【正文】 疑給電力部門帶來了保護(hù)反竊電裝置的新課題，并且其電源取自低壓電網(wǎng)或電能表的測量 PT，容易受到人為破壞或者在用戶斷路 PT 時失去工作電源。 功能單一，僅能記錄用戶的總竊電次數(shù)和總竊電時間，無法記錄用戶每次竊電的具體竊電情況，包括起始時間、竊電方式、結(jié)束時間等，不能給電力部門進(jìn)行處理時提供比較詳細(xì)的依據(jù)。 可見，開發(fā)具有自動進(jìn)行竊電信息抄錄的反竊電裝置是十分必要的。并且，隨著電力負(fù)荷控制系統(tǒng)的推廣，要求有一種帶有實時總線的反竊電裝置，使電力部門能及時了解用戶的用電狀態(tài)，以便做出反應(yīng)。 系統(tǒng)總體設(shè)計思路 電源 CT采樣 CT電源變換電路采樣處理 AD 轉(zhuǎn)換換換電壓基準(zhǔn) 比較電路 1電能表 信號采樣 信號處理 比較電路 2 通訊部分微處理器部分高壓母線圖 12 是反竊電系統(tǒng)主機(jī)的原理結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)的工作原理可以簡述為:利用電源 CT 從高壓母線感應(yīng)出電流，通過電源變換電路為系統(tǒng)的其余部分提供+5V 的工作電源。同時通過采樣 CT 從高壓母線上獲取用戶用電的真實電流信號，以這個信號作為基準(zhǔn)，與從用戶電能表側(cè)取得的電能表記錄的用戶的電流信號進(jìn)行比較，當(dāng)從電能表側(cè)取得的信號小于從母線上取得的信號時，認(rèn)為用戶正在進(jìn)行電流型竊電。系統(tǒng)對用戶是否進(jìn)行電壓型竊電的判別是通過從用戶電能表側(cè)取得的電壓信號與基準(zhǔn)電壓比較，當(dāng)用戶電能表側(cè)的信號小于基準(zhǔn)電壓時，認(rèn)為用戶正在電壓型竊電。當(dāng)判斷用戶有竊電時，微處理器根據(jù)系統(tǒng)的實時時鐘的時間記錄用戶的竊電開始時間和竊電方式，根據(jù)采樣 CT 的信號計算用戶竊電時的參考用電量，在用戶竊電結(jié)束時記錄用戶竊電的結(jié)束時間，并隨時響應(yīng)手持機(jī)或負(fù)控中心發(fā)出的指令，將用戶的竊電信自、發(fā)送給手持機(jī)或負(fù)控中心。 主要內(nèi)容概述論文中的主要工作是大型電力用戶反竊電系統(tǒng)主機(jī)的設(shè)計。在論文中分 4部分對反竊電裝置的研制做詳細(xì)闡述: 第一章 緒論介紹了反竊電技術(shù)研究的重要性、發(fā)展現(xiàn)狀，提出了論文的技術(shù)路線和裝置的總體結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)的總體概述。第二章 電源設(shè)計的主要內(nèi)容是電源 CT、電源電路的設(shè)計和電源性能的測試以及微處理器部分設(shè)計，并從硬件和軟件兩方面介紹了微處理器部分的設(shè)計。第三章用戶竊電的判斷在簡述電能表工作原理，介紹常見竊電手法的基礎(chǔ)上給出了電流型竊電和電壓型竊電的判斷方法。 第四章 總結(jié) 系統(tǒng)的技術(shù)要求(1)同時在高壓側(cè)和低壓電表側(cè)采集用戶用電的真實信號和電表記錄的用戶用電信號，二者進(jìn)行比較判斷用戶是否竊電。 (2)供電電源從高壓母線獲取。只要用戶用電，母線中有電流，系統(tǒng)電源便可為系統(tǒng)供電使系統(tǒng)正常工作，用戶不用電，系統(tǒng)失去電源，此時用戶也不存在竊電情況。 (3)竊電儀使用兩種數(shù)據(jù)通訊方式:一種是紅外數(shù)據(jù)傳送方式，使用這種方式進(jìn)行通訊的反竊電儀為Ⅰ型機(jī)，安裝在沒有負(fù)控終端的配電室內(nèi)。另外一種是RS485 通訊方式，采用這種通訊的反竊電儀為 II 型機(jī)，安裝在已經(jīng)配備負(fù)控終端的配電室內(nèi)，可以通過負(fù)控終端與負(fù)控中心進(jìn)行通訊?？