用电异常监控技术（5）__...中交变与恒强磁检测报警技术_熊德智.pdf

20235大众用电|电能表中交变与恒强磁检测报警技术国网湖南供电服务中心（计量中心）熊德智彭 凯湖南 国网郴州供电公司廖青春国网湖南省电力有限公司欧阳洁农电技能培训本文围绕国家标准中针对静止式电能表对强磁干扰的具体要求，开展磁场对电能表计量性能影响分析和研究。针对现场通过强磁干扰进行窃电的实际案例，分析电能表在抗强磁方面的缺陷和不足，开展防强磁干扰的新型电能表设计。1标准要求以往抑制磁场干扰电能表窃电的方法主要是采用磁屏蔽的方式，但面对强磁干扰，此法无济于事。对于利用强磁干扰窃取电量的行为，国内还没有电能表可以进行有效地检测和防御。国标GB/T17215.321交流电测量设备特殊要求第21部分：静止式有功电能表（1级和2级）中有关恒定磁场对静止式电能表的影响要求如表1所示，标准规定恒定磁场可通过直流电磁铁获得，该磁场作用于按正常使用时安装的仪表的所有可触及表面，其磁势值为1000At（安匝）。利用仿真软件Maxwell 2D对常规电磁铁进行磁场分析，得到电磁铁及周围空间的磁感应强度随着距离的增大，磁感应强度减小。该磁场最大磁感应强度不超过0.02T，在该磁场作用下，电能表应能满足表1的指标要求，应能准确计量。根据磁感应原理，利用式（1）分析可知，在磁动势即安匝数一定的情况下，磁感应强度与气隙的长度（离铁心的距离）成反比。m=Rmm=NI=1000=SBdSRm=10lS|（1）式中：m为磁动势；为磁通，Rm为磁阻，B为磁感应强度，l为气隙长度，S为面积，0=410-7H/m真空中磁导率。2磁场对电能表计量性能影响分析2.1现场缴获的永久磁铁分析利用特斯拉计对现场缴获的不同形状的永久磁铁进行了测试，测试结果如表2所示。其中，B表示磁感应强度，永久磁铁1为多块永磁构成磁铁，永久磁铁2为单一永久磁铁。由表2可知，随着测试点与永久磁铁的距离增大，磁感应强度减弱，到5cm以上才能降到20mT以下，而不法分子正是利用距离越近，产生的磁感应强度越大，从而引起计量偏差。将强磁磁铁靠近表壳，其产生的电磁场会影响电能表中大多数的元器件,如锰铜电阻、电流互感器、核心的电子器件等，从而减小功率的测量值,甚至能将功率减小到零，影响电能表的正常计量。用电异常监控技术（5）表1外部恒定磁场对静止式电能表的影响要求影响量电流值直接接入外部恒定磁感应Ib经互感器接入In功率因数1.0电能表百分数误差改变极限12.023.0表2实测磁感应强度距离（cm）永久磁铁1产生的B（mT）070012302140永久磁铁2产生的B（mT）4361839038960449375302427|大众用电20235农电技能培训2.2实测磁场对电能表计量性能影响分析利用三相电能表检测台体，对4个厂家不同规格的三相四线安装式电能表分别进行测试。在确保各电能表都能正常计量的基础上，使用永久磁铁对各电能表进行干扰，通过测试发现，永久磁铁放于表壳背面即互感器附近时，对电能表计量影响很大，在其他位置均无磁场干扰影响。多块永久磁铁比单块永久磁铁对电能表计量误差影响大，在功率因数达到1时，使用叠加的电磁铁从电能表背面互感器的位置进行干扰时，即可以认为此时表计停止计量。由此可知，当外部干扰磁场超过国标中的200GS时，电能表计量误差将受到严重影响，不能准确计量，误差严重偏负，从而达到窃电目的。3防强磁干扰电能表设计针对实际应用过程中的强磁干扰，研制具有检测恒定磁场和交变磁场干扰，并实时报警功能的电能表。3.1设计思路磁检测报警电能表具备对电能表周围存在的恒定磁场及交变磁场进行检测的功能，需要增加强磁检测模块，当发现异常时生成报警信息，通过无线通信的方式将磁场干扰用电异常信息实时上报给用电管理系统。磁检测报警电能表由基表和磁场检测模块组成，其中基表包括微控制器、存储单元、时钟、指示单元、计量单元、供电系统单元和输入输出电路。强磁检测模块是磁检测报警电能表区别于其它电能表的重要技术特征，用于检测电能表周围存在的恒定磁场和交变磁场干扰，并将检测到的信号传送给微控制器。强磁检测模块的电源直接由基表提供，与基表主电源电路之间具有4kV电气隔离。模块具有4路磁场检测通道，分别从不同的位置对恒定磁场和交变磁场进行检测。各磁场检测通道的多路输出经过逻辑组合电路的线与运算后输出报警信号，只要有一路检测通道输出低电平（检测到强磁干扰）则产生报警信号。基表的微控制器接收到报警信息后根据设定的应用需求记录事件、输出声/光报警，同时通过无线模块实时上报异常用电信息至用电管理中心。3.2磁检测报警电能表特征磁检测报警电能表新增恒定磁场和交变磁场检测电路，对电能表周围的磁场干扰进行监测，当检测到磁场干扰时，则产生报警信息，并通过无线通信的方式上传到供电方。与传统静止式电能表相比较，其具有以下特征：（1）通过对外界强磁场干扰的判断，实现对电能表自身的保护措施，并产生实时告警信息。