CN104422834A - 基于智能电表的电网安监检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网安监防护技术领域，尤其是基于智能电表的电网安监检测装置，本发明电流无线采集模块经过Bisbee网络传输器与智能电表模块相通，并通过GPRS/CDMA网络传输器与稽查监控计算机相信号连通，在电流无线采集电路中装有表前电流检测模块电路，在智能电表模块中装有智能电表模块电路。本发明的防窃电稽查监控装置能够有效地防止非法窃电现象的发生，减少供电部门的损失，并且具备数据远程传输和网络化管理的功能，监控方便，能够减少供电部门的防窃电成本，提高防窃电的智能化管理水平，适宜电力部门用电管理中应用。

Description

基于智能电表的电网安监检测装置

技术领域

本发明涉及电网安监防护技术领域，尤其是基于智能电表的电网安监检测装置。

背景技术

随着我国经济持续快速地增长，工业用电大幅增加，某些企业为了谋得不法利益，降低生产成本，窃电现象逐年增多。由于采用装有防窃电芯片的电子式电能表的大量应用，传统在表内更改线路的窃电方法已经基本得到控制，于是某些单位采用更为大胆的窃电方法，在表前直接引线或切断电能表的外部线路，即电流不通过电能表，电能表也不能测到电压，这使得目前已经采取的防窃电方法都失去效果。因此建设相应的稽查监控系统及研制一种具有表前电流检测功能的隐蔽性窃电检测仪十分必要。

防窃电技术的发展是针对窃电行为的出现和现代技术的进步而发展的。早期防窃电技术是对计量装置的紧固螺丝的漆封是否被破坏进行窃电判断，因封层易受环境、气候等的影响而自然脱落，造成窃电误判断，目前已不使用。近年来，在防窃电技术上已经积累了不少的经验。目前，防窃电采用的技术措施主要有封闭防伪封印、防窃电计量箱、防窃电电能表、供电计量监测仪、负荷监控系统双向终端、计量装置故障检测仪。这些防窃电装置和措施，对一些窃电行为起到了有效的防止作用。当前的防窃电措施在防止各种窃电行为能力上已经比较完善和成熟，且在其它一些功能和性能指标上也各具特色，正向适应用户和电力现代化管理需求的方向发展，如及时准确地查获窃电行为并为追补电量提供准确数据。但对于日益专业化、高科技化、隐蔽的窃电行为来说，现有的防窃电措施仍有一定的不足之处，主要体现在以下几个方面：①局限性大，这些防窃电装置和措施基本上针对某一种或几种窃电手段来考虑问题的，对更专业化、隐蔽化的窃电行为仍无能为力；②实时性差，很多的窃电行为并非针对计量装置，而现有的防窃电装置和措施几乎全部都是围绕着计量装置来考虑问题的，因此对一些窃电行为不能做出及时反应；③可靠性差，一些防窃电措施为实现防窃电，影响电能表的正常工作，造成电能表电能计量在一定程度上不准确，可靠性差；④成本偏高，防窃电装置采用专用集成电路的方案所占的比重越来越大，计量方案设计应用复杂，成本偏高。

国外在防窃电技术措施方面主要有以下措施：采用专用计量箱或专用电表箱，这项措施对五种窃电手法都有防范作用,适用于各种供电方式的用户,但要求计量箱或电表箱要足够牢固，而且最要害的还是箱门的防撬问题；封闭变压器低压出线端至计量装置的导体，这项措施主要用于防止无表窃电,同时对通过二次线采用欠压法、欠流法、移相法窃电也有一定的防范作用。适用于高供低计转变用户，适用范围太小。

国内开发监控系统及窃电检测仪的公司很少，产品成熟的公司只有两三家，但应用很少，市场推广的力度也很弱，局限性很大；其他有四、五家公司只是推出了概念和宣传，但并没有成熟的产品。国内新型防窃电电能计量装置存在着电路复杂、功能单一、价格昂贵等缺点。现实工作中迫切需要稽查监控系统及隐蔽性窃电检测仪，要求功能多、接口丰富、价格低廉、准确度高等特点，便于实现电能的科学管理。

