CN1315660A - 可侦测及防止窃电的电力计量方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种可侦测及防止窃电的电力计量方法及装置,包括微处理器、电压信号检测电路、电流信号检测电路、继电器、继电器驱动电路、指示单元,主要是利用一可切换电压结线的电表分别侦测三相电源中的两组电压及电流信号,并检测二组信号是否出现功因角差值,如出现差值时即显示用户有不当使用电容器进行窃电的状况,随即切换电表的电压接线,以特殊的接线方式使电表测量正确的耗电量,同时以适当的指示装置显示用电户的窃电状况供查报。

Description

可侦测及防止窃电的电力计量方法及装置

本发明是关于一种可侦测及防止窃电的电力计量方法及装置，尤指一种在用电户不当使用电容器欲使计量电表失准而进行窃电时，仍能正确计量实际耗电量，并显示其窃电事实的方法及装置。

电力公司主要是根据电表记录用户的耗电量，并据以向用户收取电费，但部分用户仍尝试利用不正当的手段进行窃电并短交电费，此举不仅严重影响公平原则，并造成电力公司的莫大损失，有关目前记录耗电量及部分不肖用户窃电的方法，谨进一步说明如后：

电力公司一般是利用「瓦时计」即通常所称的电表记录负载的耗电量，而一种三相三线二组件式的瓦时计是用以测量三相电功率，该三相三线二组件式瓦时计是将两组单相电力计设于同一旋转轴上，当电流通过电力计时将改变旋转轴的扭矩，而通过旋转轴的转动以显示计量指数，如图6所示，是前述瓦时计80以其两组电力计81、82通过外连接线分别与三相电源端1、2、3及负载连接，其中电力计81是连接于第1、2相电源间，另一电力计82则连接于第3、2相电源间，根据前述接线方式的向量分析是如图7所示：

其中V₁₂、V₂₃、V₃₁为线间电压

I₁、I₂、I₃为线间电流，

又φ为负载的功率因数角

当负载平衡时，V₁₂=V₂₃=V₃₁=V

I₁=I₂=I₃=IP=P₁+P₃=V₁₂I₁cos(30°+φ)+V₃₂I₃cos(30°-φ)=VI[cos30°cosφ-sin30°sinφ+cos30°cosφ+sin30°sinφ] $=\sqrt{3}\mathrm{VI}\cos \mathrm{\φ}$ 前述公式中的P值为正常计量方式下的电功率。但当用户在负载端安装电容器时，则将造成瓦时计80失准，达到窃电少付电费的目的。电容器在供电上的应用，主要是供改善功率因数，故电力公司经常在每隔一段电力传输间距即设以电容器，又对用户而言，在电源侧并接一电容器，亦可修正电感性相位差，并进一步改善其功率因数。

但前述用以窃电的电容器，并非用以改善功率因数，其接法是如图8所示(其为正相序供电方式)，其于负载端的第三相电源与接地间设一电容90，该电容90遂将造成瓦时计80计量失准，其电功率计量误差可由以下的公式换算得知：

I₃’=I₃+I_3SC    V₁₂=V₂₃=V₃₁=VP_A=P_A1+P_A3=V₁₂I₁cos(30°+φ)+V₃₂I₃′cosφ_A=V₁₂I₁cos(30°+φ)+V₃₂I₃cos(30°-φ)+V₃₂I_3SCcos150°前述公式中的P_A $=\sqrt{3}\mathrm{VI}\cos \mathrm{\φ}-\frac{\sqrt{3}}{2}{\mathrm{VI}}_{3\mathrm{SC}}$ $=P-\frac{\sqrt{3}}{2}{\mathrm{VI}}_{3\mathrm{SC}}$ 为负载端不当连接电容90状况下，由瓦时计80实际测量所得的电功率，经以前述公式换算可知，如前述的不当连接电容90将出现 $\frac{\sqrt{3}}{2}{\mathrm{VI}}_{3\mathrm{SC}}$ 的差值，此电功率差值即为用户无需支付费用的窃用功率。

根据了解，目前利用前述方法窃电的大用电户有逐渐增多的趋势，造成电力公司的严重损失。由此可见，现有电表计量用电的方法存在明显疏漏，有待进一步克服改进。

因此，本发明主要目的在于，提供一种可侦测及防止窃电的电力计量方法及装置，其具有当用户不当连接电容进行窃电时，仍能正确计量实际耗电量，并显示其窃电的事实。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。依据本发明提出的一种可侦测及防止窃电的电力计量方法，其包括有：

