铅封就是将电能表或计量柜的关键部位的紧固螺丝用丝线、钢丝或铅钉穿上后，再用带有印模的专用封钳将铅球或铅钉压上印模。长期以来，铅封对防止计量装置被人有意开启进行窃电起着十分重要的作用。它有效地防止了简单窃电行为的发生，但是也经常发现有伪
18、造或开启后复原的情况。铅封仍是目前普遍采用的防窃电技术措施。 41对小容量用户来讲，计量装置可能仅是一只电能表。但对较大容量的用户来讲，计量装置包括电压、电流互感器及二次回路和电能表。这样的计量装置可以进行窃电的地方较多，防窃电必须从整套装置来考虑。在八十年代，我国又研制开发了计量专用配电柜，把与计量有关的设备全部集中安装在此柜中。目前计量柜已有部颁标准。计量柜的出现和改进在一定时期、一定程度上防止了窃电行为的发生。随着防窃电技术措施的发展，窃电手段也变换花样。针对计量柜的出现，接踵而来的是短接进出线、外加强磁场、倾斜计量柜等窃电方法。与此针锋相对，九十年代，人们应用电子、无线电技术，开发出了
19、能防止计量柜人为倾斜、人为开启和防磁场的“无线电防窃电报警装置” 。这一技术，目前仍属于大力推广的防窃电技术。目前人们已开发出各种防窃电的电能表，并已申请多项技术专利。有的在机械方面作了改进，有的在电磁方面考虑防窃电，更多的应用了现代电子技术。目前实际投入应用的己有几十种。这些防窃电装置和措施，确实对有些窃电行为起到了有效的防止作用。然而对于愈演愈烈的窃电之风和花样繁多的窃电手段来说，仍显得是那样苍白无力。分析原因主要是:l)局限性较大。这些防窃电装置和措施往往都是针对某一种或几种窃电手段来考虑问题的，对多数窃电方法仍无能为力;同时窃电并非都是针对计量装置本身的，而现有的防窃电装置和措施几乎全
20、部都是围绕着计量装置来考虑问题的。2)实时性较差。现有的防窃电装置不能对窃电行为作出及时反应。3)主动性较差。现有的防窃电装置不能主动对窃电者的窃电行为作出积极的回应。4)可靠性较差。现有的很多防窃电装置之所以没有大规模应用，原因之一是可靠性差，为了实现防窃电的目的而加入额外部件会影响电能表的正常工作，甚至会使电能表计量不准。5)准确度较差。现有的防窃电装置只能对简单的窃电方式作出判断，而对哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -较为复杂的窃电手段却无法断定，更不用说统计窃电量的大小。对于目前仍存在的而且危害严重的破坏计量装置、绕越计量装置和倒拨电能表数据等的各种窃电行为，依靠现有的防窃电技术和措
21、施仍不能准确、及时地发现。因此，现实工作中迫切需要有更有力的防窃电装置。1.2 本论文主要完成工作该课题以研制出一套可实时监测计量故障的防盗电监测系统为目标。主要围绕着以下三部分的内容进行论述:l)理论研究学习研究常见的窃电方法以及具体窃电手段设计了针对大庆油田电网的防窃电方案；研究基于 GSM 网络的数据远程传输技术，实现对现场的实时远程监控;研究基于 BL0930 内置晶振电能计量芯片的信号采集计算处理系统；研究 DS1302 时钟芯片，运用该技术实现下位机实时时钟的读取和数据保存与读取;选取巨磁阻芯片做为传感器的主要组成部分；2)系统硬件研制系统硬件设计:这部分设计包括传感器采样信号、电
22、能计量、运算、分析系统、实时时钟模块设计和通信模块设计。3)实现功能1）采集并实时显示高压计量装置侧及配变二次侧的电流、电压、功率、相位等信号;2）对欠压、欠流、移相、无表法等窃电手段进行实时监测，并记录窃电发生和排除时间;3）通过 GSM 网络将实时采集数据及计量故障上传给上位机;哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -第 2 章 电力计量监测相关技术的研究与应用2.1 常见窃电方法电度表分单相和三相两大类, 它们都有直接接入式和经CT ( 计量用电流互感器) 接入式两种。对于三相三线和三相四线电度表, 还有高压高供型的, 即不但外附CT , 还外接PT( 计量用电压互感器) 。利用对电度表的错
23、接线: 包括在电度表接线端子上动手脚, 也包括在CT 和PT 上作弊,均属于技术窃电范畴。电度表的技术窃电方法可划分为三大类: 电流型窃电、电压型窃电和相角型窃电。所谓电流型窃电和电压型窃电, 系指仅改变加在电度表上的电流和电压大小, 进行窃电的方法; 相角型窃电, 是指通过改变加在电度表上的电流与电压之间夹角的方法, 达到窃电的目的。电压型窃电, 比较容易解决, 而电流型窃电却始终未能有大的突破。对于三相电度表而言, 相角型窃电方法很多, 防不胜防。自从电成为商品以来的近百年内, 窃电与反窃电的斗争一直在激烈地进行着。前几年国内市场上先后出现了掉电计时仪, 失压欠流积时仪、低压计量装置故障诊
24、断仪、防窃电电脑监测系统、智能型高压电能表错接线判定仪等产品。前两种产品试图解决电流型窃电的问题, 但生产厂将电流监察值规定为0或3% Ib 、30% I b , 均欠科学性 , 不尽合理, 故难以推广。比如规定电流监察值为0 的情况, 当电度表输入电流为零时, 计时仪便判为偷电而予以计时。这样在用户不用电时也被判为窃电,用户当然不能接受。后几种仪器基本上是属于装置或系统, 其体积大、价格高, 只适用于电力部门检查和抽测, 而不宜于长期在线监察量大、面广的各种电度表工作状态。加之这些仪器大多数又缺乏自身防护能力, 无人值守时杜绝不了窃电者在其本体上动手脚。不是没有相关的产品, 近几年国内先后推
25、出了一些防窃电的单相电度表, 但很多产品的防窃电功能都存在着不同的缺陷。现就电能计量装置，来分析常 见的窃电方式和相应的防范技术措施。2.1.1 关于新型制止窃电的单相电度表图21 为普通单相电度表的正常接线图, 图22 是新型制止窃电的单相电度表结构原理图 12。从图22 中可以看出, 该表主要结构原理是在普通单相电度表的电流铁心上又增加了一个附加电流线圈。在其资料中以具体接线图例介绍其防止负载接地、加容性负载、电流进出线换位、分流( 短路) 和电压脱钩等几种窃电方法。下面分析其防窃电功能是否能得以实现。哈尔滨理工大学学士学位论文- 6 -图21普通单相电度表接线图图22新型制止窃电的单相电度表结构原理图2.1.1.1 关于防容性负载窃电资料上讲, 该表可防加容性负载时, 能使电度表转盘反转的窃电方法。从功率的计算公式 可知, 无论纯阻性负载, 还是感性或容性负cosUIP载, 也即无论是 还是 或 时, 均不会为,00909cos负值。所以, 加容性负载不会使电度表转盘反转。电度表转盘正转, 转速很慢, 但不反转。所以说无需谈防加容性负载能使电度表转盘反转的窃电方法。2.1.1.2 有两种防窃电的功能是成立的( 1) 由于电度表内置有电压连片, 故可防电压脱钩窃电;( 2) 由于使用了正反向累加计度器, 故可防电流反向使电度表转盘反转
