CN210015153U - 一种主动式电磁干扰窃电报警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种主动式电磁干扰窃电报警装置。本实用新型的结构是：包括窃电信息监测模块、稳压模块、MCU微控制器、GPRS模块、后台服务器监控终端；所述窃电信息监测模块输出端与MCU微控制器输入端电连接，监测电能表外部是否存在电磁干扰窃电行为；所述MCU微控制器与GPRS模块双向电连接，用于数据采集与分析处理；所述GPRS模块与后台服务器监控终端通过移动通信网络双向连接，实现远程数据交互。主动式窃电报警装置具备较高的稳定性、可靠性及隐蔽性，可有效监测强磁场、强无线电和高频高压等电磁干扰手段的新型窃电行为，当发生此类非接触型窃电行为时，主动向用电管理人员发出窃电报警信息，方便及时遏制与处理，具备一定的实用价值。

Description

一种主动式电磁干扰窃电报警装置

技术领域

本发明专利涉及电力计量领域，具体涉及一种主动式电磁干扰窃电报警装置。

背景技术

随着市场经济发展，工矿企业生产规模不断扩大，耗电量也不断攀升，电力费用也在工矿企业运营成本中占据越来越大的比重，面对巨大的利益诱惑，一些不法分子铤而走险，采取各种各样的手段进行窃电。据电力部箱的粗略估计,全国一年被窃的电量至少在100亿千瓦时以上,损失电费收入数十亿元。窃电给各个国家和供电企业造成巨大的经济损失，对电网企业的安全运行与经济效益以及社会安全稳定构成了严重的威胁。

供电企业一直致力于反窃电工作，然而窃电技术不断更新，从传统的改线等窃电方式逐步发展成利用电磁干扰等高科技手段进行窃电，通过全国近几年的窃电案例的调查研究，发现电磁干扰类非接触式的窃电方式已非常普遍，但目前缺乏可靠实用的此类防窃电手段，因此，防范电磁干扰类窃电方式的主动式报警装置的研制迫在眉睫。

发明内容

为了克服目前电磁干扰类非接触式的窃电方式已非常普遍，但缺乏可靠实用的此类防窃电手段的问题，本发明提出一种主动式电磁干扰窃电报警装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明包括窃电信息监测模块、稳压模块、MCU微控制器、GPRS模块、后台服务器监控终端；

所述窃电信息监测模块输出端与MCU微控制器输入端电连接；所述稳压模块与窃电信息监测模块、MCU微控制器、GPRS模块的电源端电连接；所述 MCU微控制器与GPRS模块双向电连接；所述GPRS模块与后台服务器监控终端通过移动通信网络双向连接；

其中，所述窃电信息监测模块用于监测电能表外部环境，获取强磁干扰、无线电干扰、高频高压干扰窃电信息及非法开箱检测信息，并将传感器取样信号调理成MCU微控制器可处理的信号；

所述稳压模块用于为窃电信息监测模块、MCU微控制器、GPRS模块提供所需的工作电压；

所述MCU微控制器用于对窃电信息监测模块输出的调理信号进行数据采集与分析处理；

所述GPRS模块用于MCU微控制器与后台服务器监控终端通信互联，实现实时数据远程传输；

所述后台服务器监控终端用于实时数据接收、储存及管理，并发送报警信息给用电管理人员；

进一步地，所述窃电信息监测模块包括强磁监测传感器、无线电干扰监测传感器、高频高压监测传感器、异常开箱检测传感器；

所述强磁监测传感器用于监测装置周围强磁场干扰窃电信息；所述无线电干扰监测传感器用于监测装置周围强无线电干扰窃电信息；所述高频高压监测传感器用于监测装置周围高频高压放电窃电信息；所述异常开箱检测传感器用于检测非法开箱拆解装置行为；

在工作过程中，将监测传感器安装于用户端的电能计量箱(柜)内，由强磁传感器监测强磁场干扰、高频高压传感器监测高频高压放电干扰、无线电传感器监测强无线电干扰、异常开箱传感器监测非法开箱破坏或拆解行为，MCU微控制器通过检测各个传感器的动作和电表箱的异常开起状态判定是否有窃电情况发生，若有则通过GSM通讯网络向后台服务器监控终端发送窃电预警信息并发出预警信号，服务器将以短信形式发送报警信息至用电管理人员手机终端，方便管理人员及时处理。