（2）电能表将受外界强磁场干扰的告警信息主动上报，传送至“SG186”营销业务系统及用电信息采集主站系统，实现告警信息的共享。3.3设计方案恒定磁场和交变磁场都会影响电能表的正常计量。窃电者通常会在电能表附近放置强磁铁或大线圈以干扰电表的正确计量，从而达到窃电的目的。强磁铁靠近表壳将减小功率的测量值，甚至将功率减小到零；大线圈产生的电磁场会影响电能表中大多数的元器件（如锰铜电阻、电流互感器等）。当采用磁屏蔽、误差补偿等方式无法排除磁场干扰产生的影响时，可以用磁场强度检测装置来感测磁场，当存在磁场干扰时向电能表输出报警信息。该方案设计的磁场检测装置具备检测交变磁场和恒定磁场的功能，如图1所示。它由电源电路、交变磁场检测模块、恒定磁场检测模块及逻辑组合电路组成。电源电路采用电表的完全隔离的电源供电；交变磁场检测模块包含两路交变磁场检测线圈，一个为垂直方向，另一个为水平方向；恒定磁场检测模块共有6路检测通道，分别从6个不同的方向对恒定磁场进行检测；逻辑组合电路的信号输出至电能表。一旦接收到来自磁场检测的报警信号，电能表可以根据设定的应用需求记录事件、输出声/光报警，同时通过GPRS上报信息至用电管理中心。在图1中，电源5V DC由电能表通过辅助接线端子提供，此电源与电能表内部其他电路4kV电气隔离，报警信号由电能表的辅助接线端子1、2接入，采用光耦隔离（4kV电气隔离）。电能表采用带GPRS抄表功能的电能表。磁场检测的基本工作原理如下：（1）当交变磁场检测线圈感应到周围有交变磁场时，线圈产生感应电动势，感应电动势经过放大和比较输出至逻辑组合电路，并产生报警信号输出。2820235大众用电|“4484”工程助力“长电雏鹰”快速成长国网长沙供电公司张立志曾 舸农电技能培训（2）恒定磁场检测主要由霍尔元件完成，当周围有恒定磁场时，霍尔元件产生感应信号，感应信号经过放大比较电路和逻辑组合电路处理后产生报警信号输出。3.4实现方式（1）方式一：检测装置装在表外。安装方式：此方案安装在表外，磁检测板制作成约为1007010mm的方盒，方盒的左右两侧增加2个卡位,磁检测盒依靠卡位固定在基表的背面。接口方式：与基表采用三线接口，分别是电源，地信号（电源与报警输入信号在表内共地）及一路报警输出信号。电源为+5V，要求与基表主电源、计量电源隔离，报警信号输出为无源开集输出（PNP射极开路）至基表光耦输入端，低电平报警。为降低功耗，采用低功耗器件，检测板总功耗在50mW以内。程序处理：基表MCU程序会定时检测强磁报警信号，若有强磁报警输入，MCU经延时，再确认是否有报警，若有则通过GPRS等方式通知上位机发出报警及其他事件记录等处理。对于交变磁场：串联的线圈用于检测不同位置穿过的交变磁场，线圈感应的电动势叠加后经过放大，再经过比较输出至报警；对于恒定磁场：霍尔传感器用于检测恒定磁场，它的输出经过比较后送至报警器；系统输出满足逻辑关系式Y=ABC，只要有一路磁场异常就会报警。（2）方式二：检测装置装在表内。作为电能表的一种防窃电措施，磁场检测装置安装时应贴近受保护的电能表，同时置于用户不能直接触摸或破坏的地方，以免窃电者有机可乘。为全面践行“强省会引领，创一流大供”发展目标，加快锻造“长电鲁班”供服高技能人才队伍，高质量服务乡村振兴，长沙市湘能农电服务有限公司在国网长沙供电公司人资部的指导下，不断创新员工培训培养方式，精准把握“一年黄金培训期”，围绕思想政治水平、技术技能铸造等方面，制定培养方案，提出八大考核维度，完善四项管控机制，启动“长电雏鹰”供服新员工培养“4484”工程，探索供服新员工尽快融入企业、成长成才的新路径。1聚焦全线跟踪四轮培养四个方案转变以往供服新员工入职即到岗培养思路，推行“长电雏鹰”供服新员工“下所见习+入职启蒙+集中培训+供电所岗位实践”四轮周期循环式集中培养，量身定制形成公司总方案加各区县分公司子方案、省管培中心、省技培中心“1+3”集中培养方案。在培训培养过程中，总体按照精准把脉需求、科学谋划方案、精准设计课程、动态跟踪管控实施供服新员工培养，一对一、点对点设计培训课程和内容，各区县分公司编制见习培训计划，细化培训内容及考核目标，制定培训要点，选派优质师资，清单式、递进式、跟踪式开展各项专业知识培训；合理安排集中培训及各区县分公司供电所见习时序、时长，确保见习区域轮换的无缝衔接。在国网湖南管培中心集中培训中，通过“精选往届优秀代表驻组带队、分组管理、比学赶超”新模式，帮助供服新员工加快角色转变，迅速融入大家庭。以长沙农电发展史、企业文化和品牌建设、新员图1磁场检测装置方框图恒定磁场检测（霍尔）电源电路交变磁场检测线圈放大、比较电路恒定磁场检测（霍尔）恒定磁场检测（霍尔）恒定磁场检测（霍尔）放大、比较电路放大、比较电路放大、比较电路放大、比较电路逻辑组合电路报警5V DC1229