紤]到現(xiàn)場使用情況，I 型機(jī)分為主機(jī)與分機(jī)兩部分，主機(jī)掛在用戶高壓側(cè)用于檢測記錄用戶的竊電情況，分機(jī)為手持式、漢字顯示，主機(jī)和分機(jī)可以通過紅外進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通過地址編碼，一臺分機(jī)可以讀取多臺主機(jī)的數(shù)據(jù)，以降低單機(jī)平均成本。II 型機(jī)的通訊部分和監(jiān)測用戶用電情況的主機(jī)固化在一起，通過雙絞線與負(fù)控終端連接。 (4)一體化模塊式結(jié)構(gòu)。為了防止人為破壞和確保安全可靠，將主機(jī)部分用高絕緣性能的樹脂(30kV/mm)固化為一體安裝在用戶的高壓側(cè)，使用戶無法對主機(jī)做手腳。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)電源設(shè)計系統(tǒng)電源要保證在母線電流變化時，能正常提供后續(xù)電路工作所需要的+5V 電源。 電源設(shè)計整體概述系統(tǒng)的電源主要由兩部分組成:電源 CT 和電源變換電路。這兩部分是和后面的檢測處理電路固化在一起，安裝在高壓母線側(cè)，這樣可以提高電源的自我保護(hù)能力，使用戶難以對電源進(jìn)行破壞。電路原理圖如圖 21 示。圖 21 電源電路圖系統(tǒng)電源設(shè)計中要解決兩個問題，一是在母線電流較低的情況下保證電源能夠提供系統(tǒng)工作所需要的最低電壓、電流，這要求電源 CT 的變比要小、損耗要小，但是滿足了這個條件，母線電流增大時，電流互感器的次級輸出電流成比例增大，對于同樣的二次負(fù)載，功耗將增大很多，這就要求解決母線電流較大時能量的旁路和散熱等問題。 電源 CT 的設(shè)計 電源 CT 為母線式電流互感器，在結(jié)構(gòu)上包括帶二次繞組的鐵芯及一次與二次繞組之間的絕緣。在絕緣內(nèi)有為通過一次繞組(母線)的窗口（通道） 。]5[ 電流互感器的基本電磁關(guān)系 電流互感器的等效電路圖如圖 22 示圖 22 電源互感器的等效電路其中 R 是初級線圈的銅阻，X 是初級線圈的漏感，將初級線圈的銅阻和漏1 1感劃出之后，就剩下一個理想鐵芯線圈電路，但鐵芯中仍然有能量的損耗和儲放，可用等效的電阻 R 和電感 X 表示。R 是折合到初級的次級銅阻，X 是折mm2 2合到初級的次級漏感，Z 是折合到初級的次級負(fù)載。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時電勢平衡和磁f勢平衡方程式為:E =U +I (R +jX )=I Z + I (R +jX ) （21）222f22流過 X 的電流在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生磁通，稱此電流為勵磁電流。電流互感器在正m常運(yùn)行時，其次級阻抗 Z 較小，繞組電勢很小，磁通密度較低。隨著負(fù)載阻抗f增加，感應(yīng)鐵芯磁通密度相應(yīng)增大，增大到一定程度，鐵芯出現(xiàn)飽和。此時電流互感器的次級輸出電流除了基波外有一系列的奇次諧波。電流互感器飽和后，鐵芯耗損和溫升提高，影響鐵芯的正常工作，甚至有可能破壞高壓絕緣，同時諧波的產(chǎn)生也對電子器件的正常工作產(chǎn)生影響。在高飽和后鐵芯會殘留較大的剩磁，使測量用互感器的精度降低。 電流互感器鐵芯的選擇 電源的設(shè)計是要保證反竊電主機(jī)能適應(yīng)母線電流變化較大的情況。當(dāng)母線電流較低時，要保證系統(tǒng)能正常工作，互感器的次級必須要有足夠的輸出，根據(jù)式 21，互感器鐵芯的損耗應(yīng)該越小越好。系統(tǒng)中的電流互感器鐵芯是選用 R ( Round )型鐵芯。R 型鐵芯是由一條硅鋼帶連續(xù)卷繞成梯形截面的二柱式鐵芯，無切割、圓形截面，具有以下特點(diǎn) ：]6[1. 鐵芯體積小，重量輕，體積比同等功率的 EI 型鐵芯小 30%，重量低40%。2. 鐵芯無氣隙，漏磁低，低于 EI 型鐵芯的十分之一3. 鐵芯無切割，損耗低，效率高，產(chǎn)熱小于 EI 型鐵芯的一半。