进一步地，所述强磁监测传感器以最低阈值为1.5mT的干簧管作为磁场检测探头，根据磁场感应输出的高低电平信号判断强磁场干扰的有无；

所述无线电干扰监测传感器以AD8313型对数检波控制器为核心芯片，通过取样、放大、检波及滤波电路处理，将无线电干扰信号转化直流电平，根据该电平幅值是否超过设定的阈值判断是否存在无线电干扰；

所述高频高压监测传感器将高频高压监测转化为放电超声波监测，以 CXA20106型选频放大器为核心芯片，通过放大、选频、检波及滤波电路处理，将放电信号转化为同步的脉冲信号，根据脉冲信号的有无判断是否存在高频高压干扰。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

1)本发明提供了一种主动式电磁干扰窃电报警装置，该装置能有效监测采用强磁场、强无线电和高频高压等电磁干扰手段的高科技窃电行为，当发生非接触型窃电现象时，主动向用电管理人员发出窃电报警信息，具备一定的实用价值；

2)装置的安装不影响计量箱的功能结构，且具备一定的隐蔽性；

3)装置工作时具备较高的稳定性与可靠性，环境适应性强，本身不受无线电、强磁场、高压高频等恶劣外界环境干扰，且不影响计量装置的正常工作；

4)装置安全性高，具备防雷、过压防护功能；

5)装置具备良好的经济性和可移植性，可进行批量化的生产。

附图说明

图1是本发明原理框图；

其中：1：窃电信息监测模块；11：强磁监测传感器；12：无线电干扰监测传感器；13：高频高压监测传感器；14：异常开箱检测传感器；2：稳压模块；3： MCU微控制器；4：GPRS模块；5：后台服务器监控终端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一单元实施例，仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1，本发明包括窃电信息监测模块1、稳压模块2、MCU微控制器3、 GPRS模块4、后台服务器监控终端5；

窃电信息监测模块1输出端与MCU微控制器3输入端电连接；稳压模块2 与窃电信息监测模块1、MCU微控制器3、GPRS模块4的电源端电连接；MCU 微控制器3与GPRS模块4双向电连接；GPRS模块4与后台服务器监控终端5 通过移动通信网络双向连接；

其中，窃电信息监测模块1用于监测电能表外部环境，获取强磁干扰、无线电干扰、高频高压干扰窃电信息及异常开箱检测信息，并将传感器取样信号调理成MCU微控制器3可处理的信号；

稳压模块2用于为窃电信息监测模块1、MCU微控制器3、GPRS模块4提供所需的工作电压；

MCU微控制器3用于对窃电信息监测模块1输出的调理信号进行数据采集与分析处理；

GPRS模块4用于MCU微控制器3与后台服务器监控终端5通信互联，实现实时数据远程传输；

后台服务器监控终端5用于实时数据接收、储存及管理，并发送报警信息给用电管理人员。

首先，将监测传感器安装于用户端的电能计量箱(柜)内，由强磁传感器监测强磁场干扰、高频高压传感器监测高频高压放电干扰、无线电传感器监测强无线电干扰、异常开箱传感器监测非法开箱破坏或拆解行为，MCU微控制器通过检测各个传感器的动作和电表箱的异常开起状态判定是否有窃电情况发生，若有则通过GSM通讯网络向后台服务器监控终端发送窃电预警信息并发出预警信号，服务器将以短信形式发送报警信息至用电管理人员手机终端，方便管理人员及时处理。

实施例2

本实施例提供的主动式电磁干扰窃电报警式装置与实施例1一致，但对装置中的各个功能模块进行具体阐述。

窃电信息监测模块1包括强磁监测传感器11、无线电干扰监测传感器12、高频高压监测传感器13、异常开箱检测传感器14，用于监测监测电能表外部是否存在窃电行为，包括磁场干扰窃电、强无线电干扰窃电、高频高压干扰窃电或者是异常开箱窃电。

