專利名稱：電力防盜電監(jiān)測記錄系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用電監(jiān)測領(lǐng)域隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，盜電給國家造成越來越大的經(jīng)濟損失。據(jù)調(diào)查，很多地方被盜電量大多超過總電量的10％，這樣大的損失就促使我們盡快找出解決辦法。
目前，防竊電產(chǎn)品有很多，但問題并不能被全面地解決。在常見竊電方法中，只要有一項常用且簡單的方法不能防范，就算其他方法都防范得非常好，也是沒用的產(chǎn)品。本人在申請此專利前做了一些調(diào)查得知，常用的盜電方法有以下幾種1、電流互感器二次線開路。用此方法使電表缺少電流相從而少計。2、電流互感器二次線倒頭。用此方法可使電表反轉(zhuǎn)或慢轉(zhuǎn)。3、電流互感器二次線接入倒表器。此方法可使電表快速反轉(zhuǎn)，大量竊電。4、電流互感器一次線跨接。此方法最為簡單易行，可快速恢復(fù)現(xiàn)場，不易被發(fā)現(xiàn)，對其防范有很大難度。調(diào)查現(xiàn)有產(chǎn)品時，供電部門反映，目前尚無很好的方法防盜電，現(xiàn)有產(chǎn)品大多擺脫不掉傳統(tǒng)技術(shù)和觀念，傳統(tǒng)技術(shù)和觀念不能很好地解決如跨接這類難題，尤其在三相線路用電不平衡時體現(xiàn)出的缺陷更為明顯?，F(xiàn)在大量使用的止逆型電表，它可以防止電表反轉(zhuǎn)，但日前報道已有方法可以在用電時使其不轉(zhuǎn)或慢轉(zhuǎn)。其它產(chǎn)品也不很理想，原因就是這類產(chǎn)品的適用范圍存在很大局限。
本發(fā)明目的是擺脫傳統(tǒng)技術(shù)束縛、打破局限，全面解決以上的竊電方法。
為達到本發(fā)明目的，電路采用新思路，實現(xiàn)三相電互不相關(guān)監(jiān)測，使三相電用電平衡問題變的無關(guān)緊要，從而使其他產(chǎn)品所視為難于甚至無法解決的問題迎刃而解。本發(fā)明功能齊全、適用范圍寬、可靠性高，它由用電監(jiān)測記錄控制器、手持控制器兩個模塊組成。各模塊應(yīng)完成的功能如下1、用電監(jiān)測記錄控制器將此計錄器安裝在用電戶表箱內(nèi)，當用電戶采用以上手段竊電時，它會自動記錄何時開始、使用什么方法竊電、何時結(jié)束。以及上一次是誰在什么時候清理的記錄器中的內(nèi)容、用戶本次清查時竊電多少次、自從裝機至今共竊電多少次。還可以根據(jù)設(shè)定，在發(fā)現(xiàn)用電戶有竊電行為時，可以將其電源自動切斷。2、手持控制器手持控制器通過RS-232口與用電監(jiān)測記錄控制器建立聯(lián)系。使用它可讀出和修改記錄器中的時間、讀出和清理記錄器中的竊電記錄和其他重要數(shù)據(jù)。下面結(jié)合


實現(xiàn)發(fā)明的具體技術(shù)方案圖一為總體技術(shù)解決方案方框圖。
圖二虛線框內(nèi)是用電監(jiān)測記錄控制器的方框圖。
圖三是手持控制器的方框圖。
圖四是用電監(jiān)測記錄控制器電原理圖。
圖五手持控制器的電原理圖。
