反窃电技术与产品(中文终版).doc

反窃电技术与产品反 窃 电 技 术 与 产 品三川电力设备股份有限公司2011-6-1摘 要国内外配用电网偷漏电严重，虽然采用了很多防窃电措施和管理办法，但都不能有效地遏制偷漏电。国外大上AMI、国内大上用电信息系统，那么，能否利用用电的遥测数据，计算出偷漏电户，而不管偷漏电的方法方式，也不受偷漏电户数量的限制呢？本文将回答如上问题。输入一段线路的拓扑结构和参数、输入所有节点的电压U、电流I、功率P、无功Q、有功电能量W和无功电量V的每小时遥测数据，如果管理线损明显大于0，利用反窃电分析功能，能输出可疑户和可疑功率曲线及可疑时段。在可疑时段现场检查可疑户不是漏电户就是窃电户，于是，有效降低线损，尤其是降低管理线损。条件见2.4节，效果见2.5节，实例见3.3节。应用反窃电技术，三川公司开发的“SC CYJK用电监察系统”由主站、通信和安装在所有用户的配变终端构成，在张家口、包头、邯郸和怀安供电公司应用，该系统成功抓获搭接变压器、CT二次回路开路、CT二次回路短路等窃电行为，发现CT二次回路烧粘、接线错误等多种漏电行为，被用户誉为“万能”反窃电办法，多年的高中损线路被有效整治，经济效益特别显著。中国电力企业联合会2007年11月17日组织专家进行鉴定“反窃电办法为国际领先水平”。“新华社”、“中国电力报”、“经济日报”和总理参阅的“动态内参清样”等多家媒体纷纷报道。国家电网公司、南方电网公司、内蒙电网公司营销部都给予高度评价“明确了用电信息系统的收益所在，投资收益好”。目录1. 引言51.1. 偷漏电损失严重51.2. 主要发生在10kV和380V51.3. 装备现状51.4. 整治窃电已有很长的历史51.5. 定义61.6. 命题62. 反窃电分析72.1. 输入72.2. 输出72.3. 现场检查82.4. 反窃电分析的条件82.4.1. 封闭性82.4.2. 齐全性82.4.3. 同时性82.4.4. 状态数据应当为稳态值82.4.5. 输入数据有足够的精度82.4.6. 高计与低计配合82.4.7. 搜集数据82.4.8. 备注92.5. 效果93. 用电监察系统93.1. 构成93.1.1. 电能表93.1.2. 现场终端93.1.3. 通信103.1.4. 主站103.2. 实时线损103.2.1. 实时统计线损103.2.2. 实时理论线损113.2.3. 实时管理线损113.3. 反窃电分析113.4. 实例113.4.1. 张家口高损线路113.4.2. 包头高损线路133.4.3. 邯郸中损线路143.4.4. 怀安低损线路144. 基于用电信息系统的反窃电和三川产品154.1. 方案154.1.1. 方案一：老系统加装“SC MSZ数据升级模块”154.1.2. 方案二：只有电能表尚无终端164.1.3. 方案三：新系统164.2. 方案的功能和性能164.2.1. 功能164.2.2. 性能164.3. 三川产品164.3.1. 三川提供的产品164.3.2. 三川提供的服务174.3.3. 三川承诺17反窃电技术与产品1. 引言1.1. 偷漏电损失严重美国因窃电而造成的经济损失每年高达40亿美元，加拿大第三大电力公司BC Hydro每年因此损失约1亿加元，就连以色列每年也要损失4000万美元，中国每年因窃电损失约2000亿元，印度、菲律宾等东南亚国家比中国还严重。1.2. 主要发生在10kV和380V10KV以上的用电户由变电站出线直接供电，没有偷电，漏电也很少。而10kV及380V供电线路是复杂的树状结构，用电户众多，是偷漏电的重灾区。10kV与380V相比，虽然380V户多，但10kV的偷漏电价值大，在中国10kV的偷漏电损失比380V总量多，比例约为3:1（10kV平均线损约14%，比理论线损偏高约9%，供电量占90%，合计管理线损每年约损失1500亿元，而380V每年损失约500亿元），所以，首先要堵住10kV上的偷漏电，其次是堵住380V上的偷漏电。