專利名稱：一種用電監(jiān)測終端的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力技術領域，尤其涉及一種用電監(jiān)測終端。
背景技術：
線損分成統(tǒng)計線損與理論線損，統(tǒng)計線損減去理論線損等于管理線損，在 實際線路中，管理線損居高不下，給供電企業(yè)帶來巨大的經濟損失，其中竊電、 計量故障與錯誤等現象，是造成管理線損居高不下的主要原因。
目前對竊電現象的防與反都是站在裝置的角度，對計量故障與接線錯誤發(fā) 現與解決也是站在裝置角度，從局部出發(fā)，沒有站在整個系統(tǒng)的角度來解決以 上問題。
站在裝置的角度，解決竊電、計量故障與接線錯誤等現象，由于線路上用
電戶眾多，尤其在10KV配電網上，帶來了大量的排査工作，并影響了用戶的 正常工作。
站在裝置的角度，解決竊電問題，目前發(fā)明了多個防(反)竊電裝置并獲 得國家專利，各供電公司普遍采用計量專用鎖、鉛封、引線套管、防倒電的電 能表等辦法，但這些辦法都如同警察與小偷，發(fā)現了偷的招數后，想辦法堵住， 所以，通常稱為"防竊電措施"，在實踐中發(fā)揮了一定的作用。但是，這種見 招拆招， 一則滯后，二則竊電招數不斷翻新，要求防的招數不斷跟進，導致防 不勝防。例如繞過表計，私搭變壓器、內外勾連的竊電行為，現有的辦法與措 施無法發(fā)現并解決。
站在裝置的角度，針對錯誤接線，有專著發(fā)表，給出了數百例錯誤接線形 式。對于査找已在運行的接線錯誤，可以使用相位差表，但是，利用它發(fā)現接 線錯誤比較復雜，尤其是就地無功補償器工作不正常時更加困難(功率因數角 正負不定)，當然最難辦的是不知道哪戶接線有問題。對于表計內部和CT變 比問題的發(fā)現，因為其更加隱蔽，査找起來將更加困難。
中國專利"電力線路線損實時監(jiān)測分析方法"(專利號02109483.7)雖然站在系統(tǒng)的角度在一定程度上解決現有的問題，但存在以下缺陷需要對單個 終端進行計量分析，對于線路上用戶較多的情況，效率較低。

發(fā)明內容
為了解決上述的技術問題，提供了一種用電監(jiān)測終端，其目的在于，解決 竊電、計量故障并及時發(fā)現接線錯誤的問題，最終消滅管理線損。
本發(fā)明提供了一種用電監(jiān)測終端，該用電監(jiān)測終端用于獲取電壓凍結數 據、電流凍結數據、以及功率凍結數據，并將電壓凍結數據、電流凍結數據、 有功功率凍結數據、無功功率的有效值凍結數據、基波值凍結數據、以及諧波 值凍結數據發(fā)送至主站。
用電監(jiān)測終端包括互感器、模數轉換器、以及數據處理器；
互感器，用于將電壓模擬量和電流模擬量轉換為電壓模擬信號和電流模擬 信號；
模數轉換器，用于將電壓模擬信號和電流模擬信號轉換為電壓數字信號和 電流數字信號；
數據處理器，用于將電壓數字信號和電流數字信號經過數據處理器分析與 計算得到電壓、電流、有功功率、無功功率的有效值、基波值、以及諧波值； 將得到電壓、電流、有功功率、無功功率的有效值、基波值、以及諧波值打上 時間標記，得到電壓凍結數據、電流凍結數據、有功功率凍結數據、無功功率 的有效值凍結數據、基波值凍結數據、以及諧波值凍結數據。
用電監(jiān)測終端包括電力計量芯片和數據處理器；
電力計量芯片，用于將電壓模擬量和電流模擬量得到電壓、電流、有功功 率、無功功率的有效值、基波值、以及諧波值；
數據處理器，用于將得到電壓、電流、有功功率、無功功率的有效值、基 波值、以及諧波值打上時間標記，得到電壓凍結數據、電流凍結數據、有功功 率凍結數據、無功功率的有效值凍結數據、基波值凍結數據、以及諧波值凍結 數據。
