基于異頻法的分流竊電監(jiān)測方法和裝置

姜春陽, 劉俊杰，周 峰，殷小東，王斌武，劉 鹍，周一飛

(1.中國電力科學研究院，湖北 武漢 430074；2.國網四川省電力公司 計量中心，四川 成都 610041)

基于異頻法的分流竊電監(jiān)測方法和裝置

姜春陽1, 劉俊杰1，周 峰1，殷小東1，王斌武1，劉 鹍2，周一飛2

(1.中國電力科學研究院，湖北 武漢 430074；2.國網四川省電力公司 計量中心，四川 成都 610041)

通過改動電流互感器二次回路連接狀態(tài)進行竊電的手法較為隱蔽，僅對電流幅值的監(jiān)測是難以發(fā)現的。為實現對CT二次回路短接旁路、開路竊電行為的在線監(jiān)測，文中提出了基于異頻法的CT二次回路狀態(tài)監(jiān)測方法，可完成對不同運行工況下開路、短接旁路的準確識別，基于此方法開發(fā)了CT二次回路監(jiān)測終端。實驗室和現場運行結果表明，終端可準確識別二次回路典型故障狀態(tài)，可為用電檢查提供有力的技術支撐。

防竊電；二次回路；異頻法；監(jiān)測終端

線損一直以來都是電力公司重要的考核指標之一，隨著工業(yè)經濟的發(fā)展，尤其是小規(guī)模、高耗能生產企業(yè)的增加，竊電已成為某些區(qū)域線損居高不下的主要原因。高壓電力用戶的用電計量回路通常是采用高壓電流互感器或電壓互感器從高壓供電回路上耦合出信號接入計量表計。由于負荷電流是隨著用戶的用電負荷不停變化而改變的，可以從零變至最大值，難以通過電流的變化情況來判斷被計量對象是否在竊電。因此，在眾多的竊電手法中，通過改變電流二次回路的分流竊電占竊電的比率最大。目前電能表針對電流回路的三相不平衡和失流事件，也是通過幅值的計算得到的，在一些波動較大和三相負荷使用不合理的計量場合，就會上報該類事件，而二次回路并無異常。而對于三相電流回路均出現短路的情況，又不會上報該類事件。近些年來，針對分流竊電眾多學者和技術人員也提出了一些檢測方法，如在電流二次回路上設置節(jié)點，采用變頻諧振的原理，通過判斷諧振頻率的變化來判斷回路狀態(tài)，不過該方法適用性較差，對不同負荷、不同回路長度均會引起誤報。還有文獻提出將電流互感器二次端電壓與電能表內實際測量值做除法，計算虛擬阻抗。但簡單分析后即可發(fā)現，該方法根本無法識別短線短接電流互感器二次輸出端子的竊電方法，而試圖通過電流閥值法來解決電流型竊電問題的方法也并不科學[1-6]。綜上，由于二次回路技術手段缺乏，一直處于無監(jiān)管的狀態(tài)。因此，亟需一種技術及裝置實現對電流二次回路分流竊電的實時監(jiān)測，并融入目前的用電信息采集系統(tǒng)中，即時主動上報二次回路狀態(tài)信息，為用電稽查和檢修提供數據支撐，提高工作效率，減小由于竊電給電力公司所帶來的經濟損失。

1 常見分流竊電分析

分流竊電的基本原理是通過短接、開路的方式減少流入電能表采樣端的電流幅值，常見的竊電手段有：(1)電流互感器二次端子短接；(2)電能表電流采樣端子短接；(3)電流互感器二次開路。

圖1 電流互感器折算到二次等效電路

若在等效電路圖中的1,2端口出，做電流互感器二次回路的二端口網絡等效阻抗ZE計算為

(1)

在進行阻抗測量中，異頻法是較為常用的手段[7-8]。其基本原理是，在回路中施加高頻信號，并通過檢測高頻信號的幅值，計算回路的阻抗。然而在本研究中，電流二次回路是存在工頻電流信號的，因此若要在工頻信號中識別高頻信號，首先需要注入一定能力的信號，同時在技術上需要精密的檢測傳感器，才能對二次高頻弱信號準確檢測，但從成本上、對計量可能帶來的影響上，均難以接受。因此，本研究提出了以異頻法為基礎，結合輔助判據的回路狀態(tài)識別方法，避免測試中工頻信號的干擾，實現對分流竊電檢測。

