基于大数据的用电评价与反窃电技术分析

唐婧璇

（国网盐城供电公司，江苏 盐城 224000）

随着窃电方式日益智能化、多样化和科技化，电力公司的防窃电不能仅仅依赖传统的反窃手段和落后的反窃设备，必须提高用电检查新设备及新技术的智能化，从而使应用更为方便、更为简单，功能更为完善、更为先进。不管盗窃手段多么先进、多么复杂、多么智能化，都可以对偷电行为进行打击，从而有效地预防偷电。现在市面上也有防窃电设备，利用载波原理，对电表进行数据分析，检测用户有没有偷电行为。该仪器又大又沉，操作起来很不方便。台区电能表中载波模块众多，要想把所有的电能表都检查一遍，就必须在设备中安装多个载波模块。如果电能表的载波模组不同，则需要多次操作，导致检测周期较长，工作效率较低。自从智能表和电力采集系统普及后，智能载波表已经具备了记录电压、电流和开盖记录等实时数据和远程通信的能力，但是，使用这种新技术来实现对电力系统的采集和分析，目前还没有发展起来，只能靠手工操作，无法直接判断窃电的方式，也无法自动生成采集和统计报告，耗时耗力。因此，在当前我国电力市场面临的反窃电问题日益严重的情况下，电力企业急需一种有别于过去的新型查窃电技术。

1 系统的整体设计

本文以用户评价和电力信息采集系统为基础，开发了1 套以批量定位查窃器为核心的大规模窃电检测系统。该设备的主要作用是对全台区的低压台区各用户的用电量进行大量的数据采集，并通过后台的智能分析软件对其进行分析；通过分析软件，从仪表上读出电表的数据，对各种数据进行综合分析，从而判定有无盗窃行为。通过自动分析、判定数据，准确判断窃电嫌疑户，通过系统中客户档案锁定窃电嫌疑户地址，有目标性和针对性地开展查窃。它具有很好的保密性能，而且不会引起偷电行为者的警觉，因此可以减少打击偷电行为的成本，同时也能提高工作的效率。对电力系统的发展具有重要作用。

1.1 体系结构的基本原则

1.1.1 安全和可靠度

在系统设计和设备选择时，要保证系统的安全性和可靠性。

1.1.2 易于管理和高效率

为了提高设计系统的可靠性，提高访问终端的速度，高速率地持续运行，降低管理的复杂性，对设计系统的数据进行管理。

1.1.3 扩展性

这种大规模的反盗系统，可以充分利用现有的技术扩大系统的扩展性，促进系统整体升级。

1.1.4 标准

本系统和设备的设计和制造，主要根据下列技术规范和标准。

（1）本系统的主站与采集终端的数据传送按照Q/GDW 376.1—2009《电力用户用电信息采集系统通信协议：主站与采集终端通信协议》的要求。

（2）抄表信息能满足DL/T645—2007《多功能电能表通信协议》的抄表数据格式。

（3）在安全保护上，满足电力用户用电信息采集系统Q/GDW 377—2009《电力用户用电信息采集系统有关安全防护技术规范》的规定。

（4）与集中器进行通信，依据Q/GDW 376.2—2009《电力用户用电信息采集系统通信协议第二部分：集中器本地通信模块接口协议》，对用电量进行智能监测。

（5）它的工作原理是参考“线路故障录波器”，能够记录、存储电能表的操作资料，进行分析、取证，可以记录3 年以上的历史资料。

1.1.5 先进与实用

在充分运用现有技术与装备的基础上，注重实际应用，真正地提升了反窃工作的效果，减轻了现场工作人员的工作负担。

1.2 系统的逻辑结构

从主站、通信和采集3 个层次对系统进行了逻辑上的划分，为以后各层次的设计思想提供了理论依据。系统的逻辑结构图如图1 所示。

图1 系统逻辑结构

逻辑框架结构描述如下。

（1）本系统的逻辑层由主站层、通信信道层和采集设备层3 层组成。

（2）主站层包括3 个主要模块：批量定位查窃器、后台智能分析软件和数据库管理。批量定位查盗器与集线器通信，由集线器读出集线器下电能表的资料，并完成协议分析，仪器记录、存取电能表的资料；后台智能分析软件从仪表上读出电能表的数据，对各种数据进行综合分析，从而判定有没有偷电行为。仪表读出电表上的各项资料，包括电压、电流、功率因数、相角、有功、无功、电能、开盖记录、开盖时间和开盖表底等，能够全面地分析判断是否有窃电、负载异常、电流三相失衡及其他不正常情况。

（3）通信信道层是主站和采集装置的连接，也是连接新站和终端的信息交流平台。

（4）在系统的末级为采集装置，其任务是对整个电网的原始供电数据进行采集。

1.3 体系结构

本系统的体系结构分为3 个层面：主站、通信信道和现场终端，如图2 所示。

图2 系统体系结构

（1）按占位数据采集系统的物理结构分为3 个模块：主站、通信信道和现场终端。

（2）从物理构造上讲，主站的网络包括1 个数据库和1 个应用服务器，1 个磁盘阵列组合的1 个系统服务器，1 个大量的位置查找器。

（3）通信信道是指系统主站和终端间的通信信道，通过低电压线路载波读出电表中的数据，包括电压、电流、功率因数、相角、有功、无功、电能、开盖记录、打开时间和打开盖表底部等。