用電監(jiān)測終端工作在-40° C以上的環(huán)境中。
用電監(jiān)測終端使用電路交換數據的通信方式進行對時，保證對時誤差在 100mS內。用電監(jiān)測終端包含SIM卡和溫控電路；溫控電路包括加熱模塊以及在SIM 附近的溫度傳感器；
溫度傳感器，用于測量SIM卡周圍的環(huán)境溫度； 加熱模塊，用于為SIM卡環(huán)境加熱；
溫控電路和SIM卡均位于密閉的塑料殼體內，以使SIM卡周圍的環(huán)境溫
度不低于設定的溫度值。
溫度傳感器為AD7416AR;溫度傳感器的輸出信號控制加熱模塊開啟或者關閉。
加熱模塊中二極管接收溫度傳感器的輸出信號；二極管的陰極與NPN 型晶體三極管的基極連接，NPN型晶體三極管的發(fā)射極接地，NPN型晶體三 極管的集電極與第一電阻的一端連接，第一電阻的另一端分別與第二電阻的一 端和第三電阻的一端連接，第二電阻的另一端接電源，P溝道HEXFET功率 開關管的第二管腳連接該電源，第三電阻的另一端與P溝道HEXFET功率開 關管的第一管腳連接，加熱電阻的一端與P溝道HEXFET功率開關管的第三 管腳連接，加熱電阻的另一端接地。
加熱電阻位于溫度傳感器的對側。
加熱電阻并聯一發(fā)光二極管。
用電監(jiān)測終端設置于供電處和用電戶處，供電處的功率等于所有用電戶的 功率之和。
本發(fā)明從系統(tǒng)的角度，為竊電、計量故障與接線錯誤的發(fā)現與解決提供了 新的途徑，極大的提高了工作效率，降低了工作難度。本發(fā)明能同時解決線損 統(tǒng)計分析、竊電、計量故障與接線錯誤發(fā)現的問題，達到最終消滅管理線損的 目標。


圖1是本發(fā)明提供的用電監(jiān)測系統(tǒng)結構圖2a是現有的用電監(jiān)測終端結構圖2b是本發(fā)明提供的用電監(jiān)測終端結構圖2c是本發(fā)明提供的溫控部分典型結構框圖2d是本發(fā)明提供的溫控電路結構圖3是本發(fā)明提供的節(jié)點分布圖；圖4a和圖4b是ZJK市榆林站568線的測試效果圖； 圖5a-圖5c是BT市青山933線的測試效果圖。
具體實施例方式
本發(fā)明基于面保護原理、功率疊加原理和功率平衡原理，提出了判定可疑 用電戶的方法，能夠準確給出可疑用電位置、可疑用電量及其隨時間的變化規(guī) 律，不受可疑用電戶數量、手段和方法的影響。
根據本發(fā)明提供的判定方法，構建了用電監(jiān)測系統(tǒng)，能自動判定可疑用電 戶們及其可疑用電量、可疑用電功率隨時間的變化曲線，而與竊電手段、方法 方式無關。此外系統(tǒng)還能夠實現線損在線實時監(jiān)視，實時給出了統(tǒng)計線損、理 論線損和管理線損，線損超限報警，虛增線損排隊，反映出高損線路，指出了 檢査重點。
根據本發(fā)明提供的判定方法，對現有的用電終端進行了技術改造，形成新 的用電監(jiān)測終端。
如圖1所示，用電監(jiān)測系統(tǒng)由三部分組成，包括主站系統(tǒng)101、通信網
絡102、用電監(jiān)測終端103。
用電監(jiān)測終端(簡稱終端)103:實現電能量采集與監(jiān)測的終端有許多種，
其典型結構框圖如圖2所示。
電能量采集與監(jiān)測終端最終輸出功率、電壓、電流的有效值、諧波值、凍 結電能量；包括數據處理與控制部分、通訊部分、現場交流采集部分(可選)、 現場電能表數據采集部分、電源部分、顯示部分、時鐘部分等。