一利用可切换电压接线的电表分别侦测三相电源中的两组电压电流信号功因角的步骤；

一判断前述两组信号的功因角是否出现差值的步骤；

一在两组电压电流信号功因角出现差值时，切换电表的电压接线，以测量正常耗电量的步骤；

一在切换电表电压线时，同步启动指示装置显示用户窃电事实的步骤。

前述的方法是以一三相三线二组件式瓦时计即电表连接于电源端与负载端之间，其中电表的电压线圈上设有继电器，以控制其接线切换；该继电器则由一控制装置所控制。

前述控制装置包括有：

一与电源连接供检测电压信号的电压信号检测电路；

一与通过比流器与电源连接，供检测电流信号的电流信号检测电路；

一供判断电源相序与电压、电流信号及其相位的微处理器；

一由微处理器根据电压、电流信号判断结果以驱动，供显示是否出现窃电情况的指示单元；

其中微处理器并同时控制继电器，以切换电表的接线，当电压及电流信号检测电路检测两组电压电流信号出现功因角差值时，可判断用户已有窃电情况，进而通过电表接线，以测量正确的耗电量。

本发明的目的还可由以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种可侦测及防止窃电的电力计量方法所使用的装置，其包括有：

所述的可侦测及防止窃电的电力计量方法所使用的装置，其包括有：一与电源连接供检出两组电压信号的电压信号检出电路；一与通过比流器与电源连接，供检测两组电流信号的电流信号检测电路；一供判断电源相序与两组电压电流信号功因角是否相同的微处理器；一由微处理器控制以切换瓦时计电压接线的继电器驱动电路；一由微处理器根据电压、电流信号判断结果进行驱动，供显示是否出现窃电情况的指示单元；前述微处理器通过继电器驱动电路控制一继电器，以切换瓦时计的电压接线。

本发明提供了一种可侦测及防止窃电的电力计量方法及装置，其具有以下特点：即在用户不当连接电容器进行窃电时，仍可正确地量测出用户实际的耗电量，以杜绝窃电者窃电的情况，除此以外，本发明更进一步侦测显示用户是否有窃电状况供查报，而可达到资源有效管理及杜绝不法的目的。

本发明所使用的控制装置具体结构由以下实施例及其附图详细给出。

图1是本发明用以正确侦测电功率的电表接线图。

图2是在前述电表接线构造下不当使用电容器的构造示意图。

图3是本发明用以令电表达到接线切换目的的接线图。

图4是本发明用以侦测电压、电流信号及控制电表接线切换的控制装置电路图。

图5是本发明的动作流程图。

图6是传统瓦时计的接线示意图。

图7是三相电源向量分析图。

图8是负载端不当使用电容器的接线示意图。

有关本发明的电力计量侦测方法，大致包括有以下步骤：

一利用可切换电压接线的电表分别侦测三相电源中的两组电压电流信号的步骤；

一判断前述两组信号功因角(功率因数角度)是否出现差值的步骤；

一在两组电压电流信号功因角出现差值时，切换电表的电压接线，以测量正常耗电量的步骤；

一在切换电表电压线时，同步启动指示装置显示用户窃电事实的步骤。

前述第一步骤是由电表以传统接线方式与电源端、负载端连接，并分别取得两组电压信号及两组电流信号，其接线方式是如图6所示，该瓦时计80的两组电力计81、82上分别具有两组线圈811、812、821、822，其中线圈811、821是直接串联于电源端与负载端之间，供感应线间电流，又线圈812、822则分别跨接于第1、2相电源及第3、2相电源之间，以感应线间电压。图6中的标号11、12、13均代表电流方向，其中11、13分别代表电流由电源经线圈811、821流向负载端；12代表电流由电源直接流向负载端。

如前所述，该等接线方式如负载端不当连接电容90(如图8所示)，将使瓦时计80测量失准。图8中的标号13’代表的电流方向是由电源流向负载端不当连接电容90。

有关前述的不当连接电容状况，本发明是通过取得两组电压电流信号，并判断二者的功因角差异以检测(即前述第二、三步骤)，由于用户窃电是在负载端的第3相电源与接地间接电容90，因此，由第3、2相电源取得电压电流信号的功因角将与第1、2相取得电压电流信号的功因角出现一相当差距理想状态下，该两组电压电流信号的功率因数角度(应属一致)，因此，我们仅需判断第一组电压电流信号(第1、2相间)的功因角是否不等于第二组电压电流信号(第3、2相)，即可侦测用户端是否有窃电情况。

当用户端被侦出有窃电状况时，本发明即令电表改变另一种接线方式，即可有效防止不当使用电容90所造成的窃电的情况，其接线构造是如图1所示。

该瓦时计80的两组电力计81、82仍分别以线圈811、821直接串联于电源端1、3相与负载端之间，供感应线间电流，又一端连接于第1相电源端的线圈812是以另端跨接至第1相负载端，再一端连接于第3相电源端的线圈822是以另端跨接至第3相负载端，以分别感应第1、3相及第3、1相电源的线间电压。

