供电企业用电采集系统的防窃电技术应用

供电企业用电采集系统的防窃电技术应用

吴镇宇

广东电网有限责任公司河源供电局，广东 河源 517000

摘要：本文基于用电采集系统的防窃电研究为讨论对象，根据目前防窃电研究的现状与存在的问题，结合用电信息采集系统，通过案例分析了基于用电信息采集系统构建的防窃电诊断系统诊断情况。

关键词：用电采集系统；窃电；用电检查；诊断

引言

    最近这些年，部分用电用户在巨大的经济利益驱动下，进行窃电，这使电网系统中的窃电现象仍然存在。在良好的经济环境下，使用电需求用户存在多样化、复杂化以及负荷类型的多变性，某些用电用户的窃电方式也是随着反窃电技术的不断更新而更新，因此，利用现有的用电采集信息系统结合新的诊断算法以有效地手段防范和治理用电用户的窃电行为是十分重要的。

1用电信息采集系统

    用电信息采集系统借助无线通讯，有线通讯，光纤，电话网络等通讯方式，能够实现数据源和需要数据的系统主站之间的数据互通和数据传输。系统能够容纳多种通讯方式，可以兼容多种电能计量设备，可以进行远程数据采集和存储处理，24小时实时安全监测，用电情况检测，线路传输情况随时监测，以及根据用户的个人要求提供各种用电信息。

1.1 系统总体设计

    目前，我国的国家电网和南方电网对于整体的用电情况已经覆盖全部用户，所有数据都要采集，全面推广预交费服务的要求，在国家层面上实施电力的付费，供应，销售方面的三大过程的发展，这样能够实现建设完整的，多功能的数据信息的采集和处理平台，能够对大中型专变用户，公有变压器，工商用户以及一般的住户的用电情况进行整体的信息查询，提高服务管理情况，对于智能电网的开发和利用有很好的参考价值。

1.2 系统逻辑架构

    由于用电信息系统的功能模块的复杂性，因此整个电力信息采集系统需要不同的自系统进行功能分担，用于完成数据采集功能，前台整体管理功能，任务分配功能，数据传输和接口的功能，各个子系统都是采用的组件化标准化的方式进行功能实现的，实现对于公众的整体服务和应用优化。它是有主站层、通信层、采集层构成的，主站层又是由管理模块和各个平台构成的，它完成了用电信息采集系统的大部分运算功能，属于系统的大脑部分，而通信层主要负责将计量装置的数据进行传输，通信层的通讯方式有很多种，主要包括有线通讯和无线通讯，根据现场实际条件和用户的类型，选择不同类型的通讯方式，最后就是采集层，也是用电信息采集系统的最基础的单元，它负责将现场的各个用户的用电信息采集过来，然后经过处理，将数据发送给通讯层，最后发送给主站。

    信息采集系统的设计和功能组件的架构是以国家电工协会的规范和标准相统一的，系统的信息数据与营销情况进行结合，可以在整体上提高营销额度，实际的系统架构和工作流程以及服务状况都是符合标准的。

1.3 系统物理架构

    用电信息采集系统是一个综合各个技术的整体系统，不仅包括通信方面的基本技术，还包括了电力信息数据管理，营销实战问题，计算机IT技术和现代管理技术等多种技术集合为一体的综合性技术系统，它的主要载体是数据通信网络，光纤通信和无线通信的最常用的三种模式能够试下主站的远程对于系统的数据获取和发现。因此系统能够实现，远程数据获取，安全性能检测，电网信息的折损监测，用电情况的随时统计，用电高峰期预警，用电情况的基本预测和调控功能。

1.4 远程通信模式设计

    根据使用的电力系统的通道的公众性程度可以对远程通信分为专网和公网。非电力公司本身的专用信息通道，利用通信商的公共通信通道进行数据传输，的是公网，而专网是用于电力公司内部的专门信息传输通道，不与外界进行联通，一般用光纤和无线专网。

    无线专网是国家电网批准的专用信息传输频点，包括双工和单工，而光纤数据传输一般用于电力公司内部的数据采集和处理。与外部的公网系统并不双向联通。

1.5 本地通信模式设计

    通信过程在这里选用电力载波的方式，硬件方面问题不大，施工难度较小，因此，人员管理和设备维护的费用相当低下。目前的信息通信方式一般选用窄带载波的方式，它的建设成本较低，适用性强，而且覆盖范围相对广泛，一般可以用于建设本地的通信通道，应用广泛。这种通信方式信息传递效率高，数据质量好，能够进行实时传输，为电力公司的营销和服务发展提供平台。