圖2給出了原理示意圖，主傳感器部分由1個微型PT和1只電感構成，輔助后端的電子電路部分，獲得在回路阻抗、二次電流變化時的特征量，并獲得回路正常連接、短路、開路狀態(tài)信息。

具體工作原理：

(1)由電感L、兩只電容C和正反饋網絡電路構成的振蕩電路，設計上電容C為固定值，電感L則采用環(huán)形電感，電流二次線以穿心的方式穿過，電感線圈，由于電感兩端對于工頻信號而言接近于開路。因此，電感可輕易進入飽和狀態(tài)，相應的電感量也會降低，振蕩電路的振蕩頻率會增加。但在電流過零點附近，電感鐵芯尚未處于飽和狀態(tài)，故電感量最大，振蕩頻率最小，相對穩(wěn)定，可用于對回路狀態(tài)進行判斷；

(2)當圖3中示意的電流互感器二次端子被短接時，電感L則被一根導線短接了一匝，電感量會降低，此時振蕩電路的振蕩頻率最小值會升高，該振蕩頻率的最小值即可作為回路端子短接的判據；

(3)通過交流采樣，獲取二次回路工頻電流幅值，判斷當二次回路電流為0 A時，將通過微型PT向回路中注入高頻電壓信號，并在L兩端通過信號放大和A/D采樣電路采集，用于判斷電流互感器的二次回路是處于正常連接無電流狀態(tài)，或是開路狀態(tài)。

圖2 二次回路狀態(tài)檢測方案

2 回路狀態(tài)檢測方案測試

在實驗室將上述回路狀態(tài)檢測方案的硬件電路連接與電流互感器二次回路中，通過施加工頻電流驗證不同狀態(tài)下的檢測效果。

2.1 低負荷電流下的回路狀態(tài)檢測

在電流互感器的連接狀態(tài)中，正常連接狀態(tài)有兩種情況，一為無電流或低負荷連接；另外一種為有工頻電流下的正常連接。當自激振蕩電路工作時，圖3給出了0 A電流條件下，自激振蕩電路的波形，信號頻率一致穩(wěn)定，最大最小頻率均約為23 kHz。

硬件電路中增加了電能表使用的微型CT，用于測量工頻電流，在確認回路無電流后，監(jiān)測電路啟動注入信號，并通過L檢測高頻信號幅值。圖4給出了檢測到的高頻信號，按照設計，若能檢測到一定幅值的高頻信號，則判斷回路為0電流條件下的正常連接。

若檢測到的高頻信號極低，自激振蕩后檢測到的高頻信號接近0，則認為回路為開路狀態(tài)。

若返回值極高，超過了A/D采樣的量程，則認為回路存在短接情況。

圖3 0 A電流下自激振蕩電路方波波形

圖4 LC構成的諧振電路檢測到的高頻信號波形

2.2 存在電流時的回路狀態(tài)判斷

回路中存在電流時，將引起諧振電感的變化，其電感量會隨著負荷電流的幅值而變化，相應振蕩電路的頻率也隨之變化。不過在工頻電流過零點處，其電感量是相對穩(wěn)定的，因此可檢測正當頻率的最小值，判斷回路狀態(tài)。若電流端子被短接，如圖6所示，其最小頻率變大，已接近41 kHz。因此，在有電流的情況下，通過最小頻率的測量便可判斷回路是否存在短接狀態(tài)。

圖5 有電流條件自激振蕩信號波形圖

圖6 有電流條件下CT端子被短接時自激振蕩信號波形圖

通過上述分析與測量可以發(fā)現，通過自激振蕩頻率和高頻信號的施加及檢測便可判斷出，無電流條件下的正常連接、短接和開路狀態(tài)，以及有電流情況下的正常連接和短接狀態(tài)。