根据目前新型非法窃电现象的发生以及上述国内外研究的瓶颈，特别为解决表前直接引线或切断电能表的外部线路的等类窃电问题。设计隐蔽性窃电检测仪的表前电流检测的模块，从根本上杜绝窃电现象的发生。因此所发明的隐蔽性窃电检测仪是基于三相供电系统的；同时为了便于电网的管理，以及对窃电现象的实时监控，还研制对检测仪网络进行管理控制和数据采集、监控中心的实时监控系统，实现防窃电及窃电预警，完成稽查监控系统的整体构建。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述技术缺点提供基于智能电表的电网安监检测装置。

本发明解决技术问题采用的技术方案为：基于智能电表的电网安监检测装置，电流无线采集模块经过Zigbee无线网络传输器与智能电表模块相通，并通过GPRS/CDMA网络传输器与稽查监控计算机相信号连通，构成稽查监控装置，其中：在电流采集模块中装有表前电流检测模块，其电路组成为：电流采样电路与有效值转化电路及电压放大电路相继连接，电压放大电路又与A/D采样电路连接后再与微控制器相互连接，微控制器与无线传输电路相互连接，同时由于有效值转化电路连接。其中：在智能电表模块中装有智能电表模块，其电路组成为：电池为单片机供电，单片机与报警器和指示灯相互电路连接，Zigbee无线通讯模块、GPRS模块分别与单片机电路相互连接，485接口、JTAG接口和载波模块分别与单片机相互连接。

本发明所具有的有益效果是：本发明的稽查监控系统可以有效地防止非法窃电现象的发生，减少供电部门的损失，并且本装置具备数据远程传输和网络化管理的功能，监控方便，能够减少供电部门的防窃电成本。随着三相大用户越来越多，用电量也越来越大，同时窃电现象也经常发生，本发明能够提高防窃电的智能化管理水平，减少电力部门的损失。适宜电力部门用电管理中应用。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图。

附图2为本发明的电流采集模块方框图。

附图3为本发明的智能电表模块电路方框图。

具体实施方式

下面结合附图1～附图3对本发明做以下详细说明。

如图1所示，本发明电流无线采集模块1经过Bisbee网络传输器2与智能电表模块3相通，并通过GPRS/CDMA网络传输器4与稽查监控计算机5相信号连通。

在电流无线采集模块中装有表前电流检测模块。

本发明的表前电流检测模块电路组成：

如图2所示，电流采样电路1.6与有效值转化电路1.5及电压放大电路1.4相继连接，电压放大电路又与A/D采样电路1.3连接后再与微控制器1.2相互连接，微控制器与无线传输电路1.1相互连接，同时又与有效值转化电路连接。

(1)、电流采样电路部分是将线路中的电流量转化为可测量的电流量，并最终转化为电压量的主要设备，通常采用的是电流互感器，并在互感器的二次端并联电阻。

(2)、有效值转化电路的作用是将采得的电压瞬时值转换成有效值的过程，要求具有转换过程快速，精度高，频带宽，受温度影响小等特点，同时要求功耗必须足够低。

(3)、由于有效值转化电路输出较小且相对地为负电平，所以需要一级运算放大电路，要求线性度好，功耗低，稳定时间短。

(4)、A\D采样电路的作用是将经运算放大电路放大的模拟量转换为可供微控制器使用的数字量，转换过程要求分辨率高、转换速率快、量化误差小、线性度好。

表前电流监测：

表前电流检测装置是以Zigbee无线网络模块作为主体模块，通过电流采集电路定时获取电能表前端电流并发送至智能电表模块，与智能电表模块通信方式为Zigbee无线网络通信；

智能电表模块与电能表通过RS485接口方式进行通信，定时获取表前电流检测装置传送的电流值并与从电能表中读取的电流有效值进行比对计算，当超出一定范围时发送给集中器或者稽查监控计算机，通知窃电事件的发生，并记录窃电发生的时间然后切断电源。

（1）电流检测模块采得交流电路的电流有效值后通过ZigBee无线网络将数据发送给智能电表模块的无线部分。

（2）智能电表模块通过485总线和电能表连接，根据国网相关通信规约从电能表中读取电流有效值，同时智能电表模块的ZigBee无线部分通过串口将数据传给主体模块的单片机。在单片机中比较电流检测模块测得的电流值和智能电表模块读取的电流值的差值是否在一定的范围内。若在一定的范围内，则单片机产生休眠信号，通过ZigBee无线网络控制电流检测模块进入休眠状态。若不在一定的范围内，则不发送休眠信号，继续比较两者采得电流的大小，若连续3次超出范围，则判定为有窃电现象发生，切断电路并同时记录窃电现象发生的时间。

