专利名称：电力计量监督系统及监督方法
技术领域：
本发明涉及一种测量电能的装置，具体地说是一种电力计量监督 系统以及应用这种系统对电力计量进行监督的方法。
背景技术：
目前，盗窃电能行为非常猖獗，窃电者采取各种方法来不计算或 少计算电量，以达到不交或少交电费的目的，给国家造成重大损失。 电力部门为了防止盗窃电能发生，派出稽查人员定期或不定期对供电 线路进行检查，但是检查的时间性差、检查不到位，往往无法准确检 查出窃电的发生时间、地点以及无法得到相关数据，给取证带来较大 困难。因此，公开号为CN1866033A的发明专利申请公开了 一种名为 "电网防窃电实时监测系统"的发明创造，该监测系统包括低压电能 采集终端、高压电能采集终端以及监控中心三部分，其中低压电能采 集终端与高压电能采集终端实时釆集变压器低压侧与高压侧的电能参 数，并将采集到的电能参数通过无线网络传送至监控中心，监控中心 对比低压侧与高压侧的电能参数，若发现异常即发出报警信息。虽然该监测系统能有效监测变压器两端电能参数并由监控中心确 定是否发生窃电行为，然而，每一低压电能采集终端与高压电能采集 终端采集的电能参数均传送至监控中心，由监控中心进行对电能参数 进行分析，因此，监控中心需要对大量数据进行实时分析，对监控中 心运算能力、运算速度要求较高，使监控中心非常庞大，造价费用高 昂，并且需要大量技术人员对监控中心的运行情况进行监测，使监督 系统运行成本非常高昂。公告号为CN200996970Y的实用新型专利公告了 一种名为"能够 对高压端、低压端电量进行计量对比的防窃电装置"的发明创造。该 防窃电装置为一手持式装置，包括高压计量装置以及电力分析仪，该 装置从变压器高压侧反映用电的电能量，并将电能信号发送至负控中心。同时，电力分析仪通过导线与低压电能表连接，由低压电能表检 测低压侧用电量，通过对比高压侧用电量与低压侧用电量来核实真实 的用电量。但是，该防窃电装置并不是固定安装在变压器上的装置，使用该 防窃电装置时需要将其连接至变压器上，给使用带来不便。同时，由 于该防窃电装置不能实时监测变压器用电情况，使用时仍需要稽查人 员现场检测用电情况。并且，该防窃电装置的使用同时需要使用较大 的监控中心对变压器高压侧、低压侧电能数据进行监控，使监控中心 的造价费用高昂。发明内容本发明的主要目的是提供一种实时对变压器两侧电能进行监测且监控中心造价便宜的电力计量监督系统；本发明的另 一 目的是提供一种有效监测窃电行为的电力计量监督 方法。为实现上述的主要目的，本发明提供的电力计量监督系统包括电 能计量器及计量监督主机，其中电能计量器用于计算变压器第一侧的 电能，计量监督主机用于计算变压器第二侧的电能，计量监督主机设 有电信号采集模块、电能计算模块、比较模块以及通讯模块，其中电 信号采集模块用于采集变压器电压信号及电流信号，电能计算模块用 于获取电信号采集模块输入的电压信号及电流信号并计算电能，比较 模块存储有一阈值，用于接收来自电能计量器的电能数据，并计算电 能计量器输入的电能数据及电能计算模块计算出的电能数据的相对差 值，并在相对差值大于阈值时生成报警信息，通讯模块用于发送报警4吕息。由上述方案可见，计量监督主机与电能计量器分别实时计算变压 器第 一侧与第二侧的电能，同时由比较模块判断两侧电能是否出现异 常，即判断两侧电能数据的相对差值是否大于阈值，并在出现异常时 向监控中心发出报警信息。这样，计量监督主机只有在发生异常时才 发出报警信息，监控中心只接收来自计量监督主机的报警信息，不需要接收电工和电能参数，即不需要对数据进行大量的运算、监控，监 控中心的造价大大降低。并且不需要大量技术人员对其运行情况进行 监测，节省人力成本。一个优选的方案是，计量监督主机计算变压器高压侧电能时，电 信号采集模块与变压器两侧连接，分别采集变压器低压侧的电压信号 及高压侧的电流信号。这样，计量监督主机采集的电压信号为变压器 低压侧的电压信号，而采集低压侧电压信号不需要使用的费用高昂的 高压电压互感器，使电力计量监督系统造价大大降低。