1、總體技術(shù)解決方案作為防竊電設(shè)備，它應(yīng)具有以下防范功能防互感器二次線反接、短路、斷路、使用倒表器；防互感器一次線跨接；防計量設(shè)備三條電壓線中缺相。圖一所描述的是本發(fā)明和現(xiàn)存設(shè)備的連接關(guān)系。由圖可以看出用電監(jiān)測記錄控制器的電流檢測是通過檢測互感器二次線電流實現(xiàn)的。電壓檢測是直接檢測A、B、C三條相電壓線實現(xiàn)的。在用電監(jiān)測記錄控制器檢測到用戶竊電時可以自動控制空氣開關(guān)切斷供電。當用電監(jiān)測記錄控制器顯示有竊電記錄時，監(jiān)查員可用手持機通過RS-232接口讀取其中記錄，并可以通過手持機對用電監(jiān)測記錄控制器中的時鐘時間進行修改和刪除其中竊電記錄。2、總體技術(shù)解決方案中用電監(jiān)測記錄控制器的技術(shù)解決方案圖二虛線框內(nèi)所描述的是用電監(jiān)測記錄控制器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)。二次線電流互感器將感應(yīng)電流傳送給電流采樣電路后，供給單片機A/D轉(zhuǎn)換器進行電流采樣，正?；ジ衅鞫尉€電流采樣范圍為0～5安培。當互感器一次線超負荷時二次電流將會大于5安培，此時單片機控制電子開關(guān)逐相檢測并記錄各相實際電流，由于分壓電阻R47的作用，此時的二次電流采樣范圍為0～10安培。由此檢測結(jié)果可知過載程度，如果過載達到損壞變壓器的程度，但變壓器并沒有損壞，并且有互感器二次線反相的竊電記錄，則可說明用電戶使用了倒表器竊電。如果有互感器二次線反相的竊電記錄，但電流并無過載記錄，則說明用電戶僅是采用互感器二次線反接的方法竊電。加載電路是本設(shè)備最重要的核心電路，也是本人與其他防竊電器設(shè)計者觀點上的最大區(qū)別。利用此電路可以方便、可靠的測試出有無跨接竊電，其原理是這樣的例如我們要檢測A相有無跨接時進行如下步驟1、測量A相電流I1。2、在A相上加入一固定負載R。3、再次測量A相電流I2。4、通過單片機A/D轉(zhuǎn)換器進行電壓采樣，測量A相電壓U。5、通過U與R計算出由負載上產(chǎn)生的電流增量I3。6、計算I2減I1是否等于I3，如果相等則無跨接，否則有跨接。此方法經(jīng)實踐證實非常有效。由于采用了此方法從而達到了三相電互不相關(guān)分離檢測，較好的解決了三相電因用電不平衡給測量分析帶來的困難。單片機對加載電路的控制是通過光電隔離可控硅實現(xiàn)的，另外加載電路還能協(xié)助我們準確測量用電戶是否采用切斷互感器二次線的方法竊電。例如當我們測量A相互感器二次線電流為零時并不能斷定互感器二次線被切斷，因為用電戶可能沒有用電。此時在A相上加入固定負載我們就應(yīng)在互感器二次線上測量到電流，如果能測量到電流說明互感器二次線沒有切斷，反之已被切斷。圖中時鐘電路為系統(tǒng)提供時間，包括年、月、日、時、分、秒。串行接口是帶有正負15千伏人體靜電保護的串行232接口電路，它負責(zé)與手持機通信。圖中的存儲器用于存儲竊電記錄。為了使設(shè)備穩(wěn)定可靠的工作不受電網(wǎng)瞬間斷電影響，供電部分采用了特殊電路，采用三相供電方式，即使三相電源中任意一相或兩相斷電也不會影響設(shè)備的正常工作，三相電源經(jīng)變壓、整流、濾波后產(chǎn)生正負電壓，負電壓經(jīng)負9V穩(wěn)壓器后直接供出負9V，正電壓經(jīng)延遲供電電路供給正9V穩(wěn)壓器，再分成兩路，一路直接供出正9V，另一路通過正5V穩(wěn)壓器供出正5V，因為5V電源供給單片機，為保證單片機重復(fù)上電時可靠復(fù)位，在系統(tǒng)掉電后通過泄放電路將殘余電量迅速放掉。