基于微电子技术的防窃电识别研究

　　摘要：随着微电子技术的发展，窃电的方法也在不断涌现。用户的窃电行为严重损害了供电企业和合法用户的权益，严重损害了电路，不仅给国家造成了重大损失，而且严重影响了供电秩序。在本文中，通过电力线的感应电流对数据进行收集，处理和存储，并将收集到的信息内置到与次级侧现场服务终端的无线通信模块中，以此验证窃电行为。

　　关键词：微电子技术；电力防窃电；无线收集器；负载曲线

　　1引言

　　在竊电严重的供电区域，窃电不仅破坏当地的用电环境，而且直接影响供电企业的利益。因此，如何有效开展防窃电工作已成为供电企业面临的重要课题。当检查员到达现场时，值班人员可以通过遥控器恢复仪表的正常运行。很难抓住窃电现场，每年因窃电而损失350亿千瓦时[1]。现有的电力控制系统仅在监视电表是否能够正常工作中起作用，并且难以掌握其实际功耗。如果用户断开电压并窃电，可以通过电力控制系统找到；但是如果用户使用分流次级电流的方法窃电，则很难找出，因为用户不能很好地掌握用电情况[2]。专用的变压器电流监控系统很好地解决了这个问题，并且在防窃电技术中起着重要的作用。

　　2电力监控中常见的窃电方法

　　2.1欠电压窃取

　　欠压窃电手段的目标是电能表。在电能表运行过程中，当流入电能表的电压为额定值时，电能表即可正常运行并记录用户的用电量。一些窃电者会在电表的电压入口上建立虚拟接口。该接口可以起到降低电路电压的作用。电能表检测到的电路电压低于额定值，这会阻止电能表正常工作。

　　2.2电力转移

　　分流的控制对象也是电能表。电能表中的电流互感器是用于测量电能表的最重要的设备之一。电流分流的原理是建立与变压器并联的分流引线。根据交流电路功率分配公式，当电路功率固定时，电流互感器外部有并联的并联引线。分配到交流引线上，电流互感器的测得功率低于实际功率值，而窃电者实现了窃电的目的。

　　2.3电压和电力损失

　　丢失电压和窃电是目前最常见的窃电手段。这种窃电的原理是确定切断电源线中的单相引线，从而导致电表的正常工作。只要电路中存在断点，电压就会降低，从而导致电表无法正常工作。在用电量的检测和监督中，这个问题很容易发现，但是许多电力公司的工作人员却忽略了检查该内容，这很可能导致严重的电力系统故障。

　　2.4电源切断

　　当前的偷窃方法是直接操作电表。窃电分子将拆除电度表中的电流互感器和电流回路。当计量环路不能正常工作时，电表的工作状态将受到很大影响，从而导致整个系统。操作质量下降了。这种窃电方法目前比较普遍，对电表的损坏影响很大。

　　3系统组成

　　专用变压器一次电流监控系统由三部分组成：无线采集点，现场服务终端和监控中心主站。

　　3.1无线采集器

　　无线收集器是该系统中最重要的部分，它直接串联在电源变压器的主电源线上。因为无线传输基于虚拟电位原理，而没有接地进行无线数据通信，所以没有次级输出，并且用户很难销毁[3]。无线采集器的所有组件均采用抗紫外线的环氧树脂密封工艺进行封装，可以完全适应露天环境中的高/低温和高湿度环境，并确保所封装的无线部件不被损坏[4]。

　　3.2现场服务终端

　　现场服务终端的下行通道采用无线方式与原边的无线采集器进行通信，上行通信方式主要是GPRS/SMS，可以保证大量数据的实时传输。SMS（SMS）用作通信的第二个通道或备用通道。现场服务终端安装在次级侧，其RS485端口连接到多功能仪表。一次侧无线采集器的表数据和采集数据的实时比较和分析，异常情况通过GPRS报告给主站，并通过短信发送到专职人员的手机（手机短信息）[5]。