1.3. 装备现状经过19982004年的城农网改造、20052008年推广的负控终端和20092010年推广用电信息系统，理论线损应该在5%之内，全部用电户实现了一户一表；工业户90%为多功能电子表，8%为脉冲表，2%的为网络表；低压户90%为机械表，9%为电子表，不到1%的载波表，2010年开始更换为国网公司标准的智能电表；公变（公共配电变压器）、变电站出线也全部安装了电能表，90%为多功能表，10%为脉冲表。城网的工业户100%实现了远程抄表，多数为专变负控终端，少数为网络表；约70%的公变实现了远程抄表，基本是公变集中器；100%的变电站出线实现了远程抄表。通信方式由早期的230MHz无线专网到大面积的公网无线。农网起步较晚，变电站出线和大工业户已改造完成远程抄表，要么是多功能电表+专变终端，要么是网络表，普通工业户正在改造中，而公变尚未大规模改造。低压户试点的载波表，近两年开始试验无线自组网抄表。国网公司的典型设计是电能表+采集器+集中器模式。1.4. 整治窃电已有很长的历史偷电伴随着1984年开始的改革开放而产生，随着市场化的步伐而加快。2001年电力体制改革，供电局变成了供电公司，反窃电管理也逐步加强。先是各种各样的防窃电措施，如防盗电的电能表、专用计量箱、计量专用锁、一次性铅封、封闭计量引线等，然而，防不胜防，之后，又寄希望于负控，指望负控的事件告警和对比当前的负荷曲线与历史负荷曲线能够发现窃电或用电异常，大面积推广的结果只有淮阴供电公司一家依据事件告警发现了一家窃电户，所以，2009年国家电网公司认识到负控不能再继续推广。北美希望AMI（高级量测系统）每5分钟一个点能够发现用电异常，我公司与加拿大BC Hydro公司的专家交流后，以及数年的运行表明，AMI难于发现偷漏电。印度由英国公司服务，据说能够发现接错线的漏电户。我们在反窃电实践中，总结出现场常常存在着看似简单但很难发现的窃电办法，如搭接、短接CT回路、甚至将CT回路开路，这些窃电没有任何信号能够直接反映有无窃电。再有漏电也非常普及，即使低损线路也有漏电户，而漏电户又如何发现呢，它们没有突变和事件。1.5. 定义将窃电户漏电户统一归纳为可疑户，因为定性是漏电户还是窃电户是法律问题，从技术层面看，它们都是实际用电量超过了计量电量。可疑户：实际用电量超过了电能表计量电量。可疑功率：可疑功率等于实际用电功率与表计计量功率的差。可疑时段：出现可疑功率较大的时间段。状态量：电压U、电流I、有功功率P和无功功率Q。进出点：有功功率流进、流出点。进点如线路首端，即变电站出线；出点如负荷点；而联络开关处有可能是进点，也可能是出点。封闭线段：对于某线段如果所有进出点全部遥测了状态量，则称为封闭线段。同理，有封闭线路或封闭网络。可疑线段：统计线损明显大于零的封闭线段。1.6. 命题命题1：能否利用封闭线段的遥测数据，分析出可疑线段的可疑户而不管偷漏电的手段、方法和方式以及窃电户数量呢？命题2：能否利用封闭线段的遥测数据，计算出可疑户的可疑功率呢？如果能够计算出可疑户和可疑功率，则能够绘制可疑功率随时间的变化曲线，进而分析出可疑时段。那么，现场检查就不是排查所有用电户或排查人为认定的可疑户，而是检查程序输出的可疑户；在可疑时段现场检查可疑户！现场检查可疑户，供电公司有现成的人员和设备，不存在问题。可见，问题的关键在于如何知道谁是可疑户及其可疑时段。从2001年三川公司内部立项以来，首先构建数学模型和算法，数字仿真实验、修正理论和调整算法；2003年开发原理样机、动模实验；2004年发现遥测数据有问题并发明稳态量遥测技术；2005年开发产品样机，构成用电监察系统；2006年在华北电网公司的支持下，在张家口榆林站568#线上安装、试验；之后，又先后在邯郸中损线路、怀安低损线路和包头高损线路上试验验证，最终验证了以上命题成立。2. 反窃电分析2.1. 