基于ADE7755芯片的居民用電能表新型竊電方式的計(jì)量分析

沈明炎肖娜麗許惠鋒/ . 福建省計(jì)量科學(xué)研究院， . 漳州科能電器有限公司

新產(chǎn)品介紹

基于ADE7755芯片的居民用電能表新型竊電方式的計(jì)量分析

沈明炎1肖娜麗1許惠鋒2/ 1. 福建省計(jì)量科學(xué)研究院， 2. 漳州科能電器有限公司

以電能表結(jié)構(gòu)和電能計(jì)量芯片ADE7755為基礎(chǔ)，結(jié)合電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)原理和反竊電經(jīng)驗(yàn)，分析了基于ADE7755的電子式電能表通過(guò)改變計(jì)度器驅(qū)動(dòng)脈沖實(shí)現(xiàn)竊電的方式，指出此類(lèi)竊電方式具備的防檢測(cè)的技術(shù)特點(diǎn)，并提出一些反竊電的技術(shù)建議。

新型竊電方式；居民用電能表；ADE7755芯片；防檢測(cè)；電能脈沖；反竊電

0 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)網(wǎng)電力公司的智能電網(wǎng)的不斷建設(shè)，我國(guó)電網(wǎng)智能化程度越來(lái)越高，集控、集抄技術(shù)的廣泛運(yùn)用，加強(qiáng)了對(duì)用電狀態(tài)的監(jiān)控和電能表的管理，其關(guān)鍵是智能電能表的遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。智能電能表的安裝基本已經(jīng)覆蓋各大城市，但是仍有許多縣鎮(zhèn)還在使用非智能電子式電能表或是機(jī)械式電能表。這些表計(jì)無(wú)法像智能電能表那樣實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，只能依靠技術(shù)員現(xiàn)場(chǎng)來(lái)進(jìn)行維護(hù)、監(jiān)管和抄表等的相關(guān)操作，因此不容易發(fā)現(xiàn)竊電行為，特別是一些較為隱蔽的竊電方式，更是為反竊電工作帶來(lái)一定的困難。針對(duì)非智能電能表的竊電技術(shù)趨于專(zhuān)業(yè)化，電能表竊電改造具有很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性和防檢性，多數(shù)為對(duì)計(jì)度器進(jìn)行技術(shù)改造后，仿冒電力行業(yè)的鉛封和外觀標(biāo)志，在改造電能表后能夠復(fù)原電能表鉛封和標(biāo)志，同時(shí)又能保證電力技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)電能表時(shí)不易察覺(jué)，為反竊電工作帶來(lái)了新的困難。本文從工作原理及技術(shù)特點(diǎn)出發(fā)，分析基于ADE7755專(zhuān)用計(jì)量芯片的電子式電能表的防檢型竊電方式，并提出一些現(xiàn)場(chǎng)反竊電檢查的技術(shù)建議。

1 電能計(jì)量原理

1.1 電能計(jì)量芯片的計(jì)量原理

電能計(jì)量芯片作為電能表的計(jì)量核心部件，直接決定了電能表的計(jì)量性能，其內(nèi)部集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字處理模塊和儲(chǔ)存寄存器等，可通過(guò)通信接口實(shí)現(xiàn)與微處理器的信息交流，具有數(shù)據(jù)計(jì)算、通信傳輸和電能脈沖輸出等功能。其工作過(guò)程首先是將電能采集電路采樣的電壓u和電流i經(jīng)乘法器運(yùn)算得到瞬時(shí)功率p，即p=uicosφ。通過(guò)電平轉(zhuǎn)換將平均功率轉(zhuǎn)換成與之成正比的直流電壓Uo，最后由P/F轉(zhuǎn)換器將Uo轉(zhuǎn)換成頻率fo的電能脈沖輸出，此脈沖用于電能表校驗(yàn)和驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。電能表工作原理框圖如圖1所示[1]。

圖1 電能表原理框圖

1.2 電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)原理

電能表計(jì)量性能的全面檢驗(yàn)可以在專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，而在現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)時(shí)則難以實(shí)現(xiàn)。電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)主要是為了計(jì)量帶電掛表校驗(yàn)電能表的電能誤差，其原理是利用高準(zhǔn)確度的電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀（相當(dāng)于便攜式的標(biāo)準(zhǔn)電能表），按要求進(jìn)行電氣連接，使被檢電能表和電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀接于相同電氣狀態(tài)線(xiàn)，即被檢電能表與電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀的電壓并聯(lián)，電流串聯(lián)[2]。依據(jù)JJG 596-2012《電子式交流電能表》的技術(shù)要求[3]，在實(shí)際負(fù)荷狀態(tài)下，被檢電能表和電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀同時(shí)計(jì)量電能，通過(guò)兩者電能脈沖的比較，計(jì)算被檢電能表相對(duì)于電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀的電能相對(duì)誤差值，此誤差值只能反應(yīng)當(dāng)前負(fù)荷狀態(tài)下電能誤差的偏差水平。電能表的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)原理框圖如圖2所示。