實現此類終端的技術方案有多種，例如用電現場服務終端設備(專利號 200520080414.6)，無線遠程用電信息處理終端(專利號200720178994.1)等 等。
本發(fā)明的用電監(jiān)測終端對現有電能量采集與監(jiān)測終端進行了改進，用電監(jiān) 測終端能夠輸出定時凍結數據(凍結數據包含當前時刻及當前時刻所采集數據 的對應關系)，數據項目內容包括電壓、電流、有功功率、無功功率的有效值、 基波值、諧波值。其典型結構框圖如圖2.b所示。
改動部分包括交流模擬量采樣部分、時鐘部分、溫控部分，其中交流模擬 量采樣部分、時鐘部分的改動是為了終端輸出正確的凍結數據，溫控部分的改 造是為了提高裝置的環(huán)境溫度適應能力，下面給出各部分建議的實現方案。交流模擬量采樣部分實現
方案(一)將電壓、電流模擬量輸入互感器轉換為模擬信號、模擬信號
經過高速模數轉換器(6通道，16位AD)轉換為數字信號，數字信號(電壓、 電流)經過高速數據處理器(DSP)分析與計算得到電壓、電流、有功功率、 無功功率的有效值、基波值、諧波值。
方案(二)選用能輸出電壓、電流、有功功率、無功功率的有效值、基
波值、諧波值的電力計量芯片。
最后將以上數據輸入給主數據處理器，主數據處理器給數據打時間標記， 形成凍結數據。
時鐘部分選用支持I2C接口的DS1307時鐘芯片和高精度表晶，并有低 溫漂可調電容，通過調整后的時鐘保證了每月最大2秒的誤差。當然也可以選 用其他的時鐘芯片，關鍵是時鐘的網絡對時問題，目前當終端采用無線公網與 主站通訊時，往往采用GPRS或CDMA或SMS方式進行對時，由于以上通訊 方式的不穩(wěn)定性，導致對時效果并不理想，為此本終端使用無線公網中穩(wěn)定可 靠的CSD (電路交換數據)通訊方式，完成對時功能，保證對時誤差在100mS 內。
溫控部分目前采用無線公網通訊的終端大部分工作溫度在-25° C以上， 在-40° C以上工作的終端，普遍采用內部整體補溫的方式，帶來的問題是終 端的功耗太大，而且不穩(wěn)定。
為此需要改進，第一步，選擇工作環(huán)境溫度在-40° C以上元氣件來生產 產品，第二步，對其中不滿足環(huán)境溫度要求的SIM卡與相關結構進行局部測 溫與補溫，從而利用極小的功耗，提高整個終端的環(huán)境溫度適應性。其典型結 構框圖如圖2c所示，在SIM卡的附近布置T(AD7416溫度傳感器)，測量SIM 卡周圍的環(huán)境溫度；在溫度傳感器的對側安裝加熱電阻器，為SIM卡環(huán)境加 熱升溫。SIM卡、測溫電路以及加熱電阻器布置在一個密閉的塑料殼體內。
圖2d為溫控電路結構圖。AD7416AR為帶有I2C接口的溫度傳感器，該傳 感器的DT1輸出為可編程溫度門檻的控制輸出。Q4 (C9014)是NPN型三極 管。Q5 (IRFU9220)是P溝道HEXFET功率開關管。當AD7416AR的DT1 輸出為高電平時，AD7416AR內部有兩個可編程溫度值TL， TH;當前溫 度低于TL時DT1輸出高電平，Q4導通，Q5的1腳和3腳間電壓為-10V，Q5的2腳和3腳間導通，24V電源啟動加熱器(D7亮指示正在加熱)；當溫 度高于TL時DT1輸出低電平，Q4截止，Q5的1腳和3腳間電壓為0V， 2 腳和3腳間截止，24V電源相對加熱器切斷，停止加熱(D7指示熄滅表示停 止加熱)。單片機只需在初始化的過程通過I2C總線將TL， TH設定到相應要 控制到的溫度值,AD7416AR可以將密閉殼體內溫度自動控制在設定范圍內。
通信網絡102:負責完成主站與終端之間的信息交換，可以選用無線公網、 無線專網、配電載波、光纖通信和有線通信等多種通訊模式。