3 CT二次回路監(jiān)測終端

將前文提到的回路狀態(tài)檢測功能單元作為一個固定的模塊，再配合外圍輔助電路，就可以實現計量現場電流互感器二次回路狀態(tài)的實時在線監(jiān)測。監(jiān)測終端的功能框圖如圖7所示，外部電路配合實現裝置的通信、事件處理、電源管理等功能。

圖7 CT二次回路監(jiān)測終端硬件框圖

4 對電能計量影響的測試

在設計上，監(jiān)測終端將串接于電能表前端電流互感器的二次回路中，其電源供電可能并接于電壓互感器的二次。因此，其對于電能計量整體帶來的影響必須著重考慮，為此設計了如圖8所示測試線路圖。其中，T1和CT1為系統(tǒng)用10 kV電壓和電流互感器，準確度等級為0.1級和0.1s級；T2和CT2為標準電壓和電流互感器，準確度等級為0.01和0.01s級。被測三相電能表為0.1級，標準電能表使用的是RD33，0.01級，施加額定電壓和電流后，測試三相電能表在安裝監(jiān)測裝置前后的計量誤差，計算監(jiān)測裝置對電能計量帶來的影響。測試數據如表1所示，從數據可以看出，計入監(jiān)測裝置后電能表有功計量誤差增加<0.002%，該誤差主要是由于監(jiān)測裝置接入帶來的互感器負荷誤差，對于0.1級的電能表，該影響是完全可以忽略的。

表1 對電能計量影響測試數據

圖8 監(jiān)測裝置對電能計量影響測試線路圖

5 樣機試用

先后在湖北、江蘇和四川完成了13臺監(jiān)測終端的現場安裝，安裝對象分別選取了工業(yè)用戶、居民用戶、商業(yè)用戶，計量方式高供高計和高供低計各近50%。

圖9 監(jiān)測終端現場安裝照片

現場運行顯示，監(jiān)測裝置運行可靠，在不同負荷電流條件下，均無誤報情況，并及時發(fā)現一起現場電流回路錯接線事故。

6 結束語

為解決分流竊電難以監(jiān)測的技術問題，本文提出了基于異頻法的回路狀態(tài)監(jiān)測方法，并開發(fā)了相應的樣機，總結如下：(1)基于異頻法和輔助判據制定的回路狀態(tài)檢測方案，可實現對二次回路正常連接、開路和短路的準確識別；(2)基于該監(jiān)測方案，開發(fā)了電流互感器二次回路監(jiān)測終端，可實現回路狀態(tài)的實時在線

監(jiān)測；(3)掛網運行結果顯示，監(jiān)測終端現場運行可靠，無誤報。

監(jiān)測終端可對高耗能用電企業(yè)違規(guī)用電、計量回路故障實時監(jiān)測，可有效提高業(yè)務時效性、降低計量與用電檢查等專業(yè)部門人員的工作量，更能有效降低由此而造成的經濟損失。終端性能穩(wěn)定，數據上傳及時、可靠，可為現場計量設備檢修、用電檢查提供技術支撐。

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Short Circuit of the CT Monitoring Method and Device Based on the Different Frequency

JIANG Chunyang1，LIU Junjie1，ZHOU Feng1，YIN Xiaodong1，WANG Binwu1，LIU Kun2， ZHOU Yifei2

(1.China Electric Power Research Institute,Wuhan 430074,China;2. State Grid Sichuan Electric Power Company,Chengdu 610041,China)

The method of changing the current transformer secondary circuit connection state to stealing electricity is relatively hidden, it is difficult to find through monitoring the current amplitude. In order to realize the monitoring of the CT secondary circuit short, open state, in this paper a method based on the different frequency is proposed to recognize the CT secondary loop condition under different operating condition, CT secondary circuit monitoring terminal is developed based on this method. The results in laboratory and site operation show that the terminal can accurately identify the secondary loop state, can provide powerful technical support for electrical inspection.

preventing electricity-stolen; the secondary circuit; different frequency method; monitoring terminal

2016- 12- 2

國網公司科技項目(JL71-15-044)

姜春陽(1985-)，男，碩士，工程師。研究方向：互感器測試技術等。劉俊杰(1986-)，男，碩士，工程師。研究方向：電測量技術等。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.03.051

TM645.2

A

1007-7820(2017)03-185-04