为实现上述的另一目的，本发明提供的电力计量监督方法包括在 变压器的第一侧安装电能计量器，应用电能计量器计算变压器第一侧的电能；在变压器上安装计量监督主机，应用计量监督主机计算变压器第 二侧的电能，计量监督主机存储有一阔值；计量监督主机获取电能计量器计算的变压器第 一侧的电能数据， 并计算变压器第 一侧的电能数据与变压器第二侧电能数据的相对差 值，并判断相对差值是否大于阈值，如是，向监控中心发出报警信 息。由此可见，安装在变压器上的电能计量器与计量监督主机分别计 算变压器第 一侧与第二侧的电能，并由计量监督主机计算变压器两侧 的电能数据的相对差值， 一旦相对差值大于阈值发出报警信息。这 样，计量监督主机能有效对变压器两侧电能进行监测，同时，计量监 督主机并不需要向监控中心实时发送电工和电能参数，监控中心处理 的数据量大大减少，监控中心的造价也大大降低。
图l是本发明电力计量监督系统第一实施例的电原理图； 图2是本发明电力计量监督系统第一实施例中计量监督主机的结 构示意框图；图3是本发明电力计量监督系统第二实施例的电原理图。 以下结合附图及各实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
参见图1,是本发明电力计量监督系统第一实施例的电原理图。本实施例中，在变压器上安装有计量监督主机WH1和电能计量器 WH2,其中电能计量器WH2安装在变压器的低压侧，并通过低压电流 互感器TA1、 TA2、 TA3分别连接至变压器低压侧的a、 b、 c三相。电 能计量器WH2通过低压电流互感器TA1、 TA2、 TA3采集变压器低压侧 三相的电流信号Ia、 Ib、 Ic。同时，电能计量器WH2还与变压器低 压侧a、 b、 c三相连接，采集a、 b、 c三相的电压信号Ua、 Ub、 Uc。电能计量器WH2采集变压器低压侧a、 b、 c三相的电压信号 Ua、 Ub、 Uc及电流信号Ia、 Ib、 Ic后，即可计算变压器低压侧电 能。计算电能时，首先计算变压器低压侧的功率P2，P2-Uax Ia x COS((J>a)+ Ub x lb x COS (cj) b) + Uc x IcxCOS(cJ)c)(式l)式l中小a、 (J)b、 cf)C分别为变压器低压侧a、 b、 c三相电压信 号与电流信号的相位角度差。计算变压器低压侧的功率P2后，即可计算变压器低压侧的电能W2,W2= J" P2 x △ t (式2 )式2中At为电能计量的时间。变压器上还安装有计量监督主机WH1,其分别连接至变压器的两 侧。其中，计量监督主机WH1通过高压电流互感器CT1、 CT2与变压 器高压侧的A、 C两相连接，并通过高压电流互感器CT1、 CT2采集变 压器高压侧的A、 C两相的电流信号IA、 IC。同时，计量监督主机 WH1还与变压器低压侧a、 b、 c三相连接，采集a相与b相之间的线 电压信号Uab、 c相与b相之间的线电压信号Ucb。本实施例中，计量监督主机WH1的结构示意框图如图2所示。计 量监督主机WH1设有电信号采集模块12、电能计算模块13、比较模 块14以及通讯才莫块15。电信号采集模块12分别与变压器两侧连接，通过高压电流互感 器CT1、 CT2采集变压器高压侧的电流信号IA、 IC,并采集变压器低压侧电压信号Uab、 Ucb，将采集的电压信号及电流信号传送至电能 计算模块13。电能计算模块13接收到电流信号与电压信号后，计算变压器高 压侧的电能。电能计算模块13计算变压器高压侧电能时，首先计算 其功率Pl,Pl=[Uabx IAxCOS((J)UabIA) + Ucb x IC x COS (小UcbIC) ] xKi(式3)式3中，(J)UabIA、 cJ)UcbIC分别为变压器低压侧线电压信号 Uab、 Ucb与变压器高压侧电流信号IA、 IC的相位角度差。Ki是变压 器高压侧与低压侧的电流变比，其值约为10k/380，即26. 