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摘要:在分析电能表电能计量原理的基础上，介绍了基于电能计量原理的各种现有窃电技术；针对已有窃电技术，从智能电能表的特点出发，分析了智能电能表的防窃电技术。
关键词：电能计量；窃电方式；防窃电；智能电能表
The Way to Stealing Electricity and The Smart Meter’s Preventing Electricity-stolen Technology
Liu Ying、Duan Jie
(Yuechi housing and urban-rural Development, Yuechi 638301 Sichuan, China)
Abstract: The paper introduces the way to stealing electricity based on energy metering theory after analyzing the energy metering theory; for the existing ways to stealing electricity, analyzing the smart meter’s preventing electricity-stolen technology.
Key words: energy metering; the way to stealing electricity; preventing electricity-stolen; smart meter
中图分类号：TM933.4文献标识码： A 文章编号：
0 引言
电能作为使用率最大的能源之一，广泛的应用在国民生活的各个领域。随着电能的普及，用户的窃电行为也随之而来，这不仅给供电单位和国家带来了经济损失，同时也扰乱了供电秩序[1]。
随着智能电网建设工作的不断开展，各地电网开始大量投入使用智能电能表。智能电网将电能计量提到了一个新的高度，这不仅包括了理论的计量精度要求，同时也包括了对窃电行为的智能防护。智能电能表的防窃电技术是实现准确计量的重要组成部分，也是智能电网建设的关键。
1 电能计量基本理论概述
在电能计量基本理论中，电能是功率对时间的积分，即：
(1)
其中是瞬时功率，是平均功率，也叫做有功功率。
由式（1）可以看出，电能与有功功率直接相关。而有功功率又与电压、电流、功率因素相关。对于单相电路来说，有功功率为
（2）
其中为相电压，为相电流，为功率因素。
计量用电能表正是基于上述理论对用户的电能进行计量的。
单相电路电能计量的原理接线图见图1[2]。
图1 单相电路电能测量接线图
Fig 1 The wiring diagram of single-phase circuit’s energy metering
三相电路的电能则是各相电能的总和其接线图见图2[2]，左侧为三相四线制接线图，右侧为三相三线制接线图。
图2 三相电路电能测量接线图
Fig 2 The wiring diagram of three-phase circuit’s energy metering
2 窃电方式分析
由上述分析可看出，窃电行为在原理上是从电压、电流和功率因素着手，通过改变电压电流从而达到窃电的目的。目前已有的窃电方式主要包括以下几类。
1.1 电流法窃电
电流法窃电是通过改变进入电能表计量的电流从而达到窃电的目的。具体方式是改变电能表电流计量回路的接线方式[3]，或对计量回路进行短接等使得计量电流减小，减少电能计量。同时还有对电流互感器进行操作（二次极性反接），使表计反转的窃电。
1.2 电压法窃电
电压法窃电是通过改变表计电压回路正常接线方式造成电压回路故障从而进行窃电，这包括对表计电压回路外接开关，断开电压回路，或者串联电阻，减小计量电压等方式；在有电压互感器的表计中对电压互感器进行电流法窃电的形同操作进行窃电。
1.3 改变表计的结构和接线方式窃电[2]
这种窃电具有如下几种：①在计度器上做文章，改变表计时间常数，或使计度器不显示，损坏其机械传动部分；②改变永久磁铁位置，使磁铁与铝盘间隙变小，表计走慢；③改变表计电流线圈匝数；④改变表计电压与电流相序接线，即相序错接线[4]。
1.4 外加磁场法窃电
该窃电方法是针对部分表计（带步进电机计数器）内部计数器工作原理与磁场相关[4]，通过外加磁场改变磁场方向使得计数器反转而窃电。
3 智能电能表防窃电技术分析
3.1 基于自动抄表系统的智能电能表防窃电技术
随着智能电网的推广，在智能电能表大量应用的同时，用电信息采集系统作为智能计量工作中的必要组成部分也得到大力建设。用电信息采集系统的基本功能是实现对用户用电信息的远程自动采集，实现电能表测量数据和运行工况与监测系统的交互，具体体现则是自动抄表系统。
在国家电网公司集中招标投入使用的智能电能表中，都有一个实现自动抄表功能的通讯模块，即载波芯片模块。
自动抄表系统可实现用户侧数据的实时采集，这包括电能数据、电压、电流、相位数据，利用这些数据建立用户基本用电数据库，将数据库与实时监测数据对比，可对异常用电进行报警，从而达到防窃电的目的。
3.2 智能电能表封印防伪防窃电技术