3、總體技術(shù)解決方案中手持控制器的技術(shù)解決方案圖三所描述的是手持控制器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，鍵盤用于輸入指令和數(shù)據(jù)，它由0～9、*、#和功能鍵“清屏”、“退格”、“設(shè)置”、“確認”組成。顯示屏選用液晶顯示器來顯示數(shù)據(jù)，存儲器用于存儲從監(jiān)測記錄控制器讀來的竊電記錄，串行接口是帶有正負15千伏人體靜電保護的串行232接口電路，它用來與用電監(jiān)測記錄控制器通信。手持控制器采用開關(guān)電源，將3V電池電源轉(zhuǎn)換成5V電源。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明一、用電監(jiān)測記錄控制器圖二描述的是這部分電路結(jié)構(gòu)，圖四描述的是電路原理。由圖二可知，用電監(jiān)測記錄控制器由單片機、電流采樣電路、電壓采樣電路、電子開關(guān)、加載電路、隔離控制器、時鐘電路、串行接口、存儲器、基準電壓源及復(fù)位電路和電源電路組成。下面結(jié)合原理圖逐塊說明電路組成。單片機選用PIC16C74A，它共有33個I/O控制口，其中包括8個A/D轉(zhuǎn)換口供我們使用，8個A/D轉(zhuǎn)換口是這樣安排的AN0～AN2、AN4用于電流檢測，AN3讀取基準電壓，AN5～AN7用于電壓檢測，A/D轉(zhuǎn)換器采樣電壓最高值為5V。其余I/O口全部作為控制口使用。電流采樣電路由L1、L2、L3、D5～D10、R3、R4、R5、R1、R6、R7及U7組成，L1、L2、L3為X5互感器的二次線電流檢測互感器，D5～D10為保護電路，U7為電流電壓轉(zhuǎn)換電路，它將二次線互感器采樣到的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號(采樣到的電流mA數(shù)即是電壓mV數(shù))供給單片機A/D采樣。方框圖中電壓采樣電路由R13～R18、R12、R45、R46及U15A～C組成。三相電分別經(jīng)R13～R18分壓得到峰值在5V以下的交流電壓，然后經(jīng)U15的緩沖驅(qū)動供給單片機A/D采樣。圖四中D1～D3、D21～D24為負半周檢波電路，因為電流采樣電路及電壓采樣電路的運放U7和U15輸出均為交流信號，而A/D轉(zhuǎn)換器只能利用其正半周，如不消除其負半周，則會影響A/D轉(zhuǎn)換器的精度。電子開關(guān)用于擴大電流測量范圍，它由U6(4066雙向模擬開關(guān))、U15D、R48～R50來完成，4066在單片機的控制下分別采樣A、B、C三相電流，由于R47與R4、R5、R7的分壓作用，運放U15D正相輸入端電壓為運放U7輸出電壓的一半，故當U15D輸出0～5V時，其對應(yīng)的測量電流為0～10A，較不經(jīng)電子開關(guān)的測量增大了一倍。R48～R50為U6(4066雙向模擬開關(guān))控制端的下拉電阻，用以增加電路的穩(wěn)定性。加載電路和隔離控制器由R2、R39、R42、C23～C28，L4、L5、L6、Q1、Q7、Q8、U16、U17、U18、R37、R38、R40、R41、R43、R44組成。其中R2、R39、R42為保險電阻，用于過流保護。電容C23～C28，電感L4、L5、L6組成濾波器防止外界干擾使可控硅誤動作，也防止可控硅動作時干擾其它用電器。