（4）现场终端是指由集中器、采集器等构成的设备终端，其设置于工作场所。

2 设计原则

该系统由电源模块、数据处理模块、载波模块、I/O 模块、数据采集模块、时钟模块和数据存储模块组成。其构造图如图3 所示。

图3 反窃电系统的配置

该电源模块与外部电源相连接，为系统提供电能，并设置了防止外接电源的突然变化，使设备能够正常工作。

数据处理模块包含加法器与乘法2 种功能，分别对电流取样和电压取样进行转换，并对其进行比较和运算；接受I/O 模块输出的控制命令，采集电流和电压采集模块。

载波模块可使设备与检测范围内的载波计进行集中通信；采用低压输电线路作为通信媒介与终端设备之间的可靠数据传输，采用半双工通信的方法，对电表中的相关数据进行抄写（包括电压、电流、电源故障和电源开关等）。

I/O 模块将数据输入设备，并将设备的数据输出。I/O 模块由LED 显示屏组成，其像素为500×500，视窗容量不低于100 mm×100 mm，中文菜单显示；该键盘由“0～9”“删除”“返回”“上下左右”“确定”等17 个关键字组成。按键要灵活、可靠，没有卡顿、接触不良、拧紧不松。

数据采集模块，与数据处理模块相连，由4 条与功率集中器对应的线路相连的采集电路组成。本系统可与单相表、三相表通信，对各台用户的用电量进行实时监测，包括用户电压、用户电流、用户功率因数和用户相角等。

数据储存模块储存作业系统或其他程式的暂态资料，储存程式与试验资料；该系统的数据存储部分主要由运行存储器和存储器组成，该存储器可以满足大量用户对电力的存储需求，并且具有1 T 的硬盘容量。

该时钟模块采用RTC 时钟模块，其内置的钮扣电池能够在断开电源的情况下为该芯片提供能量，从而确保准确的计时。

一种简易的测量窃电设备方法如下。

（1）在以5 s 为周期的电流取样期间，持续地获得在XXhour：XXsec到YYsec中的三相总电流值（Ub和IQ）。

（2）在连接到被检查区域的任何零线连接的情况下，载波模块每隔5 s 发送1 条零线，读取被检查区域中电能表的电流In，并用载波读取检查区域中的全部仪表：①XXhour：XXhmin：XXhsec到YYhour：YYmin：YYsec时段中的电流值（I1，I2，I3，I4，…，In）；②断电记录；③打开的记录。

（3）将时间段内采集的数据集（IaIb和Ic）、（I1，I2，I3，...，In）作为实例：由CPU 进行交与运算，计算时段中某一时刻所获取的数据集，该模块计算基础电流值（Iα=Ia+Ib+Ic），和参比电流值其中，实时电流损失ΔI=Iα-Iβ。

（4）如果ΔI≥1A 或者ΔI＜A 且ΔI/Iα≥50%，该设备会发出警告，需要对扫描区域内的仪表进行进一步排除，如果有对应的打开记录，则对应表进行重点检测。

（5）如果ΔI＜1A 且ΔI/Iα＜50%，并且没有任何开盖和断电事件，则该区域的表计基本是正常的。

（6）可以用ΔP=ΔI×200 V 来估计损失功率ΔP 的计算。

该系统的数据采集模块与集线板相连，对整个台区下的用户进行采集，然后由数据处理器对其进行分析，从而判定是否存在窃电行为。通过批量采集、分析，不仅提高了查窃工作的效率，扩大了对偷电行为的调查，而且还减少了人力物力，消除了窃电带来的不良影响。现场查窃无须逐一拆解用户的电表，增强了查窃的保密性；并通过科学设定比较参数，由系统自动分析用户资料。通过对电力系统的分析，可以确定有没有偷电行为，从而提高了对现场偷电行为的识别能力。整个系统的工作过程如下。

（1）与台区相连的集流器，能够对全台区下的电力用户进行数据采集。

（2）将数据传送至数据处理模块，抽取出判定标准参数，并将其与数据处理模块中的数据进行比较，由窃电分析软件进行分析，实现了数据的自动分析与判定。一是对单、三相仪表的电压资料进行判定，以确定是否有电压；二是单相负载，电流通过表计进入负载，电流通过表计的零和火电流的数据，可以判断是否外接线、加装短路环、表计的电子元件等；三是产生三相电能表矢量图，尤其是三相四线式电能表，并将其与常用的三相四线式互感器的测量计进行比较，从而自动判定故障点并产生窃电量。根据分析的资料，判定用户有没有偷电。

（3）若显示的结果是，用户存在窃电嫌疑，可以在输出模块内的打印机上打印该用户的信息，并将该数据存储在该数据存储器模块中，由此对该用户的电力信息进行注释。

（4）若显示的结果是，用户不存在窃电嫌疑，则将数据更新后存储到数据存储模块，由此对该用户用电信息进行注释。

该系统的操作流程如图4 所示。

图4 工作流程

3 系统的主要功能测试

通过该设备发现盗窃户李某某，发现该表记录的零和火电流存在很大偏差，被认定为盗窃犯罪嫌疑人，现场检查人员立即对其进行了控制和检查，没有发现表外接线窃电的现象。利用钳形电表重新进行数据分析，发现火线电流和电表上的火线电流并不相符，判断有可能是用户电能表上被人动了手脚。打开电能表盖子，发现该用户私自使用火线电流取样。

在测试了该系统后，对其试验结果进行如下分析。

（1）从试验结果来看，该系统通过采集和分析用户的用电量数据，并将其进行比较和分析，以直观的方式反映出用电量的实际状况，实现了防窃电功能。

（2）由于采用载波技术来传送用户端的数据，对用户的电力设备配置环境有一定的要求，因此需要在实践中不断改进。

4 结束语

针对过去单纯靠人工进行窃电分析的缺陷，本文提出了1 套查窃范围广、低成本、工作效率高、保密性高等一系列优势的防窃电系统，通过测试证明该系统切实可行，可以在防窃电工作中大力推广。