针对开启电能表表盖，改变接线方式或者电能表结构的窃电方式，智能电能表采用了防伪封印的后动防窃电方式。通過对智能电能表表盖封印进行防伪智能处理，可以有效发现开盖窃电，替换相似封印的窃电行为，并进行事后惩处。
3.3 基于智能电能表加密系统的防窃电技术
国家电网公司在近期推广应用阶梯电价的供电方案，针对不同时段电量进行区别收费。部分用户利用该特点，使用电能表编程器对在不改变总电量的情况下更改电能表内部存储电量的分布，即不同时段电量的分布，增加低价收费时段用电量，从而达到间接窃电的目的。
对于上述情况，现有大量使用的智能电能表都具有ESAM数据安全模块，在电能表投入安装使用前，各计量中心可利用编程加密系统对电能表设置及存储进行加密处理，避免不法分子更改电能表设置及数据分布进行窃电。
3.4 基于智能电能表计量芯片设计的防窃电技术
实现智能电能表防窃电最根本的方式是研制具有防窃电功能的智能电能表。随着电力窃电行为的大量出现，防窃电电能表的研制工作也大力开展起来。防窃电智能电能表主要是从其计量芯片出发，对防窃电行为进行有效监测。
具有防窃电功能的计量芯片，一般在其信号采集输入接口处对电压、电流信号分别有两个通道，一通道是采集计量电压、电流信号，另一通道是采集电力电压、电流信号[5]，见图3。
图3 防窃电计量芯片信号输入
Fig 3 The signal inputting of preventing electricity-stolen measurement chip
计量芯片通过比较器，选择较大的量作为输入信号进行计量，这就避免了用户采用短接或者截流的窃电方式，同时在设计中，当同一信号的两输入通道数据差距超过标定数值，则电表发出报警，有效的遏制了窃电行为。
4 结语
防窃电工作是电力工作人员必须长期坚持的一项工作，随着智能电能表的推广以及防窃电技术的发展，防窃电工作得到了有效的开展；但在进行技术防窃电的同时，也应开展合法用电教育，提高用户合法用电意识，实现从技术和教育全方位的防窃电。
参考文献
[1] 颜涛.窃电方法及防窃电措施的分析[J].科技向导,2010,36:252-255.
[2] 郭立才,彭志炜,范强.电能计量及反窃电方法综述[J].高压电器,2010,46(5):86-91.
[3] 杨体.对电能表防窃电的分析[J].电力自动化设备,2002,22(3).
[4] 韩松林.三相电度表的错误节点及其对电能计量的影响[J].电测与仪表,1999(1):15-19.
[5] 邵强,李丹,刘晓湘.单相电能表防窃电原理的研究及应用[J].电测与仪表,2009,46(06):59-62.
作者简介：刘颖 男 出生：1988.08.12单位：岳池县住房和城乡规划建设局城市亮化工程管理所职员
关键词：电能计量；窃电方式；防窃电；智能电能表
The Way to Stealing Electricity and The Smart Meter’s Preventing Electricity-stolen Technology
Liu Ying、Duan Jie
(Yuechi housing and urban-rural Development, Yuechi 638301 Sichuan, China)
Abstract: The paper introduces the way to stealing electricity based on energy metering theory after analyzing the energy metering theory; for the existing ways to stealing electricity, analyzing the smart meter’s preventing electricity-stolen technology.
Key words: energy metering; the way to stealing electricity; preventing electricity-stolen; smart meter
中图分类号：TM933.4文献标识码： A 文章编号：
0 引言
电能作为使用率最大的能源之一，广泛的应用在国民生活的各个领域。随着电能的普及，用户的窃电行为也随之而来，这不仅给供电单位和国家带来了经济损失，同时也扰乱了供电秩序[1]。
随着智能电网建设工作的不断开展，各地电网开始大量投入使用智能电能表。智能电网将电能计量提到了一个新的高度，这不仅包括了理论的计量精度要求，同时也包括了对窃电行为的智能防护。智能电能表的防窃电技术是实现准确计量的重要组成部分，也是智能电网建设的关键。
1 电能计量基本理论概述
在电能计量基本理论中，电能是功率对时间的积分，即：
(1)
其中是瞬时功率，是平均功率，也叫做有功功率。
由式（1）可以看出，电能与有功功率直接相关。而有功功率又与电压、电流、功率因素相关。对于单相电路来说，有功功率为
（2）
其中为相电压，为相电流，为功率因素。
计量用电能表正是基于上述理论对用户的电能进行计量的。
单相电路电能计量的原理接线图见图1[2]。
图1 单相电路电能测量接线图