圖2 電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)原理框圖

2 電能表新型竊電方式的原理分析

2.1 電能計(jì)量芯片ADE7755的工作原理

ADE7755是一種高準(zhǔn)確度電能專(zhuān)用計(jì)量芯片，具有極高的準(zhǔn)確度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。ADE7755將輸入的電壓、電流通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過(guò)相位校正、高通濾波后到乘法器進(jìn)行運(yùn)算，獲得瞬時(shí)功率，最后，瞬時(shí)功率信號(hào)經(jīng)低通濾波后由數(shù)頻轉(zhuǎn)換器輸出F1、F2和CF三個(gè)脈沖信號(hào)，其中ADE7755的F1和F2輸出兩個(gè)交替的低電平脈沖信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)度器；ADE7755的CF腳以較高頻率形式輸出有功功率瞬時(shí)值,作為電能校驗(yàn)脈沖用于電能表校驗(yàn)。F1、F2和CF的輸出頻率則由邏輯輸入S0、S1、SCF的狀態(tài)確定。

依據(jù)電能計(jì)量芯片ADE7755的技術(shù)手冊(cè)[4]，可查得頻率輸出F1和F2的傳遞函數(shù)如下式：

式中：F— ADE7755芯片的引腳F1、F2輸出的脈沖頻率；

V1、V2— ADE7755芯片的電壓、電流兩個(gè)通道的差動(dòng)輸入電壓有效值；

G— ADE7755的PGA的增益，由G0和G1的邏輯輸入確定，1，2，8，16四種可選；

VREF— ADE7755芯片的基準(zhǔn)電壓，通常為2.5 V；

F1-4— ADE7755芯片的主時(shí)鐘分頻頻率，由S0和S1確定分頻系數(shù)

CF的輸出頻率與F1-4頻率成反比關(guān)系，F(xiàn)1-4頻率選得越低，CF的倍率越高（CF高頻方式S0= S1= 1、SCF= 0的情況除外），S0、S1、SCF的邏輯狀態(tài)以及CF的最高頻率與F1-4頻率的關(guān)系可如表1所示。

圖3 電能計(jì)量芯片ADE7755的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.2 電能表防檢型竊電原理

現(xiàn)在的竊電方式多從電能專(zhuān)業(yè)技術(shù)的層面[5]，通過(guò)改變電能表內(nèi)部電子線(xiàn)路的方式，并在改造電能表后，偽造電能表外鉛封和外觀標(biāo)志等，使電力用電檢查人員較難發(fā)現(xiàn)竊電現(xiàn)象。

介紹一種基于電能計(jì)量芯片ADE7755的電能表的竊電方式，由于電能計(jì)量芯片ADE7755用于電能校驗(yàn)的電能電脈沖輸出不變，因而在電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)時(shí)不易發(fā)現(xiàn)竊電現(xiàn)象，此類(lèi)竊電方式具有隱蔽性高、專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)和防檢驗(yàn)的特點(diǎn)（具體的竊電原理略）。

表1 ADE7755輸出頻率的關(guān)系

3 竊電電能表實(shí)測(cè)試驗(yàn)

取基于ADE7755電能計(jì)量芯片的竊電電能表兩臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，技術(shù)規(guī)格為220 V、10（40）A，計(jì)量準(zhǔn)確度為2級(jí)（此規(guī)格的電能表較為普及），將其分別編號(hào)為A和B，其電能計(jì)量芯片ADE7755的S0、S1和SCF的邏輯狀態(tài)如表2所示。依據(jù)JJG 596-2012的要求，通過(guò)電能表基本誤差試驗(yàn)，得到表3結(jié)果；再進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間帶載試驗(yàn)，得到電能計(jì)度器校核誤差，如表4所示。

表2 S0、S1和SCF的邏輯狀態(tài)

表3 電能表竊電模式下的電能基本誤差

表4 電能表竊電模式下的計(jì)度器校核誤差

由表3的電能表基本誤差數(shù)據(jù)表明，竊電電能表的電能校驗(yàn)脈沖輸出正常，其電能校驗(yàn)誤差在相應(yīng)計(jì)量等級(jí)允許范圍內(nèi)。而表4的電能表計(jì)度器校核誤差數(shù)據(jù)則表明，在實(shí)驗(yàn)室工作環(huán)境中，竊電電能表在不同負(fù)荷狀態(tài)下，連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行所累計(jì)的電量相比于同狀態(tài)下的參考標(biāo)準(zhǔn)所累計(jì)的電量出現(xiàn)了明顯的負(fù)偏差，實(shí)際測(cè)量得到電能表實(shí)際電能計(jì)量偏差約為-75%，此時(shí)的竊電電能表計(jì)量電量?jī)H為正常電量的四分之一，由表2的F1和F2竊電模式和正常模式的頻率差值比為（0.68-2.72）/2.72＝-75%，與實(shí)測(cè)結(jié)果一致。將A、B電能表從竊電模式恢復(fù)到正常模式后，再進(jìn)行電能表基本誤差試驗(yàn)和電能計(jì)度器校核誤差試驗(yàn)，得到的結(jié)果符合2級(jí)的要求，如表5和表6所示。