主站系統(tǒng)101:由通訊模塊、數據庫模塊、分析計算模塊構成，通訊模塊 利用通訊網絡，收集各終端的凍結數據，并將數據通過主站內部通信網絡保存 到數據庫模塊；分析與計算模塊從數據庫模塊中提取供電處與用電戶處的凍結 數據(電壓、電流的有效值、基波、諧波的電壓有效值、電流有效值、有功功 率和無功功率)，按以下步驟進行自動計算，輸出結果
(1) 、使用程序自動統(tǒng)計線損率、計算理論線損率；
統(tǒng)計線損率=[(供電視在功率-所有用電戶視在功率之和)+供電視在功
率]X 100%;
利用凍結的有功功率、無功功率和線路參數、變壓器特性參數、按《DL/T 686-1999電力網電能損耗計算導則》中規(guī)定的等值電阻法方法計算理論線損 率。
(2) 、計算管理線損率，管理線損率=統(tǒng)計線損率-理論線損率；
(3) 、如果管理線損率大于閾值(例如0)，計算此段線上具體的可疑戶及 其可疑功率，輸出可疑功率隨時間變化的曲線，具體方法如下
3. 1估算各用電處功率，其估算方法為使用線路參數、變壓器特性參
數、封閉區(qū)域內所有終端同一時刻的凍結數據，利用非線性規(guī)劃，求解各用電 戶的視在功率。
3. 2計算各用電處可疑功率，其方法為
某用電戶的可疑功率等于其估算視在功率減去其凍結視在功率。 如果可疑功率大于單用戶功率誤差設定值，則此用電戶為可疑用電戶。
3. 3利用程序根據各用電處的可疑功率,輸出可疑功率隨時間變化的曲線， 協助用戶分析可疑用電規(guī)律與趨勢。
說明視在功率=SQRT (有功功率'2+無功功率^)。
9用電監(jiān)測終端103安裝分布如圖3所示，包括供電處(線段首端301)， 和所有的用電戶(公用變壓器303，專用變壓器304，線段終點302)。
監(jiān)測終端的分布要保證構成一個能量封閉的采集系統(tǒng)。
所謂能量封閉的釆集系統(tǒng)是指，在不考慮任何損耗的前提下
在供電處的功率等于所有用電處功率之和。 (供電處位于線路或線段的首端；用戶處是用電戶的PT、 CT計量側；如 果是線段，則需要在線段的終點加裝用電監(jiān)測終端，采集流出功率)
用電戶的計量回路在高壓側，稱為高壓計量；
用電戶的計量回路在低壓側，稱為低壓計量。
測試效果
ZJK市榆林站568線
該線路地處城鄉(xiāng)結合部，眾多小鐵廠、鋼廠，盡管與公安聯動拉網排查多 次，線損多年來仍然居高不下，無奈之下，將所有可能竊電的專用變全部改成 了墻外高壓計量，余下23個公用變?yōu)榈蛪河嬃?，線損仍然很高，是省網公司 的頭號高損線路。
線路情況
全線1個首端終端、26臺髙壓計量終端、23臺低壓計量終端，共計1套 主站、50臺終端。 反竊電分析結果
圖4a給出的是最大可疑戶XX機械廠的表計(用電)功率和可疑(竊電)功率 曲線，圖中可見，該戶表計功率通常0 200kW，報裝的變壓器是415kVA， 與以往數據相比，沒有任何用電異常現象；但是，反竊電計算的可疑功率最大 到1200kW，隨表計功率增減，表明它不僅竊電，而且是最大的可疑戶，竊電 辦法是電流回路分流。突擊檢查XX機械廠后，結果發(fā)現是兩相電流的計量回 路全部被金屬線短接，測得兩個回路的分流約是6倍的表計電流，算得竊電功 率1200kW。廠內安裝一巨大無名牌變壓器，經過特性測試，其容量是1600kVA。
圖4b給出了另一可疑戶XX煉鋼廠的表計功率和可疑功率曲線，可疑功 率與表計功率不相關，竊電發(fā)生在夜間和周末，表明其竊電既不是分流，也不是分壓，而可能是搭接變壓器。對XX煉鋼廠進行檢查后，發(fā)現該廠搭接變壓 器竊電。