强磁监测传感器11以最低阈值为1.5mT的干簧管作为磁场检测探头，检测输出端由上拉电阻上拉至+3.3V高电平，同时串联干簧管至电源地，正常情况下无磁场干扰窃电时，干簧管簧片断开，检测输出端输出高电平+3.3V；当发生强磁干扰窃电时，由于磁场感应簧片吸合，检测输出端高电平被下拉至地，即输出低电平0V。因此，根据磁场感应输出的高低电平信号即可判断强磁场干扰窃电行为的有无。

无线电干扰监测传感器12工作原理为：无线电干扰由天线感应取样，微弱取样信号经放大电路进行信号调理放大，再进入检波电路进行幅值信号提取，最后经过抗混叠滤波电路滤波后送到MCU微处理器进行AD采样分析。检波控制电路采用的核心芯片为AD8313，AD8313是一款RF对数检波器与控制器,具备 0.1至2.5GHz的宽频率响应范围，能将差分输入处的调制RF信号精确地转换为直流输出处的等效dB标度值,动态范围最高达70dB(±3dB精度)或62dB(±1dB 精度)。利用AD8313芯片可将无线电干扰信号转化直流电平，根据该电平幅值是否超过设定的阈值判断是否存在无线电干扰。

高频高压监测传感器13的监测原理是：当采用高频高压对电子式电能表进行攻击时，伴有强烈放电现象，而强烈放电必然伴有放电声以及超声波，因此本传感器在监测时将高频高压监测转化为放电超声波监测。以CXA20106型选频放大器为核心芯片，通过放大、选频、检波及滤波电路处理，将放电信号转化为同步的脉冲信号，根据脉冲信号的有无判断是否存在高频高压干扰。其中， CXA20106型选频放大器为超声波接收专用芯片，将中心频率设置为40kHz，通过改变外接电阻值来改变增益，达到既能检测高频放电干扰又能防止系统自身 GPRS射频干扰的目的。

异常开箱传感器14以行程开关为检测探头，检测输出端由上拉电阻上拉至至+3.3V高电平，同时串联行程开关至电源地。行程开关安装于计量箱门开合处，正常情况当门闭合时，箱门将行程开关压下使开关导通，检测输出端输出低电平；当异常开箱时，行程开关弹片弹起使开关断开，检测输出端输出高电平，装置检测到高电平且电力系统无检修计划时则预警，因此，根据高低电平信号即可判断异常开箱窃电行为的有无。

稳压模块2是为报警装置各模块提供稳定、安全的电力供应。稳压模块2的实现方式如下：当利用市电220V供电时，先经220V转+12V电路转换，输出+12V 直流电源，同时，+12V直流电源为备用锂电池充电，当市电断电后,自动切换为锂电池供电；+12V电源经+12V转+5V电路转换后获得+5V电源，经+12V转+3.8V 电路转换后获得+3.8V电源，为GPRS模块提供专用电源；+5V电源经+5V转 +3.3V电路转换后获得+3.3V电源。稳压模块2使用了两个核心芯片，一是CN3702 型专用充电管理芯片，用于备用锂电池充电电路中，自动判断恒流充满过压过流过温情况，安全可靠；二是MP1584型开关电源芯片，用于电源转换电路中，MP1584型芯片为高频率的降压开关稳压芯片,输入电源范围达4.5V～28V,工作频率1.5MHz,最大能提供3A的电流，满足GPRS模块的电流需求，同时GPRS 供电使用MP1584型芯片的使能端，便于控制GPRS的供电，满足系统长连接的需求。

MCU微控制器可选用增强型微处理器STM32F103RET6，主要用于信号采集控制与数据处理，包括整个报警装置工作流程的控制、传感器窃电数据采集与故障分析判定、数据交互等工作。该处理器使用高性能的ARM/Cortex-M3/32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达512K Flash和64K SRAM)，丰富的增强I/O口。STM32F103RET6包含标准和先进的通信接口：多达2个I²C、3个SPI、5个USART、一个USB和一个CAN。考虑到传感器窃电信息现场采集过程中，模拟/数字转化(ADC)起着至关重要的作用， STM32F103RET6微处理器是内嵌3个12位的性能优异的模拟数字转换器，转换时间为1μS，每个ADC共用多达21个外部通道，可实现单次或扫描转换。

