CN202693649U - 一种防窃电系统 - Google Patents

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陆一钢
于颖杰
沈瑞强
严晶
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Abstract

本实用新型涉及一种防窃电系统,包括无线互感器、无线接收器、电表、负控终端和主站。无线互感器设置在专用变压器的一次侧电力线上,用于采集、处理、存储一次侧的电流数据,并无线发送该电流数据。无线接收器无线接收该电流数据,将该电流数据转变成视在功率后输出。电表设置在在专用变压器的二次侧电力线上,用于计量用户用电,并将计量功率输出。负控终端连接该无线接收器和该电表,将该视在功率和该计量功率进行比较以判定用户是否窃电,并发送判定结果。主站连接该负控终端以接收该判定结果。

Description

—种防窃电系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种防窃电系统,尤其是涉及具有无线互感器的防窃电系统。
背景技术
[0002] 随着经济的高速增长和窃电技术的发展,窃电问题比以往更为严重,并呈现出窃电手段高科技化、窃电过程隐蔽化、窃电数量大额化的特征,窃电给国家和企业造成严重的经济损失,全国每年因窃电损失达数百亿元。
[0003]目前防窃电的一种方式是通过负控系统来实现,通过负控终端采集用户的实际功率数据,与从多功能电表中采得的计量功率数据进行比对,如果两个功率数据相符,就说明用户无窃电行为,如图I所示,如果两个功率数据不相符,就说明用户具有窃电嫌疑,如图2所示。·
[0004] 图3示出一种建立在负控系统上的防窃电装置,主要是由负控终端31 (带交流采样模块)、多功能电表32、电流互感器(CT) 33、34、主站35等组成。
[0005] 负控终端31是对用户的用电负荷进行控制和管理的设备,防窃电只是其中的一项功能。在负控终端31中增加了交流采样模块,以让其具备防窃电的能力。负控终端31主要包括主控模块、显示模块、交流采样模块、RS485抄表模块、与主站之间的通信模块、控制模块、状态量采集模块等,其中与防窃电相关的模块主要包括:交流采样模块、RS485抄表模块、主控模块与主站之间的通信模块。
[0006] 交流采样模块可以采集二次测量点(通过CT和PT变比)的电流和电压模拟量,计算出电流有效值、电压有效值、有功功率和电量、无功功率和电量等值。交流采样模块采集的二次测量点一般选择在控制回路里,代表了用户实际使用的各项数据。
[0007] RS485抄表模块是专门用来读取多功能电表里计量数据的模块,它是通过其中的RS485通信串口来实现数据传输的。数据格式是按照多功能电表的传输规约来制定的。
[0008] 主控模块是负控终端的大脑,除了完成负控终端的其他功能处理外,它还可以将交流采样模块采集的用户实际使用功率和从多功能电表中采得的计量功率进行比较、保存、上传。
[0009] 与主站之间的通信模块可以是无线的,也可以是有线的。无线通信模块通常是230MHz数传电台,或者是公网模块(如GPRS/CDMA)。有线通信模块通常是PSTN模块或者是以太网通信模块,它们负责主站和负控终端之间的数据联系。
[0010] 多功能电表32是用于计量用户用电的计费装置,多功能电表32除了计量功能外,还能将各种计量数据通过通信口(最常用的是RS485通信串口)对外进行传输。多功能电表32采集的二次测量点是在计量回路里的,与交流采样模块采集的二次测量点(控制回路)不在同一个回路里,这样可以提高窃电的难度。
[0011] 电流互感器(CT) 33,34是将一次侧的大电流通过一定的变比变成二次侧的小电流,以满足电表或交流采样模块对电流输入的要求,例如:变比为30 :1的CT,是将30A的一次侧电流变成IA的二次侧电流。在此,电流互感器33、34均为二次侧测量点。[0012] 主站35也叫监控中心,一般位于各个供电部门,通过各种有线的或者无线的通信模块与负控终端进行数据交换,然后将各类召测回来的数据进行分析比较,对各个用户进行各种管理,其中防窃电管理也是其中之一。在主站可以通过如图I和图2这样的曲线图来判断用户是否存在窃电行为。