在調試階段，利用反竊電功能，發(fā)現6處接線錯誤；線損下降到8%以內， 接近理論線損，年少損電費225萬元。
BT市青山933線 線路情況
該線路處在青山和九源兩個區(qū)的邊緣地帶，線路長、舌L，用戶多達148 戶，且不斷增長。為了保證封閉性，引入2臺高計，將兩個不斷增戶的分支畫 出圈外，余82用戶，其中5臺高計、77臺低計終端，1臺首端終端。十多年 來，線損居高不下。
反竊電分析結果
圖5a給出了反竊電分析結果的第一個可疑戶的功率曲線。XX鍛件廠盡 管已經為高計，報裝2臺250kVA的變壓器，但是，其每個周六的20時到周 一的8時仍然為第一大竊電戶，可疑功率達到500kW，平時斷斷續(xù)續(xù)竊電， 可疑功率與用電功率不相關，既不是分流，也不是分壓；平時表計功率達到 1200kW，而周末表計功率下降一多半，但是，與竊電功率相加后的用電功率 不是比平時低，反而高出約10%。突查可疑戶。XX鍛件廠在接線盒端子處形 成一相CT回路開路竊電，測得表計少計500kW;配變外殼和銘牌是250kVA， 特性測試容量為兩臺400kVA。追繳和罰款508萬元。
圖5b給出了反竊電分析結果的第二個可疑戶的功率曲線。XX水泥廠的 可疑功率比表計功率大，兩者無關聯，既不是分流，也不是分壓，更像搭接變 壓器。經查，XX水泥廠的旁邊又新開工了一家水泥廠，安裝250kVA變壓器 一臺和計量箱含電能表，但是未裝終端。通過讀取電能表記憶的負荷曲線，也 在圖5b中示出。對比竊電功率曲線與負荷曲線，可見，兩者非常接近，誤差 在5%之內。
圖5c給出了反竊電分析結果的第三個可疑戶的功率曲線。XXX廠從28 日16時開始竊電，表計功率為0，可疑功率與平時的表計功率相當，表明其 用電功率全部繞開了表計。
調試階段，利用系統(tǒng)的反竊電功能發(fā)現U處接線錯誤，有斷相、電流反向和相序反等錯誤，糾正后，線損由高損降到中損；線損降到9%之內，理論 線損為8.3 8.7%，而以往竊電月損電費約80萬元。
HD市西南郊站065線
線路情況
該線路地處市郊，線路短、用戶少，線損中。3個高計戶、ll個低計戶， 安裝1臺首端終端、3臺高計終端和11臺低計終端。 反竊電糾錯線與降損效果
在調試階段，通過反竊電計算，糾正3處計量回路接線錯誤，線損由中損 下降到5%理論線損， 一年增收69萬元。 HA縣563線
農電線路，55個用電戶，線損較低，通過反竊電，糾正3處接線錯誤， 線損下降到4%。
本領域的技術人員在不脫離權利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的條 件下，還可以對以上內容進行各種各樣的修改。因此本發(fā)明的范圍并不僅限于 以上的說
權利要求
1. 一種用電監(jiān)測終端，其特征在于，該用電監(jiān)測終端用于獲取電壓凍結數據、電流凍結數據、以及功率凍結數據，并將電壓凍結數據、電流凍結數據、有功功率凍結數據、無功功率的有效值凍結數據、基波值凍結數據、以及諧波值凍結數據發(fā)送至主站。
2. 如權利要求1所述的用電監(jiān)測終端，其特征在于，用電監(jiān)測終端包括 互感器、模數轉換器、以及數據處理器；互感器，用于將電壓模擬量和電流模擬量轉換為電壓模擬信號和電流模擬 信號；模數轉換器，用于將電壓模擬信號和電流模擬信號轉換為電壓數字信號和 電流數字信號；數據處理器，用于將電壓數字信號和電流數字信號經過數據處理器分析與 計算得到電壓、電流、有功功率、無功功率的有效值、基波值、以及諧波值； 將得到電壓、電流、有功功率、無功功率的有效值、基波值、以及諧波值打上 時間標記，得到電壓凍結數據、電流凍結數據、有功功率凍結數據、無功功率 的有效值凍結數據、基波值凍結數據、以及諧波值凍結數據。