3。计算变压器高压侧的功率Pl后，即可计算变压器高压侧的电能Wl，WWPlxAt (式4) 式4中At为电能计量的时间。回看图1,本实施例中，电能计量器WH2通过信号线与计量监督 主机WH1连接，电能计量器冊2向计量监督主机WH1输出变压器低压 侧的电能数据，该数据传送至计量监督主机WH1的比较模块14中。 本实施例中，电能计量器WH2以电能脉冲信号形式将变压器低压侧的 电能数据传送至计量监督主机WH1 。计量监督主机WH1的比较模块14不但接收来自电能计量器WH2 的变压器低压侧的电能数据，还获取来自电能计算模块13计算出的 变压器高压侧电能数据。比较模块14接收到变压器两侧的电能数据后，计算两侧电能数 据的相对差值。计算相对差值时，可以使用变压器低压侧的电能数据 作为标准值，也可以使用变压器高压侧的电能数据作为标准值。若使 用变压器低压侧电能数据作为标准值，计算的相对差值△为 △ = [ (Wl-W2) /W2] xlO()Q/。 (式5)通过式5即可计算变压器两侧电能数据的相对差值。同时，比较模块14还存储有一个阈值，阈值可根据变压器的实 际参数确定，并且考虑变压器高压侧与低压侧的电流变比、电压变比和相位均存在一定的误差，变压器实际工作时存在与负载相关的误差，因此，确定阈值时需要适当增大，例如，本实施例中阈值是士5 %。比较模块14将相对差值与阈值进行对比，若相对差值小于阈 值，即变压器两侧电能数据的相对差值在±5%以内，计量监督主机 WH1认为没有发生窃电行为。 一旦相对差值大于阈值，比较模块14 即生成报警信息，并将报警信息传送至通讯模块15中。通讯模块15 接收到报警信息，以无线方式向监控中心发出报警信息。当然，电力计量监督系统也可以釆用电力负荷管理终端来发送报 警信息的方式。这样，需要在变压器上安装一个电力负荷管理终端， 该电力负荷管理终端与计量监督主机WH1的通讯模块连接。当比较模 块14生成报警信息后，通过通讯模块15传送至电力负荷管理终端， 并由电力负荷管理终端将报警信息发送至监控中心。由此可见，计量监督主机WH1能够比较变压器高压侧与低压侧的 电能，只有在比较模块14判断变压器两侧电能数据的相对差值大于 阈值时，也就是发生异常情况时，计量监督主机WH1才向监控中心发 出报警信息。这样，监控中心不需要接收大量的信息，仅仅接收计量 监督主机WH1发出的报警信息，对监控中心的运算能力、运算速度要 求不高，监控中心的造价便大大降低，也不需要大量技术人员对监控 中心的运行情况进行监测。同时，本实施例中，计量监督主机WH1连接至变压器的两侧，电 信号采集模块12采集高压侧的电流信号与低压侧的电压信号。这 样，计量监督主机WH1不需要通过费用高昂的高压电压互感器来采集 变压器高压侧电压信号，降低电力计量监督系统的费用成本。本实施例中，变压器为Y-ynO型配电变压器，实际应用时，若变 压器为Dynll型变压器，则高压侧线电压UAB与低压侧线电压Uab之 间存在30°的相位差，计算变压器高压侧电能时，将电压信号移位 30。后计算即可。由上述方案可见，本实施例可以对多种窃电行为进行监督。对于 在变压器低压侧与计量监督主机WH1之间窃电的行为，计量监督主机WH1计算的变压器低压侧电能与电能计量器WH2计算的变压器高压侧 电能的相对差值较大，方便判断发生窃电行为。若发生断开变压器低压侧某一相电压的方式窃电，计量监督主机 WH1可判断该相上存在电流信号，却没有电压信号，即该相的电压信 号为零，可判断窃电行为的发生，计量监督主机WH1便发出报警信 息。若发生短接变压器低压侧某一相电流互感器一次侧的方式窃电， 或者，断开或短^接某一相电流互感器二次侧的方式窃电，或者在电流 互感器前直接用电、改变电流互感器变比、修改电能计量器WH2电能 计量方式等，计量监督主机WH1可判断变压器两侧的电能数据的相对 差值较大，也可判断有窃电行为。