　　3.3监督中心总站

　　监控中心用于接收现场收集的拨号信息，并通过串口将相关信息发送给计算机。主机可以执行业务管理和计费管理，验证，计算，存储，分析和管理电力数据，并可以在异常情况下发出警报，同时可以实时监控用户使用情况，以确保电力部门的合法收入。

　　4防窃电处理核心

　　防窃电处理核心采用ADE7758芯片是最新的先进数字电能表芯片，集成了数字积分器，温度传感器和数字信号处理器等电路，可应用于三相四线制，计算电压和电流的有效值ADE7758核心芯片的原理结构如图1所示。

　　从图1可以看出：监视和处理单元是ADE7758的核心部分，它由数字信号处理器，电源监视和模数转换组成。数字信号处理器可以从每个通道收集数据，以获得有功功率，而不需要每个相的功率。功率和功率参数，确保每相电流的最小误差在5000：1的动态范围内，并提高了实时数据采集的准确性；AVDD电源小于12V的模拟电源监视模块可以使核心芯片在断电之前停止工作，以防止发生电能计量错误；通过收集多个电压和电流的数据可以确保最大电压输入。防窃电内核ADE7758芯片通信接口和SPI兼容串行接口总共占用5个I/O端口和1个MCU端口中断输入，通过外部MCU和内部接口完成测量参数和校准参数的传输。

　　在通信通道上，使用无线网络访问方法，配置每个终端的参数。通过无线通信连接到每台服务器，以便将每个负载点的测量值用作实时通信数据，为软件提供支持以实时分析每个负载节点的功耗，并确定异常功耗区域。

　　以公共无线通信网为载体，以终端RS-485总线为主要通信方式，设计终端结构，实现电力用户的全面控制和管理。使用ADE7758芯片作为防窃电电路的核心芯片，可以通过外部MCU和内部接口将其应用于三相四线，可以采集多个电压和电流数据，以确保更准确的数据采集；在通信通道上，无线通信服务器电源线使用无线网络访问进行设计，以使每个负载点都可以用作实时通信数据，从而为软件分析每个负载节点的功耗提供支持实时。

　　5系统功能

　　5.1防窃电监控

　　服务终端与无线采集点进行通信，在一定时间内在一次侧将采集到的数据转换为平均功率S1，同时通过RS485总线读取多功能电表的数据并将其转换为相应时间功率S2内二次侧的平均值。诸如设备损耗和管理损耗之类的各种容差将导致一些可忍受的功率损耗，并且可以在服务终端的微处理中预设容差值。当S2与公差值之和仍小于S1时，现场服务终端确定为异常，并主动向相关人员实时上报或发送短消息。

　　5.2负荷曲线

　　服务终端收集无线采集器的数据和多功能数据，每十分钟一次，分别形成一次侧和二次侧的负荷曲线。现场服务终端一次可以存储一个月的负荷数据，相关部门可以通过监管中心主站查看历史负荷曲线和当前实时负荷曲线。当发生窃电行为时，不同的负载输入会产生不同的波形变化，因此通过监视负载波形，可以知道是否存在窃电行为。

　　从图2可以看出，通过比较两组负载波形，可以发现，在没有发生窃电的情况下，本文设计的防窃电识别方法记录的负载波形变化比较平稳，并且负载趋于平缓。当存在窃电时，图中用圆圈标记的位置处的负载显着增加，并且确定此時已经发生了窃电。

　　6结论

　　检查员通过对用户信息的分析和计算，完成用户的识别过程，发现窃电行为，可以掌握窃电时间。这可以为公安，司法部门打击盗窃犯罪行为提供法律依据。在这项研究中，存在一些计算问题。首先，所选数据指标的设计不够详细。在以后的研究中，应该对其进行优化。第二个原因是计算过程并不详尽。在以后的使用过程中，应注重计算精度。