4. 無切割結(jié)構(gòu)和圓形截面使得鐵芯噪聲極低。 互感器二次線圈的設(shè)計互感器二次線圈的設(shè)計主要是線圈匝數(shù)的確定和繞線類型的選擇。系統(tǒng)在正常工作時需要的是 5V 電壓提供 30mA 電流，這要求互感器的輸出電流不能低于 30mA?？紤]到集成穩(wěn)壓器的輸入輸出壓差，互感器的輸出電壓不能低于9V。同時，互感器得輸出電流、電壓不能過大，否則后繼處理電路功耗增加，影響電路的正常工作。線圈匝數(shù)的計算公式為:W= （2?fE?22）式 22 中，f 為工頻 50Hz, Φ = BS 為磁通量。對于冷軋硅鋼片，其鐵芯磁通密度可以取 ，鐵芯的截面積為 ，若 E 取 9V，由 32 可得 W=59 匝。]7[ 2這說明要在次級產(chǎn)生 9V 電壓，互感器的次級線圈不能低于 59 匝。對于輸出電流，假設(shè)要求互感器在初級電流為 5A 時輸出 30mA 電流，根據(jù)互感器的初級、次級電流之比可以算出互感器的次級線圈最多為 166 匝，考慮到互感器的漏感、利用效率等因素，實際匝數(shù)要比這個匝數(shù)少。系統(tǒng)中選用的電流互感器二次線圈的匝數(shù)為 140 匝。電源互感器的二次線圈銅芯截面積的確定主要取決于熱計算，銅導(dǎo)線長期工作的電流密度應(yīng)限制在 2～3A/mm 之內(nèi)。 2 電源電路設(shè)計電源電路要保證在互感器電流變化時，特別是在互感器二次電流較大時，電源能為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 5V 電壓。電源電路圖己經(jīng)在圖 21 中給出。電流互感器(CT)的二次電流經(jīng)過整流橋 B1 整流、電容 C1, C2, C3 濾波后送入后面的穩(wěn)壓電路。主機(jī)在與手持機(jī)或負(fù)控終端進(jìn)行通訊時，瞬時功耗將增加一倍多，電容C1, C2 主要起儲能作用，使系統(tǒng)在母線電流較低時(5A 左右)主機(jī)能正常進(jìn)行與手持機(jī)或負(fù)控終端進(jìn)行通訊。D 是多個二極管串聯(lián)，可以起到限壓的作用，在母線上的電流較大時保護(hù)整個電路，此時 D 為電路中的主要耗能部分，在封裝時 D 與系統(tǒng)的線路板分開，單獨(dú)散熱，系統(tǒng)中的其它部分不受影響。電容 C3, C4, C5 的作用是抑制電源的紋波。在大電容 C5 存在的情況下，必須使用二極管 D2 以保護(hù)穩(wěn)壓塊 7085。TVSS 為瞬時電壓浪涌抑制器，當(dāng)受到瞬態(tài)高能量沖擊時，能吸收能量高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌，響應(yīng)時間 10 秒，將兩極之間的電壓鉗位于一個定值 ，這個12? ]8[器件在電路中的主要作用是防止電網(wǎng)瞬間過壓或受到雷擊對后面電路的危害。 串聯(lián)二極管的保護(hù)作用電流互感器的次級輸出電流變化比較大，在電源 CT 大電流輸出時必須能消耗掉多余的能量，提供給后面電路正常工作所需的電壓。圖 23 的實驗電路是為了驗證二極管的作用而設(shè)計的。由于實驗室中很難得到 200A 的電流，所以在驗證二極管的保護(hù)作用時沒有使用電流互感器，而是直接使用穩(wěn)壓電源給二極管供電，這樣也可以得到與主機(jī)掛網(wǎng)運(yùn)行時同樣的效果。圖 2 3 串聯(lián)二極管的輸出電壓隨電流變化的測試電路圖 23 中的 R1, R2, R3, R4 是四只 ，5W 的電阻實驗中調(diào)節(jié)電壓源的輸出，控制回路中的電流變化的關(guān)系。 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計微處理器部分的主要功能是記錄用戶每次竊電的起始時間、竊電方式、結(jié)束時間，計算用戶在這段時間的參考用電量，并能通過紅外或 RS485 總線響應(yīng)手持機(jī)或負(fù)控中。包括兩部分，首先是微處理器部分的硬件電路設(shè)計，第二部