[0013] 上述的现有防窃电装置充分利用了现在已经广泛应用的电力负控系统,只需在原来的负控终端中增加一个交流采样模块,就可以利用原有负控系统的信道资源、管理资源和数据资源来实现防窃电功能。但是它的不足在于难以发现绕越计量表计以及负控终端的窃电行为。而且负控终端都使用在用电环节的最末端,不能够对前端的电表、电缆、互感器等用电设备进行有效的监测,使这些环节成为不法窃电分子攻击的目标。例如:通过强磁干扰使电流变送器磁路饱和电流波形严重畸变造成损失电量;通过二次电缆电流分流窃取电量等,由此造成电能流失负控终端很难发现。
[0014] 另一种方式是使用高供高计防止窃电。高供高计采取高压供电、高压侧进行计量的方法,高电压自然增加窃电用户对设备和线路动手脚的难度,它能够防止越表窃电,但由于计量时要把高压转变为100V或57. 7V低压,用户还是有机会对低压部分的计量回路进行 短接分流。在实践中仍然能发现高供高计的窃电用户,这表明高供高计的低压部分仍然是它在防窃电方面的薄弱环节。
实用新型内容
[0015] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种更有效地发现窃电行为的防窃电系统。
[0016] 本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种防窃电系统,包括无线互感器、无线接收器、电表、负控终端和主站。无线互感器设置在专用变压器的一次侧电力线上,用于采集、处理、存储一次侧的电流数据,并无线发送该电流数据。无线接收器无线接收该电流数据,将该电流数据转变成视在功率后,作为实际功率输出。电表设置在在专用变压器的二次侧电力线上,用于计量用户用电,并将计量功率输出。负控终端连接该无线接收器和该电表,将该实际功率和该计量功率进行比较以判定用户是否窃电,并发送判定结果。主站连接该负控终端以接收该判定结果。
[0017] 在本实用新型的一实施例中,该无线互感器和该无线接收器之间是通过微功耗无线信道通信。
[0018] 在本实用新型的一实施例中,该电表通过RS485接口连接该负控终端。
[0019] 在本实用新型的一实施例中,该无线接收器通过RS485接口连接该负控终端。
[0020] 在本实用新型的一实施例中,该无线互感器包括电流互感器、供电线圈、智能采集模块和微功率无线信道模块,该电流互感器设置在专用变压器的一次侧电力线上,该智能采集模块连接该电流互感器,该微功率无线信道模块连接该智能采集模块,该供电线圈设置在专用变压器的一次侧电力线上并连接该智能采集模块和该微功率无线信道模块。
[0021] 在本实用新型的一实施例中,该主站与该负控终端之间通过GPRS公网信道连接。
[0022] 在本实用新型的一实施例中,该主站与该负控终端之间通过230MHz专网信道连接。
[0023] 本实用新型由于采用以上技术方案,使之与现有技术相比,具有如下显著优点:[0024] I、采用高压测量技术,通过采集对比客户专用变压器一次侧(高压侧)和二次侧(低压侧)的电量数据来判断用户是否窃电。
[0025] 2、采用无线传感技术,利用低功耗的无线通信模块和电流互感器相结合,组成无线互感器,安装在专用变压器的一次侧,通过无线方式将数据传输给终端,没有任何的引线进入二次侧,能够从根本上防止各种窃电行为。
附图说明
[0026] 为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂,以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明,其中:
[0027] 图I示出用户无窃电示意图。
[0028] 图2示出用户发生窃电示意图。 [0029] 图3示出现有防窃电系统的原理框图。
[0030] 图4示出本实用新型一实施例的防窃电系统原理框图。
[0031] 图5示出本实用新型一实施例的无线互感器原理框图。
[0032] 图6示出无线接收器通信软件中断程序流程图。
[0033] 图7示出无线接收器通信软件主程序流程图。
[0034] 图8示出本实用新型一实施例字节传输序列。
[0035] 图9示出本实用新型一实施例的控制码的格式。
具体实施方式
[0036] 根据本实用新型的基本构思,通过采集对比客户专用变压器一次侧和二次侧电量数据来判断用户是否窃电,并通过无线通信的方法没有任何的引线进入二次侧,能够从根本上有效发现各种窃电行为。