输入 线段的离线参数：包括线段拓扑结构、每公里电抗、电阻和长度、低计配变的额定容量、短路电抗、铜损和铁损、PT与CT变比； 线段的实时数据：每小时一次所有进出点的状态量遥测数据。出线终端低计终端高计终端图1 安装终端以封闭线路2.2. 输出图2 实时线损曲线 在线实时线损计算：输出实时统计线损、理论线损和管理线损；对于管理线损明显大于零的封闭线段，启动反窃电分析。图3 可疑功率曲线晚上和周末窃电 反窃电分析输出：可疑户和可疑功率曲线，并按照可疑功率由大到小排队。2.3. 现场检查在可疑时段检查可疑户。首先，检查第一可疑户（按照可疑功率排队位列第一），看其是否是漏电户，如果是漏电户，则应当通知用电户到场，用电户明白少走了多少功率，依照电力法，换算成半年电量，要求用户补缴电费；如果不是漏电，则保密并不予处理；检查完第一可疑户后，检查第二可疑户。依次类推，直至检查完所有的可疑户。再次进行反窃电分析，针对第一可疑户和可疑时间，准备现场突击检查方案，一般由公安配合，准备摄像和检查仪表，如果可疑时段在白天则要选择白天，应当通知用电户在场，让用电户明白窃电功率，半年的补缴电量和罚款。经验表明，第一窃电户查处后，其它窃电户则自动停止窃电，管理线损被消灭，所以，没有再查其它可疑窃电户的机会。2.4. 反窃电分析的条件2.4.1. 封闭性可疑线段的所有进出点都应当安装用电信息采集终端。2.4.2. 齐全性某时刻的所有进出点的状态遥测数据U、I、P、Q都有，即时间断面上遥测数据要齐全。2.4.3. 同时性遥测的状态数据应当全网统一时间。2.4.4. 状态数据应当为稳态值反窃电分析的数学模型是稳态模型，所以，要求输入的遥测数据是稳态值。如果谐波太大，则应当为基波稳态值；如果三相不对称严重，则应当是基波正序稳态值。2.4.5. 输入数据有足够的精度输入的离线数据精度要求不高，拓扑结构正确，误差20%；输入的实时数据精度有功功率P精度优于0.5%、无功功率Q优于1%、电压U优于0.2%、电流I优于0.2%，分辨率优于1/210。2.4.6. 高计与低计配合对于10kV反窃电，考虑到配变变比精度极差，希望有至少1%的高计点，其PT精度优于0.5%，分布在线路的分叉或接近分叉的位置。2.4.7. 搜集数据每小时一次遥测数据，连续搜集15日。2.4.8. 备注关于封闭性，理论要求完全封闭，实践中允许缺1%的出点，缺少的出点将被当成可疑户处理。如果采用三川的稳态遥测技术，则同时性可以由就地时钟+网络校时+定时冻结加以满足。国内的配电和用电网络的离线参数误差很大，目测导线长度和配变铭牌数据即可。搜集15日的时间段是为了包括2个周末而设计的。保证反窃电的条件，其中封闭性、齐全性和稳态遥测不仅反窃电分析要求，并且，AMI和用电信息系统也需要、线损也需要；同时性、稳态遥测和实时数据精度则由设备厂家保障。2.5. 效果如果能够满足2.4的条件，则反窃电分析输出的可疑功率精度为5%、10kV线上的分辨率为100m，且不受窃电户数量的限制，与偷漏电手段、方法、方式无关。3. 用电监察系统为了验证反窃电分析的有效性，三川开发了“SC CYJK用电监察系统”。3.1. 构成3.1.1. 电能表电能表用RS485接口和DL/T645规约向终端提供有功电能量W、无功电量V。3.1.2. 现场终端终端为WJC-1用电监察终端，输入三个单相交流电流、电压，每秒计算三相有功功率P、无功功率Q、电压U和电流I，精度P为0.5%、Q为1%、U为0.2%/、I为0.2%，分辨率为1/215，输出到稳态量处理软件；由稳态量处理软件获得，定时冻结；从电能表输入W和V，定时冻结；每时输出，经GPRS或SMS信道和实时网络通信协议到主站。定时时钟精度为5s/月，网络对时精度为1s。W、V交流电流交流电压WCJ定时冻结的通信网络图4 终端采集和上传数据GSM的GPRS+SMS实时网络通信协议电能表主站ua、ub、ucia、ib、ic3.1.3. 