1.6终端及电能表方案设计

集中器采用了相关的电力方面（信息采集，抄表，系统信息集中）的规范。

（1）专变采集终端。对于专变用户群，信息采集可以采用远程信息采集的方式，在主站就可以远程对用电信息进行数据采集，数据源包括智能电表数据，电网质量检测数据，用电情况统计，电路负荷安全监控和用电量的统计，并对采集到的信息进行处理。针对用户类型，可以分为不同用户数量的不同配置。

（2）集中器。集中器是连接系统主站和各个用户并进行数据交换的装置，一方面对于数据源的信息进行基本无损采集，另一方面，对于采集到的信息进行存储和处理分析。依据信息通讯所采用的信息通道的宽度可以划分为，宽带，窄带，RS485，无线连接等类型。根据功能不同可以划分为不同功能类型的集中器。

（3）采集器。采集器主要用于数据采集，并且将采集数据传输到集中其中的仪器，一般用于对低压电能表的数据采集，由于功能的不同可以分为用于采集并存储信息兼备上传信息到集中器的功能相对强大的增强集中器，另一种是直接传输数据源和集中器之间的信息的标准集中器。

（4）智能电表。是信息采集系统的基本数据源，它可以满足不同用户的用户要求，除了基本记录用电情况的功能，又兼顾了通信，数据修改，安全监测，预交费的其他功能。

2 窃电基本情况及主要方式

2.1 反窃电基本情况

    根据供电企业对所辖地区的反窃电查违情况进行数据统计，随着高新技术和新能源的引进，居民条件的改善，用电用户数量和类型也变多。新型窃电手段也更为复杂，现有的反窃电技术难以有效遏制当前所辖地区的窃电情况的发展。供电企业应用防窃电系统后，所辖地区的窃电情况转好，同比下降 43.1%。追补电量同比下降 38.6%，追补电费和违约使用电费金额同比下降31.9%。

2.2 窃电的主要方式

    当前配网线路到终端用户采用都是固定计量方式，变电站内计量和用户侧计量采用三相的四五线接线，部分配网终端用户可能使用的是单相接线方式。南方电网公司对配网终端用户的数据计量装置，其主要组成部分包括获取电压、电流、相位的电能表、互感器以及相关的二次回路。电网企业的用电信息采集系统中用电用户电能的计算需要获取所辖台区的用电用户的电压数据信息、电流数据信息、功率因数角数据信息以及时间数据信息等。因此，电力企业通过用电信息采集系统采集到用电用户的各项信息数据，其准确度的误差主要来自于电能表、互感器和相关的二次回路。上述电能计算需要获取的各项用电用户信息数据发生改变，都会影响该电网辖区用电用户的用电数据信息，使电能计量装置的数据记录出现少计、不计，甚至倒转，进而发生窃电现象。该供电企业主要的窃电方式包括欠压型窃电、移相型窃电、欠流型窃电、扩差型窃电和无表型窃电。

3  K-means算法简介

    通过研究的窃电方式和检测方法，可以获取配网用电用户窃电时，得到此时电网的特征信息，依据窃电特征信息就可以寻求数据诊断的方法。配网窃电特征信息具有分类别、有区分的特点，在数据分布上符合类别上聚合的特点，故研究K-means 算法用于终端用户窃电特征信息是可行的。大量分析配网终端用户窃电特征量后，可以获得配网窃电终端用户的基本窃电特征阀值，根据窃电特征阀值与采集到的配网终端用户数据比对，就可以形成一定的数据研究规模。通常采用电压电流等作为配电终端用户相似特征量，再与基本窃电特征阀值相比，即可获得配电终端用户的窃电特征情况。换句话说，大量分析配网终端用户欠压型和移相型窃电特征量后，可以获得配网窃电终端用户的欠压型和移相型基本窃电特征阀值。此时，在分析配电终端用户电压电流和相位特征相似，且与欠压型基本窃电特征阀值相差不大，并与移相型基本窃电特征阀值不一致，被分析的配电终端用户窃电特征一定是为同一欠压型基本窃电特征。

   K-means 算法用于终端用户窃电特征信息主要特点就是可以在大量不同窃电类型进行大数据整体分析，获取欠压型等 5种基本窃电特征阀值，既可以获取到 K=5的大类，假如分析配电终端用户特征量，我们就可以在分布图上找到用户特征量分布情况，分到那一类别，根据此时类别的窃电基本特征阀值，就可获得配网终端用户的窃电方式。

    具体分析步骤，假如依据远端用电采集系统实时获取或者动态获取到某配电终端用户的窃电特征量数据集 X={x1，x2，x3，…xn}，N为远端用电采集系统需要去判断的用户窃电数量。