3. 如權利要求1所述的用電監(jiān)測終端，其特征在于，用電監(jiān)測終端包括 電力計量芯片和數據處理器；電力計量芯片，用于將電壓模擬量和電流模擬量得到電壓、電流、有功功 率、無功功率的有效值、基波值、以及諧波值；數據處理器，用于將得到電壓、電流、有功功率、無功功率的有效值、基 波值、以及諧波值打上時間標記，得到電壓凍結數據、電流凍結數據、有功功 率凍結數據、無功功率的有效值凍結數據、基波值凍結數據、以及諧波值凍結 數據。
4. 如權利要求l所述的用電監(jiān)測終端，其特征在于，用電監(jiān)測終端工作 在-40° C以上的環(huán)境中。
5. 如權利要求l所述的用電監(jiān)測終端，其特征在于，用電監(jiān)測終端使用 電路交換數據的通信方式進行對時，保證對時誤差在100mS內。
6. 如權利要求1或4所述的用電監(jiān)測終端，其特征在于，用電監(jiān)測終端包含SIM卡和溫控電路;溫控電路包括加熱模塊以及在SIM附近的溫度傳感器; 溫度傳感器，用于測量SIM卡周圍的環(huán)境溫度； 加熱模塊，用于為SIM卡環(huán)境加熱；溫控電路和SIM卡均位于密閉的塑料殼體內，以使SIM卡周圍的環(huán)境溫度不低于設定的溫度值。
7. 如權利要求6所述的用電監(jiān)測終端，其特征在于，溫度傳感器為 AD7416AR;溫度傳感器的輸出信號控制加熱模塊開啟或者關閉。
8. 如權利要求6所述的用電監(jiān)測終端，其特征在于，加熱模塊中二極 管接收溫度傳感器的輸出信號；二極管的陰極與NPN型晶體三極管的基極連 接，NPN型晶體三極管的發(fā)射極接地，NPN型晶體三極管的集電極與第一電 阻的一端連接，第一電阻的另一端分別與第二電阻的一端和第三電阻的一端連 接，第二電阻的另一端接電源，P溝道HEXFET功率開關管的第二管腳連接 該電源，第三電阻的另一端與P溝道HEXFET功率開關管的第一管腳連接， 加熱電阻的一端與P溝道HEXFET功率開關管的第三管腳連接，加熱電阻的 另一端接地。
9. 如權利要求7所述的用電監(jiān)測終端，其特征在于，加熱電阻位于溫度 傳感器的對側。
10. 如權利要求7所述的用電監(jiān)測終端，其特征在于，加熱電阻并聯一發(fā) 光二極管。
11. 如權利要求l所述的用電監(jiān)測終端，其特征在于，用電監(jiān)測終端設置 于供電處和用電戶處，供電處的功率等于所有用電戶的功率之和。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用電監(jiān)測終端，該用電監(jiān)測終端用于獲取電壓凍結數據、電流凍結數據、以及功率凍結數據，并將電壓凍結數據、電流凍結數據、有功功率凍結數據、無功功率的有效值凍結數據、基波值凍結數據、以及諧波值凍結數據發(fā)送至主站。本發(fā)明從系統(tǒng)的角度，為竊電、計量故障與接線錯誤的發(fā)現與解決提供了新的途徑，同時能解決線損統(tǒng)計分析、竊電、計量故障與接線錯誤發(fā)現的問題。
文檔編號G01R31/00GK101477162SQ20091007647
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月4日 優(yōu)先權日2009年1月4日
發(fā)明者郝玉山 申請人:保定市三川電氣有限責任公司