另外L4、L5、L6還是一個大功率固定負載，它不是用一般漆包線繞制，而是用康銅絲繞制，這樣便一舉兩得，可以大大節(jié)約儀器空間，其阻值根據(jù)需要而定。Q1、Q7、Q8、U16、U17、U18、R37、R38、R40、R41、R43、R44組成標準可控硅開關(guān)電路，其原理不再贅述。加載控制由單片機的RC0～RC2腳完成。時鐘電路由DS12887A、R31、R32、R36、C19組成，為系統(tǒng)提供時間，包括年、月、日、時、分、秒。DS12887A內(nèi)部有鋰電池，可以在長時間掉電情況下保證時鐘正確及內(nèi)部數(shù)據(jù)不丟失。R31、C19為芯片上電復(fù)位電路，R32、R36為上拉電阻，保證電路穩(wěn)定工作。串行接口U9是帶有正負15千伏人體靜電保護的串行232接口電路MAX202E，它負責(zé)與手持控制器通信。在MAX202E周圍的四個電容是為芯片泵電源提供的，它們與MAX202E組成標準應(yīng)用電路。此標準電路由MAXIM公司提供。R29、R30是兩只下拉電阻，保證電路穩(wěn)定工作。JP1是串行接口連接器插座。存儲器電路選用24LC04B(或更大容量)，它是串行EEPROM芯片，可擦寫100萬次。使用它可以連續(xù)存放40條竊電記錄。R10、R11為上拉電阻，保證電路穩(wěn)定工作。電源電路從框圖上可以看到，它包括以下部分變壓整流電路、負9V電壓穩(wěn)壓電路、正電源延時供電電路、正9V電壓穩(wěn)壓電路、正5V電壓穩(wěn)壓電路、電量泄放電路。由圖四知，電源變壓器采用三只單相變壓器，當然也可以采用三相變壓器。這樣即使在兩條電壓線失電的情況下仍然能正常工作，并且可記錄掉電情況。降壓后的交流電經(jīng)過整流器后，形成正負電壓，負電壓濾波后經(jīng)LM7909穩(wěn)壓輸出僅供運放使用。正電源延時供電電路由D19、R19、R34、Q3～Q6、R20～R23、D17、C10、C11、U13組成。其中U13為NE555，正壓超過D19穩(wěn)壓值時Q3導(dǎo)通Q4截止，R21開始給C10充電，在10秒充電時間內(nèi)U13的2、6腳電壓低于正電源的2/3，所以U13的3腳輸出高電平，使Q6處于截止狀態(tài)，Q5也處于截止狀態(tài)，這時電路不向外供電。10秒后U13的2、6腳電壓充到大于正電源的2/3時U13的3腳輸出低電平，使Q6處于導(dǎo)通狀態(tài)，Q5也處于導(dǎo)通狀態(tài)，這時電路開始向設(shè)備供電。正電源輸出經(jīng)LM7809穩(wěn)壓后分為兩路，一路直接輸出供運放及U6(4066雙向模擬開關(guān))使用，另一路經(jīng)LM7805穩(wěn)成5V后供單片機及其它電路使用。原理圖中電源部分的R24、R26為殘余電量泄放電路，它在系統(tǒng)掉電時可迅速將電量放掉，以使單片機能夠可靠復(fù)位。基準電壓源D4供給A/D轉(zhuǎn)換器使用，它的精度直接影響測量準確度，我們選用LM236作為基準，其基準值為5V。復(fù)位電路U14選用MAX809L，它能以極快的反應(yīng)速度在系統(tǒng)瞬間掉電時使系統(tǒng)復(fù)位，從而保障系統(tǒng)可靠運行。二、手持控制器圖三描述的是手持控制器電路結(jié)構(gòu)。圖五描述的是手持控制器的電路原理。由圖三可知，手持控制器是由單片機、鍵盤、顯示屏、串行口、存儲器、電源電路、用電監(jiān)測記錄控制器復(fù)位控制電路及蜂鳴器電路組成。下面結(jié)合原理圖逐塊說明電路的組成。