4 窃电用户案例

4.1欠流型

    某日，基于K-means 和用电信息采集系统的防窃电诊断系统诊断#A0172户存在窃电欠压型窃电嫌疑，营业及电费室用电检查人员对#A0172用电检查，发现某表箱进出线电流均为20安，但表箱内4 块电表脉冲灯均闪烁较慢，怀疑有窃电行为。发现异常情况后，检查人员做好安全措施，打开录像设备进行开箱检查，检查人员仔细查看四块电表，发现有一块电表的火线进出线被人为改动，本来应该从电能表的1、2接线柱压接的火线进出线被一起压接在1号接线柱，电能表内无电流流过，无法计量，属于窃电行为。此窃电户通过表前短接窃电，虽然这种窃电方式比较容易发现，但由于这种窃电方式成本低、技术含量低，故被许多窃电户采用。

4.2扩差法

    某日，基于K-means 和用电信息采集系统的防窃电诊断系统诊断#A1813 户存在扩差型窃电。用电稽查人员在前往该户例行用电检查，检查过程中发现#A1813的22箱进线电流为30安，但四块电能表脉冲灯基本不闪，根据经验判断，表箱内电能表故障或有窃电分子窃电。

    发现异常情况后，检查人员做好安全措施，打开录像设备进行开箱检查，检查人员仔细核对每一块电能表的进出线电流和表内电流，并与脉冲灯闪烁频率比对，前三块表计均未发现异常，检查到最后一块电能表时，钳流表显示该表计进出线电流均为 16安，但表内火线电流几乎为0，零线电流正常，根据检查经验，这块表计有问题，发现异常后，检查人员仔细检查表计铅封和标签，发现虽然铅封和标签均完整，但是铅封有被撬动痕迹，标签不平整，像是二次粘贴的，于是检查人员对电能表进行开盖检查，表计被打开后，经过细致辨认，检查人员发现了电路板分流器焊点上有一根极细的短接线，造成分流，电流绕越计量线圈，电能表不计量。

4.3移相型

    某日，基于 K-means 和用电信息采集系统的防窃电诊断系统诊断#A1623 户存在移相型窃电。在用电信息采集系统中，#A1623 户线损一直处于高损状态，线损率在 14%左右浮动，台区责任人为此去该台区检查数次，未发现异常问题，也未能降低该台区的线损率。用电检查班组织台区计量班人员对该高损台区开展现场稽查，在稽查过程中发现低压居民电能表与于两户电能表零线电流偏大，但火线无电流。随后稽查人员采用仪表测量发现，其中一根零线显示220伏电压，相线无电压，既判断此表存在窃电嫌疑。为做好依法取证工作，组织计量班全体下午进行复查，但检查时发现，该表箱的一块电能表已经恢复正常，随即判断该户存在窃电行为。该计量箱为墙壁悬挂式不锈钢表箱，内层带有夹层，主要便于表计接线的敷设。打开表箱夹层发现，电能表的火、零线进线颠倒，采用接入表尾零线端的火线和于他户的零线用电。一是窃电者对供电公司电能计量研究的非常透彻，客户本身家中有两根零线，且在表箱内将自己的零线和火线颠倒，并且私自借用本表箱内另一户的零线，窃电时，用户用自己表尾的零线端子作为火线，然后借用另一户的零线实现窃电，造成计量失效，正常用电时，用户用自己颠倒过的零线和火线，也可正常计量。二是该用户有较强的反窃电意识，通过采集系统发现，用户每天的电量都在 2-3千瓦时，且每个抄表周期都产生 150-200元的电费，掌握了用电的规律性，降低用电检查的关注度。经过现场改造后，该台区线损率由 14%降至 5%，达到正常损耗值。

5 结束语

    本文主要根据电能表智能计量的原理，对当前出现的新型窃电方式进行了分析，得出窃电行为判定问题就是数据挖掘领域的聚类问题的结论，并对区域用电用户进行了窃电与正常的判定。基于当前大数据反窃电理论的研究方法，针对用电信息采集系统所取数据，采用 K-means 聚类算法进行参数运算，快速确定嫌疑窃电用户，为电力部门现场窃电排查提供了可靠依据。

参考文献：

[1] 林帆，曾昭杰，刘伟楠. 一种带补偿计量的防强磁窃电方法[J]. 自动化与信息工程，2018, (6):18-21

[2] 黄宜林, 何祖军. 101 规约在智能防窃电实时监测系统中的应用[J]. 科学技术与工程, 2011,11(28): 6963-6965

[3]张睿哲, 杨照峰, 赵伟艇，等. 一种基于量子进化算法改进的 k-mean 聚类算法[J]. 微处理机，2014, 23(4): 71-73