[0037] 与已有的防窃电系统相比,本实用新型实施例的防窃电系统也是建立在负控系统上的,但本实用新型实施例的系统主要采用了无线互感器和无线接收器来替代已有系统中的交流采样模块和相对应的二次测量侧的交流互感器。
[0038] 图4示出本实用新型一实施例的防窃电系统原理框图。参照图4所示,本实施例的防窃电系统包括负控终端41、无线互感器42、无线接收器43、电表44、主站45等。无线接收器43和电表44连接到负控终端41。无线互感器42与无线接收器43是通过微功率无线信道进行通信。此外负控终端41可通过GPRS公网信道或者230MHz专网信道连接到主站45。
[0039] 本实施例中的负控终端41与已有的负控终端基本相同,所不同的是本实施例中的负控终端41不需要交流采样模块。具体地说,负控终端41主要包括:主控模块、显示模块、RS485抄表模块、与主站45之间的通信模块、控制模块、状态量采集模块等。其中,与防窃电相关的模块主要包括:RS485抄表模块、主控模块、与主站之间的通信模块。
[0040] RS485抄表模块不仅用来读取电表44内的计量数据,还要读取无线接收器43内的数据。无线接收器43和电表44与负控终端41之间都是通过RS485通信串口来实现数据传输的,数据格式可以按照电表44的传输规约来制定。
[0041] 主控模块是负控终端的大脑,除了完成负控终端的其他功能处理外,主控模块还可以将无线互感器42采集的用户实际使用功率和从电表44中采得的计量功率进行比较、保存、上传。无线互感器42采集的用户实际使用功率是通过无线接收器43计算并以视在功率的形式发送给负控终端41。比较的结果可以作为判定用户是否窃电的依据。例如当两个功率基本相同时,可以认为用户无窃电,而两个功率不相同时,可以认为用户窃电。判定结果被通过通信媒介上传到主站45并作记录。
[0042] 与主站45之间的通信模块可以无线的,也可以是有线的。无线通信模块通常可以是230MHz数传电台,或者是公网模块(如GPRS/CDMA)。有线通信模块通常可以是PSTN模块或者是以太网通信模块,它们负责主站45和负控终端41之间的数据联系。
[0043] 在本实施例中,无线互感器42安装在专用变压器40的一次侧电力线上,用于采集、处理、存储一次侧的电流数据,并无线传输给无线接收器43。在一实施例中,无线互感器42和无线接收器43之间是通过微功耗无线信道通信。 [0044] 图5示出本实用新型一实施例的无线互感器原理框图。参照图5所示,无线互感器43主要包括电流互感器51、供电线圈52、微功率无线信道模块53、智能采集模块54、以及储能器件55。电流互感器51设置在专用变压器的一次侧电力线上,智能采集模块54连接电流互感器,微功率无线信道模块53连接智能采集模块54。供电线圈52设置在专用变压器40的一次侧电力线上并连接智能采集模块54和微功率无线信道模块53。储能器件55连接供电线圈52和智能采集模块54。
[0045] 电流互感器51的主要作用是将IOKV的高压进线一次电流转变为二次电流模拟量,由智能采集模块进行采集计算,得出电流有效值,其精度要求达到O. 2%。
[0046] 供电线圈52主要作用是将线路上的电流感应出来提供给微功率无线信道模块、智能采集模块、储能器件等作为工作电源。供电线圈52能够在母线电流为4A时,感应出不小于300mW的功率。
[0047] 微功率无线信道模块53用于和数据转发器进行数据通信,它工作于国家开放的免费无线计量仪表频段。微功率无线信道模块53主要有以下几个特点:微发射功率:最大发射功率IOdBm ;工作载频频率433/470MHZ,无需申请频点(国家无线电管理委员会最新开放频段;基于GFSK调制方式的高效前向纠错编码方式,提高抗干扰能力和低误码率;传输距离在视距情况下,可靠通讯距离>200m(BER=10-3/9600bps);在+5V供电情况情况下,接收电流28 土 2mA,发射电流38 土 2mA,休眠电流5 土 2uA ;微功率无线信道模块在母线电流彡4A时,能正常接收和发送数据。
[0048] 智能采集模块54主要负责电流的采集和计算、通信报文的组织及接收、发送控制,它采用工作电流非常小的CPU (比如TI公司的MSP430系列CPU),具有至少I路12位的A/D转换功能,并具有时钟功能。
[0049] 在具体实施时,在母线电流> IA的情况下,智能采集模块54应该能正常地进行电流的采集和计算,并将电流有效值按照每天96点的数据量保存7天数据。