在前述接线方式下，设V₁₂=V₂₃=V₃₁=V,I₁=I₂=I₃=I

由前述瓦时计80所测得的电功率P_B为P_B=P_B1+P_B3=V₁₃I₁cos(30°-φ)+V₃₁I₃cos(30°+φ) $=\sqrt{3}\mathrm{VI}\cos \mathrm{\φ}$ =P

在前述的接线构造下，如用户在负载端不当连接电容90时(如图2所示)，则瓦时计80测得的电功率P_C可由下列公式获悉：P_C=P_C1+P_C3=V₁₃I₁cos(30°-φ)+V₃₁I₃′cos(30°+φ)=V₁₃I₁cos(30°-φ)+V₃₁I₃cos(30°+φ)+V₃₁I_3SCcos90° $=\sqrt{3}\mathrm{VI}\cos \mathrm{\φ}$ =P

由上述可知，在前述接线构造下，即使用户在负载端不当使用电容器，亦不致对瓦时计80的正确测量造成影响。又，本发明除利用前述接线方式使瓦时计80正确测量用户端的耗电量外，将进一步侦测并显示用户的非法窃电情况，以供查报。

因此，本发明是在瓦时计80的传统接线方式下取得两组电压电流信号，当两组电压电流信号出现差值时，即表示用户端有不当使用电容器窃电的状况，则本发明变换瓦时计80的电压接线，以取得不受电容器影响的正确计量，并进一步侦测并显示该项窃电信息，以供查报。

而在实施前述方法的硬件构造上，首先可如图3所示，是利用继电器41的电子开关接点以切换前述瓦时计80的电压接线，以便作前述两种接线构造的切换，再由一控制装置控制继电器10的动作。

该控制装置的电路图是如图4所示，其包括有一微处理器10、一自电源端检测电压信号并送至微处理器10的电压检测电路20、一通过比流器自电源端检测电流信号并送至微处理器10的电流检测电路30、一受微处理器10控制的继电器驱动电路40、一指示单元50及一电源电路60；其中：

该电压检测电路20主要由两组变压器21、22、两组运算放大器23、24组成，又两变压器21、22初级线圈侧分别连接至电源端的RST相(即第1、2、3相)上，其次级线圈则分别连接至运算放大器23、24的正端输入，两运算放大器23、24的输出端则分别连接至微处理器10上，用以将正弦波形式的电压信号转为方波信号，供微处理器10运算其大小及相位先后。换言之，前述电压检测电路20将自第1、2、3(RST)相电源上分别检测出两组电压信号。

该电流检测电路30是分别由两组滤波电路31、32及两组运算放大器33、34组成，其中两滤波电路31、32输入端分别通过比流器(图中未示)与电源端的R相与T相连接，以检测出其电流信号，又滤波电路31、32输出端将连接至运算放大器33、34的正端输入，运算放大器33、34输出端则连接至微处理器10，以便将转换为方波形式的电流信号送至微处理器10，供运算判断其电流大小及相位先后。故前述电流检测电路30将分别由第1、3相(R、T相)电源上分别检测两组电流信号。

之后，微处理器10将通过前述电压检测电路20及电流检测电路30检查电源为正相序或逆相序形式，并将由二者检测的两组电压电流信号判断用户端是否有窃电情况。

该继电器驱动电路40包括有一继电器41、缓冲继电器42及两组分别与继电器41、缓冲继电器42连接的光耦合器43、44，其中光耦合器43、44是供隔离用，其分别连接至微处理器10两输出端(RLSW0、RLSW1)；又继电器41与缓冲继电器42分别具有两组开关接点411、412、421、422，其中继电器411、412的共同端是与两电力计81、82的线圈812、822连接，其一接点(常开)是分别连接至电源R、T相上，另一接点(常闭)则连接于缓冲继电器42上两开关接点421、422的共同端，两开关接点421、422的一接点(常开)为空接，另一接点(常闭)则共同连接至电源S相上。

而前述继电器41主要用以切换瓦时计80的电压接线，缓冲继电器42则为前述切换电压接线动作预作缓冲，由于电力计81、82的线圈812、822在切断电源瞬间，可能出现极大的反电动势电压，为防止电路受损，微处理器10将在驱动继电器41进行切换前，先令缓冲继电器42的开关接点421、422切至空接端，再令继电器41作接线切换，随后恢复缓冲继电器42的接点，如此即可防止电路受反电动势电压冲击。

