10 kV配電變壓器防竊電監測裝置

摘要：針對10 kV高壓供電、低壓計量用戶的竊電現象，提出一種算法用以判斷竊電行為是否發生。基于此算法設計一種裝置，以解決供電部門對特定用戶供電的監測。該裝置可以準確地記錄與分析用戶的用電狀態，達到對疑似竊電用戶進行震懾和監管的目的。
關鍵詞：10 kV配電變壓器；防竊電算法；防竊電裝置；對稱分量法；ZigBee技術；電力變壓器計量監測

0 引言
電力作為工農業生產活動中不可或缺的資源之一，一些單位或個人為了追求自身的利益，冒險竊電，至使供電單位的利益蒙受損失。
10 kV高壓供電、低壓計量用戶計量電表回路的引線基本上不加遮蔽，用戶竊電現象既普遍又容易，特別是農村配電變壓器竊電現象尤為嚴重。
另外，有一些大用戶在自己的廠區有其專用的變壓器，供電部門巡查、監管相對不方便，這種環境下的竊電用戶有較大的竊電操作空間和較長的竊電時間，他們往往會繞過計量電表進行竊電，而在供電部門巡查時可以從容地恢復正常供電狀態，所以他們的竊電操作相對比較容易。
目前，對于配電變壓器的防竊電已經有了研究，從實際應用來看，也采取了一些措施，但限于電子技術水平和成本因素的考慮，防竊電措施基本上是采用機械方式的物理隔離和利用電子設備監測供電口線的交流信號狀態以及結合人員巡查等手段。
對于物理隔離的方法，中國專利網上可以查到兩個。一個名為“配電變壓器防竊電裝置”，方法如下：本設計是將穿心式變流器裝于配電變壓器體內低壓側，在低壓套管旁適當位置增設密封小盒，變流器二次引線從密封盒引出，經金屬管道結至防滴防塵電表箱，電度表全部引結線都被金屬層遮蔽而不外露，故無竊電之可能。另一個名為“配電變壓器低壓計量防竊電裝置”，是一種配電變壓器低壓計量防竊電裝置，包括有上蓋、底座和激光全息防偽防啟編碼封。由上蓋和底座組成箱體，電流互感器和配電變壓器的低壓接線柱在箱體內，緊固夾頭連在其瓷瓶上，并將其固定在底座上，4個激光全息防偽防啟編碼封在上蓋和底座四周的封合上，正視面帶凸透鏡的殼體和連在底座側面的背板組成另一箱體，外罩隔熱罩的電能表在這個箱體內，并連在背板上。
在實際使用以及文獻中記載的電子監測設備是安裝在計量電度表的周邊，變壓器的二次出線與電度表間用物理的方法進行隔離，由于用戶現場條件的差異，隔離措施在實施過程中難以起到絕對的作用，實際上這些隔離很容易被竊電用戶利用，在這些隔離點處竊電可以跳過電度表和監測設備的監測，這類的電量損失往往被規為線損，因此供電部門承擔了損失。
本文提出了一種算法，用以判斷10 kV高壓供電、低壓計量用戶的竊電行為的發生。基于此算法，設計一種裝置，不僅對變壓器的二次側出線進行監測，同時也對變壓器的一次側進線進行監測，用來解決供電部門對10 kV高壓供電、低壓計量用戶的用電狀態監測，可以準確地記錄與分析用戶的用電狀態，達到對疑似竊電用戶進行震懾和監管的目的。
本文描述的算法，依據對稱分量法，將三相交流信號的不平衡關系變換成平衡關系后推算出高壓饋線的電流有效值，推算值與實際測量值進行比對，利用此方法在配電變壓器端進行防竊電控制，尚沒有發現有文獻記錄，本文著重介紹這一算法和利用此算法設計的防竊電裝置。
基于變壓器計量監測的防盜電裝置，可以實時記錄二次側負荷情況，電壓、電流情況，一次側的電流有效值等，并具有上述值異常時的實時報警能力，為阻止在變壓器出線端的盜電行為提供了一種非常有效的手段。

1 算法描述
本文描述的裝置可同時監測配電變壓器高壓側的電流信號與低壓側電壓、電流信號，結合本文描述的算法(比較高壓與低壓兩側推算出的物理量的差值)可達到快速、準確判斷用戶是否有竊電行為發生。
算法的思想：將低壓側的三相不對稱電流分解成三相對稱的正序分量、負序分量以及同向的零序分量，由低壓側的電流正序和負序分量分別推算出高壓側的電流有效值，與實際測得的高壓側電流有效值進行比對，如果超出允許的差值，認為竊電行為發生。
Dyn11和Yyn0是10 kV變壓器的常見接線組別。相對Yyn0，采用Dyn11方式的接線組別有較多的好處，新系列配電變壓器基本都選用了Dyn 11聯結組別。因為還在運行的Yyn0配電變壓器越來越少，本文以Dyn11接線組別的桿式的三相配電變壓器為例進行說明。
已知：配電變壓器的二次側電壓(Ua，Ub，Uc)、電流(Ia，Ib，Ic)、功率因素(cos a，cos b，cos c)，推導配電變壓器一次側的電流有效值(IA合成，IB合成，IC合成)。
計算方法如下：
正常的供電條件下，如果以二次側a相電壓為基準(0°)，那么，Ua超前Ub120°，Ub超前Uc120°，Uc超前Ua120°，確定二次側的電壓向量為。
(1)根據a，b，c三相的電壓、電流、有功功率確定a，b，c三相電流的相位關系，確定二次側的。
(2)將電流向量用對稱分量法分解成，如圖1所示。根據變壓器的接線方式，由二次側的電壓、電流向量推算出一次側的電流有效值。