由此可見(jiàn)，竊電電能表經(jīng)改造后，僅依據(jù)檢驗(yàn)電能校驗(yàn)脈沖得出的電能誤差不能作為電能表的計(jì)量準(zhǔn)確度的唯一判定依據(jù)，因此，此類(lèi)電能表通過(guò)電能表現(xiàn)場(chǎng)電能誤差校驗(yàn)是很難被發(fā)現(xiàn)為竊電的。

表5 電能表正常模式下的電能基本誤差

表6 電能表正常模式下的計(jì)度器校核誤差

4 電能表反竊電的技術(shù)建議

鑒于現(xiàn)代電能表竊電技術(shù)的專(zhuān)業(yè)性和隱蔽性，分析電能表的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，電能表的竊電無(wú)非是從電能表的輸入和輸出部分著手。由于多年的反竊電的經(jīng)歷，傳統(tǒng)的通過(guò)改變輸入電壓、電流采樣值的方式慚慚被淘汰了?，F(xiàn)在的竊電方式多從電能專(zhuān)業(yè)技術(shù)的層面，通過(guò)改變電能表內(nèi)部電子線(xiàn)路的方式，再結(jié)合電能表的鉛封和外觀標(biāo)志的仿造技術(shù)，大大增加了竊電的成功率，擾亂了用電秩序。因此，針對(duì)此類(lèi)竊電現(xiàn)象，結(jié)合電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，提出反竊電的技術(shù)建議：一旦發(fā)現(xiàn)有竊電嫌疑的電能表，應(yīng)先檢查電能表外觀標(biāo)志、鉛封情況和電能表信息記錄，若發(fā)現(xiàn)有拆裝痕跡，應(yīng)當(dāng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)行相關(guān)檢驗(yàn)；現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)電能表時(shí)，要確保正確連接電氣線(xiàn)路，校驗(yàn)中觀察和記錄電能表電能脈沖、計(jì)度器及其他部分工作是否正常，如發(fā)現(xiàn)異?；蛎黠@超差現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)先檢查電力線(xiàn)路是否正常，并將電能表封存送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行技術(shù)鑒定。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展，電能竊電方式已具備了更專(zhuān)業(yè)的反檢驗(yàn)功能、更隱蔽的竊電手法，因此，電能反竊電工作不僅需要先進(jìn)的反竊電的技術(shù)，更要求技術(shù)人員具備較高的反竊電的職業(yè)素質(zhì)，以應(yīng)對(duì)竊電方式的不斷變化，確保具備足夠的技術(shù)力量及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)和處理竊電情況。

[1] 沈明炎. 基于ATT7022計(jì)量芯片的三相智能電能表計(jì)量性能探討[J]. 企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2013.06：23-25.

[2] 沈明炎,肖娜麗. 高壓系統(tǒng)中三相四線(xiàn)電能表在線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)方式的計(jì)量分析[J]. 計(jì)量與測(cè)試技術(shù).2014，2：28-29.

[3] JJG 596-2012電子式交流電能表檢定規(guī)程 [S]. 北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2013.

[4] 喬文俞.基于ADE7757的高性能電能表的設(shè)計(jì)[J]. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，自然科學(xué)版，2009，02：56-59.

[5] 謝瑋.安裝式電子式電能表竊電原理及鑒定方法[J]. 湖北電力，2011，01：20-22.

The analysis of the new type of the electricitystolen of civil electronic watt-hour meter base on chip of ADE7755

Shen Mingyan1, Xiao Nali1, Xu Huifeng2
（1. Fujian Metrology Institute, 2. Zhangzhou
Keneng Electrical Equipment Co., Ltd）

According to the power supply enterprise found that smart watt-hour meter electricity stealing case, based on the electrotechnics and electronic watt-hour meter structure principle,combining with the actual measuring work of smart watt-hour meter, through the analysis of electricity stealing method and principle of electric energy meter,pointed out that the working methods and technological characteristics of a new way of stealing,and puts forward the technical measures to prevent,to provide technical reference of anti-electricity stealing for the power supply enterprise.

the new type of the electricity-stolen；civil electronic watthour meter；chip of ADE7755；prevent detection；electrical pulse,antielectricity stealing