單片機選用PIC16C74A，它共有33個I/O控制口。鍵盤JP1選用4*4陣列鍵盤，由單片機的RD口進行讀鍵盤操作，R11～R13為上拉電阻，保證在無鍵按下時RD0～RD3保持高電平。顯示屏選用TX-1602液晶顯示器它可以顯示16*2個字符。R7、R8用以確定顯示屏亮度。存儲器電路U1選用24LC04B(或更大容量)，它是串行EEPROM芯片，可擦寫100萬次。使用它可以連續(xù)存放由用電監(jiān)測記錄控制器讀來的40條竊電記錄。R1、R2為上拉電阻，保證電路穩(wěn)定工作。串行接口U7選用MAX202E，它是帶有正負15千伏人體靜電保護的串行232接口電路，它負責(zé)與用電監(jiān)測記錄控制器通信。MAX202E周圍的四個電容是為芯片泵電源提供的，它們與MAX202E組成標準應(yīng)用電路。此標準電路由MAXIM公司提供。JP2是串行接口連接器插座。電源電路采用開關(guān)電源電路MAX1771，整個電源電路是MAXIM公司提供的典型應(yīng)用電路。它可以在2V輸入電壓時輸出5V穩(wěn)定的電壓，這對于我們使用3V電池供電是很有好處的。電源開關(guān)選用雙刀雙擲開關(guān)，當電源關(guān)閉時電容上的殘余電量通過電阻R6迅速放掉。在手持控制器與用電監(jiān)測記錄控制器連接時，Q1用于控制用電監(jiān)測記錄控制器的復(fù)位，當單片機RE0腳輸出高電平時，Q1導(dǎo)通，使RST為低電平，從而控制用電監(jiān)測記錄控制器的Q3截止、Q4導(dǎo)通、放掉C10的電量，使NE555的3腳輸出高電平，控制Q6、Q5截止，切斷向單片機的供電，并在斷電10秒鐘后自動上電復(fù)位。蜂鳴器電路由蜂鳴器LS1、Q2、R9組成，它用不同的聲音提示操作錯誤和工作完畢。
在圖四實施例中，電阻R3、R4、R5、R6、R7、R47、R1選擇1K精度為1％的精密電阻，R13、R17、R15選擇470K精度為1％的精密電阻，R14、R16、R18選擇6.8K精度為1％的精密電阻，C10選擇10微法膽電容，所有芯片均要選擇工業(yè)級或軍工級產(chǎn)品，Q1、Q7、Q8可控硅選擇41A/800V雙向可控硅，U16、U17、U18、U19選用600V耐壓的光電可控硅，D1、D2、D3、D21、D22、D23、D24選擇1N5817肖特基二級管。因L4、L5、L6起著電感、固定電阻兩種作用，所以采用康銅絲繞制，根據(jù)需要確定其阻值，例如一次線使用150∶5的互感器，其阻值可定為20歐姆，當然也可以根據(jù)需要選擇更適合的阻值?？点~絲直徑也要根據(jù)需要而定。其短時間內(nèi)所承受的功率，應(yīng)視使用的互感器規(guī)格確定在1000～5000W之間。其余元件無特別要求。
權(quán)利要求
1.電力防盜電監(jiān)測記錄系統(tǒng)總體特征是由用電監(jiān)測記錄控制器和手持控制器兩部分組成，其中用電監(jiān)測記錄控制器的特征是它由電流和電壓采樣電路、加載控制電路和加載電路、數(shù)據(jù)存儲電路、時鐘電路、串行口、電源電路組成，它的實施方案是采用三相電互不相關(guān)檢測方式，通過對電壓的檢測分析確定用電戶是否正在用切斷計量設(shè)備電壓線的方法竊電；通過對各相電流和電壓的檢測分析確定用電戶是否正在使用互感器二次線反接或使用倒表器竊電；通過加載電路加載后對電流和電壓的檢測分析確定用電戶是否正在實施互感器一次線跨接及互感器二次線斷路、短路，如果發(fā)現(xiàn)用電戶正在竊電，用電監(jiān)