该指示单元50主要是由两组隔离用的光耦合器51、52及两组发光二极管53、54组成，其中光耦合器51、52输入端是连接至微处理器10输出端(PH LED、PL LED)，又两发光二极管53、54为不同颜色，可分别供显示正常或异常(即有窃电)状况。又指示单元50除以灯号形式显示外，亦可为不同形式的警报装置。

有关该微处理器10的处理工作流程是如图5所示，其首先将先行判断电源端的相序(即R、S、T相的排序)，而判断电源端为正相序或逆相序后，即开始判断用户端是否不当使用电容器，判断步骤是由微处理器10判断电压检测电路20及电流检测电路30所检测两组电压电流信号是否出现功因角差值，如两组电压电流信号功因角相同或极为接近，表示用户端没有不当使用电容器；反之，如两组信号的功因角出现差值，则表示用户不当使用电容器，则微处理器10将通过继电器41变换瓦时计80的接线形式(如图1所示)，以测量正确的耗电量，在此同时，并将驱动指示单元50，以灯号显示该用户有不当使用电容器状况，供作为查报。

Claims (11)

1．一种可侦测及防止窃电的电力计量方法，其特征在于，是由一控制装置执行各步骤，各步骤包括有：一利用可切换电压结线的电表分别侦测三相电源中的两组电压电流信号功因角的步骤；一判断前述两组信号的功因角是否出现差值的步骤；一在两组电压电流信号功因角出现差值时，切换电表的电压接线，以测量正常耗电量的步骤；一在切换电表电压线时，同步启动指示装置显示用户窃电事实的步骤。

2．根据权利要求1所述的可侦测及防止窃电的电力计量方法，可由一控制装置执行各步骤，其特征在于：该控制装置包括有：一与电源连接供检出两组电压信号的电压信号检出电路；一与通过比流器与电源连接，供检测两组电流信号的电流信号检测电路；一供判断电源相序与两组电压电流信号功因角是否相同的微处理器；一由微处理器控制以切换瓦时计电压接线的继电器驱动电路；一由微处理器根据电压、电流信号判断结果进行驱动，供显示是否出现窃电情况的指示单元；前述微处理器通过继电器驱动电路控制一继电器，以切换瓦时计的电压接线。

3．根据权利要求2所述可侦测及防止窃电的电力计量方法，其特征在于：该继电器驱动电路又包括有一缓冲继电器，其连接于电源端与继电器之间，作为缓冲隔离功能。

4．根据权利要求1或2所述可侦测及防止窃电的电力计量方法，其特征在于：该指示单元是由发光二极管构成。

5．根据权利要求2所述可侦测及防止窃电的电力计量方法，其特征在于：该电压信号检测电路是由两组变压器及分别以正端输入与变压器次级线圈连接的运算放大器，其中变压器初级线圈是连接于三相电源上，又运算放大器的输出端则连接至微处理器。

6．根据权利要求2所述可侦测及防止窃电的电力计量方法，其特征在于：该电流信号检测电路是由两组滤波电路及分别以正端输入与滤波电路输出端连接的运算放大器，其中滤波电路输入端是通过比流器与电源连接，又运算放大器的输出端则连接至微处理器。

7．一种如权利要求1所述的可侦测及防止窃电的电力计量方法所使用的装置，其特征在于：包括有：一与电源连接供检出两组电压信号的电压信号检出电路；一与通过比流器与电源连接，供检测两组电流信号的电流信号检测电路；一供判断电源相序与两组电压电流信号功因角是否相同的微处理器；一由微处理器控制以切换瓦时计电压接线的继电器驱动电路；一由微处理器根据电压、电流信号判断结果进行驱动，供显示是否出现窃电情况的指示单元；前述微处理器通过继电器驱动电路控制一继电器，以切换瓦时计的电压接线。

8．根据权利要求7所述可侦测及防止窃电的电力计量装置，其特征在于：该继电器驱动电路又包括有一缓冲继电器，其连接于电源端与继电器之间，作为缓冲隔离功能。

9．根据权利要求7或8所述可侦测及防止窃电的电力计量装置，其特征在于：该指示单元是由发光二极管构成。

10．根据权利要求8所述可侦测及防止窃电的电力计量装置，其特征在于：该电压信号检测电路是由两组变压器及分别以正端输入与变压器次级线圈连接的运算放大器，其中变压器初级线圈是连接于三相电源上，又运算放大器的输出端则连接至微处理器。

11．根据权利要求8所述可侦测及防止窃电的电力计量装置，其特征在于：该电流信号检测电路是由两组滤波电路及分别以正端输入与滤波电路输出端连接的运算放大器，其中滤波电路输入端是通过比流器与电源连接，又运算放大器的输出端则连接至微处理器。

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