（3）如果窃电现象发生，智能电表模块可以通过GPRS无线网络上传给稽查监控计算机，通知监控系统窃电现象发生，并可以精确判断窃电用户并且可计算其窃电量，有效地防止了多种窃电方法。

（4）稽查监控计算机监控软件平台运行在PC及其兼容机上，使用WINDOWS操作系统，硬件通过串口连接GPRS模块实现与集中器通信，采用菜单以及图形化界面设计，具备实时监控所有集中器以及每台集中器下设智能电表模块、抄录下部设备的所有信息数据、完整数据库存储、集中器工作状态的设置和控制、系统信息显示等功能。

在智能电表模块中装有智能电表模块。

智能电表模块电路组成：

如图3所示，本发明的电池3.0为单片机3.8供电，单片机与报警器3.6和指示灯3.7相互电路连接，Zigbee无线通讯模块3.1、GPRS模块3.2分别与单片机电路相互连接，485接口3.3、JTAG接口3.4和载波模块3.5分别与单片机相互连接。

(1)、主控制器部分作为智能电表模块的核心，完成所有电路的驱动和控制工作。

(2)、指示灯部分为可能出现的异常情况的报警显示装置，当异常情况发生时点亮指示灯。

(3)、Zigbee无线网络传输部分用来接收表前电流检测模块采得的电流数据，同时将智能电表模块的控制命令传送给表前电流检测模块。

(4)、GPRS无线网络传输部分用来在没有集中器的场合，将窃电信息实时传送至稽查监控计算机。

(5)、电力载波通信部分和其中一路RS485通信接口用来将窃电信息上传至集中器。

(6)、一路RS485通信接口用作与电能表的连接，以读取电能表中计量的电能有效值。

(7)、报警部分用来指示用户当前用电信息，如果发生窃电现象发出报警信号以通知用户引起注意。

单片机采用ATmega128。

稽查监控系统软件的应用：

稽查监控计算机监控软件平台运行在PC及其兼容机上，使用WINDOWS操作系统，硬件通过串口连接GPRS模块实现与智能电表模块或集中器通信，采用菜单以及图形化界面设计，具备实时监控所有集中器以及每台集中器下面智能电表模块，抄录下部设备的所有信息数据、完整数据库存储、集中器工作状态的设置和控制、系统信息显示等功能。

主要分为账户管理、信息管理、区域窃电信息管理、历史查询、实时报警等功能。

(1)账户管理主要是完成用户账号权限的管理和密码的设置工作。

(2)信息管理功能主要完成区域设备管理，完成设备属性信息录入、设置和修改等工作。

(3)区域窃电信息管理功能主要完成用户窃电信息的实时在线监测和数据信息的录入工作。

(4)历史查询功能主要完成历史数据的查询和报警信息等数据的查询工作。

(5)实时报警功能用来指示用户当前用电信息，如果发生窃电现象发出报警信号以通知管理人员引起注意。

同时该发明对于表前电流检测装置和智能电表模块要按照相关标准在指定条件下进行相关试验，按照检验规则进行相关检验。在研发阶段进行相关检测试验，主要有接地故障抑制试验、电磁兼容试验、一致性试验和可靠性验证试验。

相关试验主要分为以下几个部分：

1）、准确度试验表前电流检测装置在参比条件下，基本误差、起动和潜动、隐蔽性窃电检测仪常数、由其他影响量引起的误差极限等性能。

2）、电气性能试验

在参比条件下，隐蔽性窃电检测仪的温升、脉冲电压、抗接地故障能力等电气性能应符合GB/T17215.211—2006的规定。

a)电源电压影响试验

电源电压影响试验应符合GB/T17215.301—2007的规定。

b)交流电压试验

c)功率消耗

隐蔽性窃电检测仪电压回路、电流回路的功率消耗应满足低功耗规定。所有的测试都应在正常工作条件下进行。

3）、电磁兼容性试验

表前电流检测装置和智能电表模块的静电放电抗扰度、射频电磁场抗扰度、快速瞬变脉冲群抗扰度、射频场感应的传导骚扰抗扰度、浪涌抗扰度、衰减振荡波抗扰度、无线电干扰抑制等电磁兼容试验，试验后，表前电流检测装置和智能电表模块应能正常工作。