測記錄控制器會自動記錄下竊電起始時間、終止時間、竊電方式以及當時的各相用電電流，如供電系統(tǒng)工作人員需要這些數(shù)據(jù)，它可以通過串行口將數(shù)據(jù)傳給手持控制器，工作人員認為不再需要這些數(shù)據(jù)時，可以用手持控制器將竊電記錄清除，同時用電監(jiān)測記錄控制器會自動記錄工作人員手持控制器的編號及清除記錄的時間，并將本次竊電次數(shù)合計到累計竊電次數(shù)中，以備供電系統(tǒng)考核工作人員時使用，手持控制器的特征是它由鍵盤、液晶顯示器、存儲器、數(shù)據(jù)存儲電路、串行口、電源電路組成，它的實施方案是用串行線將用電監(jiān)測記錄控制器和手持控制器連接后，由鍵盤輸入指令，通過指令可以提取用電監(jiān)測記錄控制器內(nèi)的時間、正在進行的竊電行為、存儲器中的竊電記錄，上一次清理用電監(jiān)測記錄控制器內(nèi)記錄的時間和手持機的編號、自裝機之日起至今用電戶共竊電次數(shù)，讀取的竊電記錄將存儲于手持機的內(nèi)存中，脫離用電監(jiān)測記錄控制器后仍然可以翻閱，直到下一次讀取用電監(jiān)測記錄控制器時才會被新的數(shù)據(jù)刷新。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述用電監(jiān)測記錄控制器的加載控制電路和加載電路功能，其特征是采用增加固定負載的方法使電源電流上升一定量，然后再根據(jù)上升值確定有無互感器一次線跨接、互感器二次線短路、斷路的盜電行為。這部分電路由濾波器、固定負載、可控硅開關(guān)、光控可控硅組成，其中濾波電感和定量負載采用特殊思路進行了合二為一，方法是用康銅絲繞制電感，這樣做可以在不影響正常功能的情況下大大減小體積，當然如不受體積限制它們也可以不結(jié)合在一起而分別制作，加載控制電路和加載電路工作過程的特征是先測量被測相的電流I1，再通過控制可控硅光耦觸發(fā)可控硅電子開關(guān)將一定量負載R加載到電源線上，從而增加在電源線上的電流，此電流通過X5互感器后在互感器的二次線上也將產(chǎn)生電流，這樣用電監(jiān)測記錄控制器接在互感器二次線上的互感器將采樣到的電流I2送到電流電壓轉(zhuǎn)換器，將其轉(zhuǎn)換為電壓信號后，再經(jīng)單片機的A/D轉(zhuǎn)換器就可以計算出當前互感器的一次線上的實際電流，然后再用單片機A/D轉(zhuǎn)換器測量該相電壓值U，通過U與R計算在U電壓下R負載應(yīng)產(chǎn)生的電流增加值I3，計算I2減I1的值，如果此時沒有跨接和互感器的二次線短路、斷路的情況，此值應(yīng)該等于I3，如果此值小于I3并大于零則有跨接或互感器二次線短路，如等于零則互感器二次線斷路。
全文摘要
由①用電監(jiān)測記錄控制器②手持控制器組成。將①安裝在用電戶表箱內(nèi),隨時監(jiān)測用電戶有無互感器一次線跨接,二次線反接、短路、斷路、接入倒表器,有無缺少計量儀表使用的電壓相等,如有竊電現(xiàn)象可自動記錄開始時間、結(jié)束時間、竊電方法,并計算本次竊電次數(shù)和累計竊電次數(shù)。用②可以讀出和刪除①中的記錄內(nèi)容,修改①中的時間。
文檔編號G01R11/00GK1187624SQ9810001
公開日1998年7月15日 申請日期1998年1月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月12日
發(fā)明者張昊 申請人:張昊