主控装置的GPRS模块采用SIM800A模块，用于MCU微控制器3与后台服务器监控终端5通信互联，实现实时数据远程传输。SIM800A模块是一款高性能高性价比工业级的GSM/GPRS模块，支持语言通信、短信等功能，具备低功耗、抗静电干扰、接口简单等优点。GPRS模块采用TTL串口与MCU微控制器3通信，实现窃电状态信息上传与控制数据下发；GPRS模块借助基站和Internet 互联网与后台服务器监控终端5通信，使用运营商提供的远程数据通信功能,实现远距离大范围数据交互。

后台服务器监控终端5采用GSM网络与安装于各个用户电能计量箱的 MCU微控制器3进行通讯，接收MCU发送预警信息，同时通过服务器上的软件对预警信息进行识别和处理，并以短信形式将预警信息发送至用电管理人员手机上，方便对窃电的行为及时处理。后台服务器监控终端5还具备历史数据保存和查询、窃电监测装置管理、用电管理人员设置等功能。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种主动式电磁干扰窃电报警装置，其特征在于：包括窃电信息监测模块(1)、稳压模块(2)、MCU微控制器(3)、GPRS模块(4)、后台服务器监控终端(5)；

所述窃电信息监测模块(1)输出端与MCU微控制器(3)输入端电连接；所述稳压模块(2)与窃电信息监测模块(1)、MCU微控制器(3)、GPRS模块(4)的电源端电连接；所述MCU微控制器(3)与GPRS模块(4)双向电连接；所述GPRS模块(4)与后台服务器监控终端(5)通过移动通信网络双向连接；

其中，所述窃电信息监测模块(1)用于监测电能表外部环境，获取强磁干扰、无线电干扰、高频高压干扰窃电信息及非法开箱检测信息，并将传感器取样信号调理成MCU微控制器(3)可处理的信号；

所述稳压模块(2)用于为窃电信息监测模块(1)、MCU微控制器(3)、GPRS模块(4)提供所需的工作电压；

所述MCU微控制器(3)用于对窃电信息监测模块(1)输出的调理信号进行数据采集与分析处理；

所述GPRS模块(4)用于MCU微控制器(3)与后台服务器监控终端(5)通信互联，实现实时数据远程传输；

所述后台服务器监控终端(5)用于实时数据接收、储存及管理，并发送报警信息给用电管理人员。

2.按权利要求1所述的一种主动式电磁干扰窃电报警装置，其特征在于：所述窃电信息监测模块(1)包括强磁监测传感器(11)、无线电干扰监测传感器(12)、高频高压监测传感器(13)、异常开箱检测传感器(14)；所述强磁监测传感器(11)用于监测电能表周围强磁场干扰窃电信息；所述无线电干扰监测传感器(12)用于监测电能表周围强无线电干扰窃电信息；所述高频高压监测传感器(13)用于监测装置电能表高频高压放电窃电信息；所述异常开箱检测传感器(14)用于检测异常开箱破坏或拆解传感器行为。

3.按权利要求2所述的一种主动式电磁干扰窃电报警装置，其特征在于：所述强磁监测传感器(11)以最低阈值为1.5mT的干簧管作为磁场检测探头，根据磁场感应输出的高低电平信号判断强磁场干扰的有无。

4.按权利要求2所述的一种主动式电磁干扰窃电报警装置，其特征在于：所述无线电干扰监测传感器(12)以AD8313型对数检波控制器为核心芯片，通过取样、放大、检波及滤波电路处理，将无线电干扰信号转化直流电平，根据该电平幅值是否超过设定的阈值判断是否存在无线电干扰。

5.按权利要求2所述的一种主动式电磁干扰窃电报警装置，其特征在于：所述高频高压监测传感器(13)将高频高压监测转化为放电超声波监测，以CXA20106型选频放大器为核心芯片，通过放大、选频、检波及滤波电路处理，将放电信号转化为同步的脉冲信号，根据脉冲信号的有无判断是否存在高频高压干扰。

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