4）、误差一致性试验

隐蔽性窃电检测仪在参比电压、基本电流加载30min后，对同一批次3～6只表被试样品，在参比电压、100％Ib（In）、10％Ib（In）、功率因数1.0和0.5L处，被试样品的测量结果与同一测试点n个样品的平均值的最大差值不应超过规定限值。被试样品应使用同一台多表位校验装置同时测试。

5）、误差变差试验

隐蔽性窃电检测仪在参比电压、基本电流加载30min后，对同一被试样品，在参比电压、Ib（In）、功率因数1.0和0.5L处，对样品做第一次测试；在试验条件不变的条件下间隔5min后，对样品做第二次测试，同一测试点处的两次测试结果的差的绝对值不应超过0.2％。

6）、通信规约一致性检查

隐蔽性窃电检测仪在全性能试验或验收试验时，应通过公司系统内有资质的检测机构对通信规约一致性的检查。检查依据DL/T645—2007及其备案文件执行。

7）、数据传输线抗干扰试验

对于与通信接口连接的，长度超过2m的脉冲传输线、数据传输线，应进行电快速瞬变脉冲群抗扰度试验。试验按照GB/T17215.211—2006规定，并在下述条件下进行：隐蔽性窃电检测仪处于正常工作状态，使用电容耦合夹将试验电压以共模方式耦合至输入/输出脉冲和数据通信线路。

在脉冲群的作用下，隐蔽性窃电检测仪及组网成系统的各设备不应出现损坏，并能正常工作。试验后，系统应能正常工作和通信。

8）、可靠性验证试验

隐蔽性窃电检测仪的可靠性试验，应根据环境条件进行相关试验，投入可靠性试验的样品出厂检验项目必须全部合格，在试验前发现有不合格项目，可用合格样品替换。

本发明项目技术研究的关键和难点：

（1）、电流检测模块采集电流信号并进行相关运算和处理得到有效值，并将电流有效值通过Zigbee无线上传给智能电表模块。

（2）、智能电表模块具有完善的控制策略判断是否发生窃电，通过RS485和电能表相连，按照国家相关标准规约进行通信，具有丰富的通信接口供用户选择。

（3）、智能电表模块通过GPRS无线网络将用户窃电信息上传至稽查监控计算机，进而通知监控系统窃电现象的发生。

（4）、智能电表模块和稽查监控计算机之间采用了GPRS/CDMA无线通信，增加了无线组网的复杂性和难度。

本发明的技术特点：

(1)、为适应市场和用户需求，设计具备功能多、接口丰富、价格低廉、准确度高特点的三相隐蔽性窃电检测仪；

(2)、提出的表前电流检测方案不同于以往的防窃电方案，它根据现场需求设计，安装方式灵活，能有效杜绝各种表外非法窃电现象，同时能兼顾防止其他大多数表内窃电的现象的发生；

(3)、构建稽查监控计算机。直接通过GPRS上传窃电信息，对隐蔽性窃电检测仪进行控制管理和数据采集。再将集中器信息通过无线GPRS通讯传到监控中心，中心具有信息管理平台，实现了营销系统的科学化管理。

Claims (3)

1.基于智能电表的电网安监检测装置，其特征在于：稽查监控装置组成：电流无线采集模块经过Bisbee网络传输器与智能电表模块相通，并通过GPRS/CDMA网络传输器与稽查监控计算机相信号连通；

在电流无线采集模块中装有表前电流检测模块；

表前电流检测模块电路组成：

电流采样电路与有效值转化电路及电压放大电路相继连接，电压放大电路又与A/D采样电路连接后再与微控制器相互连接，微控制器与无线传输电路相互连接，同时又与有效值转化电路连接；

在智能电表模块中装有智能电表模块。

2.根据权利要求1所述的基于智能电表的电网安监检测装置，其特征在于：所述智能电表模块电路组成：电池为单片机供电，单片机与报警器和指示灯相互电路连接，Zigbee无线通讯模块、GPRS模块分别与单片机电路相互连接，485接口、JTAG接口和载波模块分别与单片机相互连接。

3.根据权利要求1所述的基于智能电表的电网安监检测装置，其特征在于：所述单片机采用ATmega128型号。