通信扩展软件用电信息主站WINDOWS 操作系统商用数据库通信程序界面程序制表程序线损计算网络维护反窃电分析通信维护图5 主站软件结构监视界面与一般的用电系统一样，通信信道为GSM的GPRS+SMS，规约为实时网络通信协议。3.1.4. 主站与一般的用电主站一样，硬件为PC机，软件操作系统为微软的Windows、数据库为商用数据库如Oracle、数据采集为用电信息系统；在用电信息系统基础上扩展软件实时在线线损计算软件和界面软件和反窃电分析软件。命令区：按钮网损数据区选出线区选用户区当前时间重要报警区普通告警区图6 线损监视界面3.2. 实时线损3.2.1. 实时统计线损月统计线损按照电量计算：电量（本月表底上月表底）PT变比CT变比，月统计线损率（进点电量之和所有出点电量之和）/进点电量之和。而实时统计线损不能按照电量计算，因为表底的满十进位而非四舍五入造成误差很大，需要按照有功功率的稳态量计算：实时统计线损率（进点有功功率之和所有出点有功功率之和）/进点有功功率之和。3.2.2. 实时理论线损不是只算典型负荷工况的理论线损，而是对于每小时的稳态遥测功率进行计算。依照线路的离线参数和实时数据，进行潮流计算后求得实时理论线损。难度在于潮流计算的收敛性，因为在线实时计算，不能有人工参与。三川的算法收敛性好，不必采用导则规定的简化算法。3.2.3. 实时管理线损实时管理线损实时统计线损实时理论线损。3.3. 反窃电分析反窃电分析软件输出结果到数据库，可疑功率曲线见图7，可疑功率曲线清晰的显示出可疑户、可疑时段以及最大可疑功率。图7 反窃电分析界面可疑功率可疑功率可疑功率统计线损管理线损理论线损3.4. 实例3.4.1. 张家口高损线路张家口榆林站568#线，地处城乡结合部，小钢厂、小铁厂、精密铸造等高耗能小企业众多，因为多年高损，在华北公司的支持下，将26户高压用户全部改成了墙外高计，安装高计终端26台；余23户公用变为低计，安装低计终端23台；变电站出线处安装终端1台，共计50台终端，接线图见图8。图9 张家口可疑功率和表计功率曲线可疑功率测量功率第一户第二户图8 张家口568#线接线图2006年4月初安装，9月底完成调试，反窃电分析出9个可疑户，现场检查有6户漏电户，10月份下旬的可疑功率曲线如图9，由图可见：XX机械厂用电功率在0400kW之间波动，看不出用电异常，然而，可疑功率最大时能够达到1200kW，且，窃电功率随用电功率增减，判定是分流窃电；XX炼钢厂的用电功率几乎是衡负荷运转，也看不出有任何异常，但是，可疑时段发生在夜间和周末，可疑功率较恒定且与表计功率无关，窃电不是分流，不知道是什么办法窃电。图10 XX机械厂私装的墙外配变11月28日上午10时现场检查XX机械厂，现场情况是高压计量箱安装在路北电杆上，该厂在路南，中间道路宽10余米，且厂内没有高炉、烟筒，大门紧闭，配变为315kVA。检查结果是两路CT回路全部被短接，分流比约为6:1，电能表显示功率为206kW，窃电功率判定为1200kW。厂内检查，发现墙外私装无铭牌变压器，见图10，经过测试，容量高达1600kVA，该厂没有进行机械加工生产，而是小炼铁，不靠烟筒抽烟，而是用电动机吹烟。图11 张家口查处窃电前后的线损曲线统计线损管理线损理论线损按照电力法对XX机械厂的处罚是追缴电费：1200121800.60155.52万元；违约电费：155.523466.56 万元；合计：155.52466.56622.08 万元。28日中午实时线损即开始正常，管理线损消失，见图11。虽然管理线损消失，检查人员还是继续检查了XX炼钢厂，查到了搭接变压器的痕迹，用电户承认曾经窃电，当场认缴60万元电费。至此，多年高损线路得到彻底整治，2006年底获得华北电网公司奖励400万元。时至今日，该线路线损没有再出现线损问题。3.4.2. 包头高损线路为了找到最长、最复杂的10kV线路，三川找到了包头青北站933#线，该线路自1955年以来，不断改造发展，线路极其复杂，见图12，用电户多达142户，且还在发展中。