Fig 1 The wiring diagram of single-phase circuit’s energy metering
三相电路的电能则是各相电能的总和其接线图见图2[2]，左侧为三相四线制接线图，右侧为三相三线制接线图。
图2 三相电路电能测量接线图
Fig 2 The wiring diagram of three-phase circuit’s energy metering
2 窃电方式分析
由上述分析可看出，窃电行为在原理上是从电压、电流和功率因素着手，通过改变电压电流从而达到窃电的目的。目前已有的窃电方式主要包括以下几类。
1.1 电流法窃电
电流法窃电是通过改变进入电能表计量的电流从而达到窃电的目的。具体方式是改变电能表电流计量回路的接线方式[3]，或对计量回路进行短接等使得计量电流减小，减少电能计量。同时还有对电流互感器进行操作（二次极性反接），使表计反转的窃电。
1.2 电压法窃电
电压法窃电是通过改变表计电压回路正常接线方式造成电压回路故障从而进行窃电，这包括对表计电压回路外接开关，断开电压回路，或者串联电阻，减小计量电压等方式；在有电压互感器的表计中对电压互感器进行电流法窃电的形同操作进行窃电。
1.3 改变表计的结构和接线方式窃电[2]
这种窃电具有如下几种：①在计度器上做文章，改变表计时间常数，或使计度器不显示，损坏其机械传动部分；②改变永久磁铁位置，使磁铁与铝盘间隙变小，表计走慢；③改变表计电流线圈匝数；④改变表计电压与电流相序接线，即相序错接线[4]。
1.4 外加磁场法窃电
该窃电方法是针对部分表计（带步进电机计数器）内部计数器工作原理与磁场相关[4]，通过外加磁场改变磁场方向使得计数器反转而窃电。
3 智能电能表防窃电技术分析
3.1 基于自动抄表系统的智能电能表防窃电技术
随着智能电网的推广，在智能电能表大量应用的同时，用电信息采集系统作为智能计量工作中的必要组成部分也得到大力建设。用电信息采集系统的基本功能是实现对用户用电信息的远程自动采集，实现电能表测量数据和运行工况与监测系统的交互，具体体现则是自动抄表系统。
在国家电网公司集中招标投入使用的智能电能表中，都有一个实现自动抄表功能的通讯模块，即载波芯片模块。
自动抄表系统可实现用户侧数据的实时采集，这包括电能数据、电压、电流、相位数据，利用这些数据建立用户基本用电数据库，将数据库与实时监测数据对比，可对异常用电进行报警，从而达到防窃电的目的。
3.2 智能电能表封印防伪防窃电技术
针对开启电能表表盖，改变接线方式或者电能表结构的窃电方式，智能电能表采用了防伪封印的后动防窃电方式。通過对智能电能表表盖封印进行防伪智能处理，可以有效发现开盖窃电，替换相似封印的窃电行为，并进行事后惩处。
3.3 基于智能电能表加密系统的防窃电技术
国家电网公司在近期推广应用阶梯电价的供电方案，针对不同时段电量进行区别收费。部分用户利用该特点，使用电能表编程器对在不改变总电量的情况下更改电能表内部存储电量的分布，即不同时段电量的分布，增加低价收费时段用电量，从而达到间接窃电的目的。
对于上述情况，现有大量使用的智能电能表都具有ESAM数据安全模块，在电能表投入安装使用前，各计量中心可利用编程加密系统对电能表设置及存储进行加密处理，避免不法分子更改电能表设置及数据分布进行窃电。
3.4 基于智能电能表计量芯片设计的防窃电技术
实现智能电能表防窃电最根本的方式是研制具有防窃电功能的智能电能表。随着电力窃电行为的大量出现，防窃电电能表的研制工作也大力开展起来。防窃电智能电能表主要是从其计量芯片出发，对防窃电行为进行有效监测。
具有防窃电功能的计量芯片，一般在其信号采集输入接口处对电压、电流信号分别有两个通道，一通道是采集计量电压、电流信号，另一通道是采集电力电压、电流信号[5]，见图3。
图3 防窃电计量芯片信号输入
Fig 3 The signal inputting of preventing electricity-stolen measurement chip
计量芯片通过比较器，选择较大的量作为输入信号进行计量，这就避免了用户采用短接或者截流的窃电方式，同时在设计中，当同一信号的两输入通道数据差距超过标定数值，则电表发出报警，有效的遏制了窃电行为。
4 结语
防窃电工作是电力工作人员必须长期坚持的一项工作，随着智能电能表的推广以及防窃电技术的发展，防窃电工作得到了有效的开展；但在进行技术防窃电的同时，也应开展合法用电教育，提高用户合法用电意识，实现从技术和教育全方位的防窃电。
参考文献
[1] 颜涛.窃电方法及防窃电措施的分析[J].科技向导,2010,36:252-255.
[2] 郭立才,彭志炜,范强.电能计量及反窃电方法综述[J].高压电器,2010,46(5):86-91.
[3] 杨体.对电能表防窃电的分析[J].电力自动化设备,2002,22(3).
[4] 韩松林.三相电度表的错误节点及其对电能计量的影响[J].电测与仪表,1999(1):15-19.
[5] 邵强,李丹,刘晓湘.单相电能表防窃电原理的研究及应用[J].电测与仪表,2009,46(06):59-62.
作者简介：刘颖 男 出生：1988.08.12单位：岳池县住房和城乡规划建设局城市亮化工程管理所职员