[0050] 储能器件55可以采用电容或电池,主要在轻载时提供智能采集模块的时钟及采集数据、储存数据的工作电源。
[0051] 无线互感器42—般可分为母排式、母线式和卡口式三种,它们各有优缺点,母排式的优点是空间使用效率比较高,体积比较小,缺点是在原有的高压进线中必须外接一段无线互感器的母排;卡口式的优点是安装起来比较方便,缺点是它属于铁心分离式,铁心的效率降低,成本和体积会增大,而且对于加工的要求特别高;母线式是采用将原有的母线从无线互感器的中心孔中穿过的方式,铁心保持不分离,体积和重量阶于母排式和卡口式之间,虽然安装没有卡口式方便,但实现起来比卡口式更简单、可靠,同时由于它不影响原来的高压进线,因此这里采用母线式。
[0052] 电表44是用于计量用户用电的计费装置,电表44除了计量功能外,还能将各种计量数据,例如计量功率通过通信口(最常用的是RS485通信串口)对外进行传输。多功能电表采集的二次侧测量点是在计量回路里的。
[0053] 主站45可以采用已有的主站,各种数据的传输规约、各种数据分析和用户管理(包括防窃电管理)软件完全与现有系统兼容,这样可以最大限度的降低成本,提高系统的改进效率,使得值班人员能尽快适应新系统。通过与负控终端41的通信,主站45可以获得用户窃电情况。
[0054] 无线接收器43负责与无线互感器42进行通信,并将数据进行处理后,再通过·RS485 口与负控终端41进行通信。无线接收器与负控终端之间的通信协议均采用电表44的传输规约。
[0055] 无线接收器43的数据处理过程主要将无线互感器42中采集的电流转变成视在功率,其计算公式如下:
[0056] 总视在功率的计算公式:
[0057] S=UAX IA+UBX IB+UCX IC (I)
[0058] 公式(I)中S为总视在功率,IA、IB、IC分别为A、B、C三相电流有效值,UA、UB、UC分别为A、B、C三相电压有效值,当三相平衡时,下面的公式(2) (3)成立:
[0059] UA -IJB-UC==UAB^ 2、
[0060] IA ^ IB ^ IC (3)
[0061] 公式(2)中UAB为A、B间的线电压,标准为10KV。
[0062] xj ( a/B/C ) X [O (单位:KW)⑷
[0063] 公式(4)中I (A/B/C)就是通过无线互感器测量的A相、B相、C相中的任何一相的高压母线的电流有效值。
[0064] 计算结果会作为用户的实际使用功率被发送给负控终端41进一步处理。
[0065] 无线接收器43可采用TI公司的MSP430系列单片机MSP430F149作MCU,它的内部带有32K FLASH MEMORY和2K RAM,分别可用作程序储存器和数据储存器,此外该MCU还带有两个UART(串行通信口),一个用于RS485串口通信,另一个用于微功率无线通信,RS485串口主要和负控终端进行数据交换,微功率无线通信口主要和无线互感器进行数据交换。
[0066] 为了提高抗干扰能力,RS485串口可采用光耦进行光电隔离。
[0067] 无线接收器43的主要功能是通信和数据处理,其中通信功能尤为重要,应确保畅通无阻。通信的突发性很大,作为通信应答方,无线接收器43的程序无法预知通信何时发生。串行通信过程中,每收/发一个字节所需时间相当短,如2400bit/s通信,一字节只需5ms左右,如果程序不能及时响应,就会造成数据丢失,通信失败。所以,处理通信口的每个字节的收/发均采用了中断响应方式。而接收完一帧完整的报文后,需要解读这个报文以及组织回答报文则是在主程序中运行。[0068] 无线接收器通信软件的主程序流程图如图6所示,在步骤61,进行串口初始化,之后在步骤62设置通信波特率,在步骤63设置通信口接收运行,然后在步骤64打开通信中断。在步骤65,清零看门狗。在步骤66,判定是否收到报文,如果是则进入步骤67,解读报文、组织回答报文。在步骤68,判定是否要发送报文,如果是则在步骤69启动发送报文,然后返回步骤65。
[0069] 图7示出无线接收器通信软件中断程序流程图。参照图7所示,在步骤71通信中断后,在步骤72判定TI是否等于I以决定是进行发送字节处理或是接收字节处理。在步骤73进行接收字节处理,如果收到一帧报文的最后一个字节,就置一个标志,让主程序来处理这帧报文。在步骤74进行发送字节处理,如果发送完一帧报文的最后一个字节,就不再发送下一个字节。