由于资金限制，引入2处高计，将还在发展的2个分支划出圈外，段内剩余82户，其中安装5台高计终端、77台低计终端和1台进线终端。图12 包头青北站933线线路图高计分段高计分段联络开关段内77台低计终端5台高计终端1台进线终端合计83台终端图13 包头功率曲线可疑功率测量功率负荷曲线2008年4月10日完成工程安装，4月24日完成调试，5月份反窃电分析输出13户可疑户，现场检查可疑户，发现11户漏电户，纠正后，6月下旬再次开启反窃电分析，可疑功率曲线见图13，由图可见，XX锻件厂周末窃电，窃电功率最大600kW；XX水泥厂不分昼夜窃电，毫无规律可言。图14 包头窃电照片7月13日周日上午11时，在公安的配合下，包头突查窃电户。XX锻件厂是厂内高计，电压回路正常，而CT回路一相正常、一相电流为0，表箱周围到处都有电，在带电作业车的配合下，找到计量箱中的接线盒端子中允许插入的导线可上下移动，向下拽线能够移动1cm但不能全部拉出，回路开路，电流为0；向上推导线约1cm，有电流2.5A，与另一相一致，形成回路；再次下拽，电流又为0，见图14，测得表计少计500kW。依据电力法，算得半年补缴电量是2952095kWh，补缴电费122万元，违约罚款366万元；还发现私自为变压器增容300kVA，按照电力法，少收增容费5万元，违约罚款15万元，补缴和罚款合计508万元。XX水泥厂的旁边又新开工了一家水泥厂，安装250kVA变压器一台和计量箱含电能表，但是，未装终端。通过读取电能表记忆的负荷曲线，示于图13。对比可疑功率曲线与负荷曲线，可见，两者接近，误差在5之内。自2008年7月14日以来，该线路线损没有再出现问题。3.4.3. 邯郸中损线路图15 邯郸065#线路邯郸西南郊站065#线路情况：专变9台，公变5台，其中高供高计3个，余为低计，图15为线路图，线损近年来维持在1214的中损水平。2007年4月安装了3台高计终端、11台低计终端和1台出线终端。7月的实时线损见图16。由图可见，统计线损约13，理论线损不超过5，管理线损约8。图16 邯郸065#线线损曲线反窃电分析输出2个可疑户，现场检查发现一户高计两相功率为0、两相电流为0，用户用电，检查后发现CT烧毁、无输出电流，更换CT后正常；另一户公变的CT二次侧电流虚接，电流时有时无，处理后正常。两处正常后，统计线损降到了5%之内，管理线损接近于0。3.4.4. 怀安低损线路图17 怀安563#线结线图华北电网公司为了检验三川的反窃电能力，又选择了一低损线路怀安563#线，线路图见图17。该线共计55个用电户，其中16户为浇地临时户，变电站出线1台终端、39台固定终端和16台临时终端，除变电站出线外全部为低计。2007年4月安装调试，5月中旬的反窃电分析输出2个可疑户，可疑功率曲线见图18，由图可见，可疑时段为白天。6月初现场检查可疑户，检查发现2户都是计量回路接线错误，纠正后，一个少计80kW，另一个少计40kW，统计线损率由8%降到4，管理线损消失，实时线损见图19。图18 怀安可疑功率曲线4. 基于用电信息系统的反窃电和三川产品图19 怀安563线路实时线损曲线为了响应国网公司号召，三川公司将上述反窃电技术、稳态量遥测技术应用与用电信息系统，为此，开发成产品，在用电信息系统上实现SC CYJK用电监察系统的功能。图20 加装数据升级模块电能表终端MSZRS485RS4854.1. 方案4.1.1. 方案一：老系统加装“SC MSZ数据升级模块”如果已安装多功能电子表和终端，由于遥测数据中混入暂态数据和同时性不能保证，需要加装SC MSZ数据升级模块，见图20，将模块串入RS485，模块的一个串口经RS485连接电能表，另一个串口经RS485接终端，模块的电源可以由终端供电或220/100V直接供电。主站在用电信息系统主站上加装实时线损软件，以计算实时统计线损、理论线损和管理线损；安装反窃电分析软件进行反窃电分析。4.1.2. 方案二：只有电能表尚无终端