[0070] 无线接收器43有两个通信口,一个与负控终端41进行通信,另一个与无线互感器42进行通信。与负控终端41的通信协议可采用国家电网标准的多功能电表传输规约——DL/T645-2007协议。与无线互感器的通信协议可以采用如下的传输规约。·[0071] 数据链路层
[0072] 本协议为主-从结构的半双工通信方式。数据转发器为主站,无线互感器为从站。每个无线互感器均有各自的地址。通信链路的建立与解除均由主站发出的信息帧来控制。每帧由帧起始符、数据域长度、从站地址、控制码、数据域、帧信息纵向校验码及帧结束符7个域组成。每部分由若干字节组成。
[0073] 字节格式
[0074] 每字节含8位二进制码,传输时加上一个起始位(O)、一个偶校验位和一个停止位
(I),共11位。其传输序列如图9。DO是字节的最低有效位,D7是字节的最高有效位。先传低位,后传高位。
[0075] 帧格式
[0076] 帧是传送信息的基本单元。帧格式如下表I所示。
[0077]
1¾! [1^1 帧起始符 86Η 数据域长度 L 数据域长度 L 帧起始符 86Η 地址域 A
控制码 C
数据域 DATA
Figure CN202693649UD00091
[0078]表 I
[0079] 在表I中,帧起始符86H标识一帧信息的开始,其值为86H=10000110B。数据域长度L为数据域的字节数。L< 200,L = 0表示无数据域。地址域A由I个字节构成。每个无线互感器具有一个的通信地址。
[0080] 控制码C的格式如图9所不,其中D7为传输方向,O代表主站发出的命令巾贞,I代表从站发出的应答帧。D6:D0代表数据类别1_128,0为无效,I为召测电流有效值实时数据,2为召测电流有效值历史日数据,3为召测时钟,4为对时钟,5为确认,6为否认。
[0081] 为了减少字节数,数据域DATA采用十六进制数,电流采用2个字节,单位为O. 01A,比如123. 56A。转换成十六进制数为3044H,先发送低字节44H,再发送高字节30H。时钟秒、分、时、日、月、年均采用I个字节表示,2010年12月11日23时4分55秒转换成十六进制数序列为 37H;04H; 17H;0B H;0CH;0A H
[0082] 从第一个帧起始符开始到校验码之前的所有各字节的模256的和,即各字节二进制算术和,不计超过256的溢出值。
[0083] 结束符16H标识一帧信息的结束,其值为16H=00010110B。
[0084] 虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上,然其并非用以限定本实用新型,任何本领域技术人员,在不脱离本实用新型的精神和范围内,当可作些许的修改和完善,因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1. 一种防窃电系统,其特征在于包括: 无线互感器,设置在专用变压器的一次侧电力线上,用于采集、处理、存储一次侧的电流数据,并无线发送该电流数据; 无线接收器,无线接收该电流数据,将该电流数据转变成视在功率后,作为实际功率输出; 电表,设置在在专用变压器的二次侧电力线上,用于计量用户用电,并将计量功率输出; 负控终端,连接该无线接收器和该电表,将该实际功率和该计量功率进行比较以判定用户是否窃电,并发送判定结果;以及 主站,连接该负控终端以接收该判定结果。
2.如权利要求I所述的防窃电系统,其特征在于,该无线互感器和该无线接收器之间是通过微功耗无线信道通信。
3.如权利要求I所述的防窃电系统,其特征在于,该电表通过RS485接口连接该负控终端。
4.如权利要求I所述的防窃电系统,其特征在于,该无线接收器通过RS485接口连接该负控终端。
5.如权利要求I所述的防窃电系统,其特征在于,该无线互感器包括电流互感器、供电线圈、智能采集模块和微功率无线信道模块,该电流互感器设置在专用变压器的一次侧电力线上,该智能采集模块连接该电流互感器,该微功率无线信道模块连接该智能采集模块,该供电线圈设置在专用变压器的一次侧电力线上并连接该智能采集模块和该微功率无线信道模块。
6.如权利要求I所述的防窃电系统,其特征在于,该主站与该负控终端之间通过GPRS公网信道连接。
7.如权利要求I所述的防窃电系统,其特征在于,该主站与该负控终端之间通过230MHz专网信道连接。
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