对于遥控窃电行为，计量监督主机WH1可通过实时判断变压器两 侧的电能数据， 一旦发现变压器两侧电能数据相对差值较大即发出报 警信息，稽查人员即可有针对性的对电能计量进行检测以确定是否发 生窃电4亍为。同时，对于窃电者使用断开电能计量器WH2与计量监督主机WH1 的信号线方法窃电，可以在计量监督主机WH1的比较模块14上存储 一个时间阈值，例如30秒，比较^^莫块14判断是否在时间阈值内未接 收到来自电能计量器HW2的电能数据，如果是，则发出报警信号。对于计量监督主才几WH1故障的监测，可以设置计量监督主机WH1 每隔一定时间，如2小时向监控中心发送联系信号，若监控中心在一 定时间内收不到联系信号，即可判断计量监督主机WH1出现故障。当然，计量监督主机WH1判断变压器两侧电能数据相对差值大于 阈值时，不一定是发生窃电行为，还可能是计量监督主机WH1、电能 计量器WH2或高压电流互感器CT1、 CT2等发生故障。这样，计量监 督主机WH1也会发出报警信息，即计量监督主机WH1也可以监督电能 计量器WH2等是否发生故障。另外，计量监督主机WH1发送报警信息时，还可以将电工和电能 数据、变压器高压侧电能数据趋势表等一起发送至监控中心，以便监 控中心获得相关数据，便于电力部门监督用户的用电情况。当然，上述实施例中，计量监督主机WH1的电信号采集模块12 分别与变压器两侧连接，分别采集变压器高压侧的电流信号与低压侧 的电压信号，本发明实际应用中，计量监督主机WH1也可以只与变压 器高压侧连接。参见图3，是本发明电力计量监督系统第二实施例的电原理图。 本实施例中，变压器的高压侧上安装有电能计量器WH3,电能计量器 丽3通过高压电流互感器CT1、 CT2连接至变压器高压侧的A、 C两 相，并采集A、 C两相的电流信号IA、 IC。同时电能计量器WH3还通 过高压电压互感器TV1、 TV2连接变压器的高压侧，采集高压侧A相 与B相之间的线电压UAB、 B相与C相之间的线电压UBC。这样，电 能计量器WH3即可计算变压器高压侧电能。在变压器低压侧上安装有计量监督主机WH4，计量监督主机WH4 通过低压电流互感器TA1、 TA2、 TA3分别连接至变压器低压侧的a、 b、 c三相上，并采集变压器低压侧三相的电流信号Ia、 Ib、 Ic。同 时，计量监督主才几WH4还与变压器低压侧a、 b、 c三相连接，采集 a、 b、 c三相的电压信号Ua、 Ub、 Uc。这样，计量监督主机WH4即可 计算变压器低压侧的电能。当然，计量监督主机WH4也可使用电能计 量器WH3的电压信号和低压电流互感器TA1、 TA2、 TA3,采用类似于 上一实施例的方式计算电能，在此不再赘述。与第一实施例相同的是，电能计量器WH3与计量监督主机WH4连 接，并将计算的变压器高压侧电能数据传送至计量监督主机WH4。其 中计量监督主机WH4的结构框图与第一实施例相同，在此不再赘述。计量监督主机WH4接收到电能计量器WH3传送的变压器高压侧电 能数据及自己计算的变压器低压侧电能数据后，计算变压器两侧电能 数据的相对差值， 一旦发生异常情况，即相对差值大于阈值，向监控 中心发出才艮警信息。由此可见，监控中心接收的只是计量监督主机WH4发出的报警信 息，监控中心便不需要处理大量的数据，其造价大大降低，同时也能 实时对变压器两侧的电能情况进行监控。当然，本实施例中，计量监督主机WH4计算变压器低压侧电能， 电能计量器WH3计算变压器高压侧电能。实际应用时，可以由计量监 督主机WH4计算变压器高压侧电能，而电能计量器WH3计算变压器低 压侧电能，同才羊可以实现本发明的目的。同时，电能计量器WH3可以是通过有线方式与计量监督主机WH4 连接，也可以是通过无线方式连接。使用无线方式连接时，电能计量 器WH3将电能数据以无线信号的方式传送至计量监督主机WH4。另外，上述实施例中，电能计量器WH3传送的电能数据是以电能 脉沖信号的形式发送，实际应用时，还可以发送电能计量器WH3计 算的电能计量值，即电能计量器WH3计算获得的变压器高压侧电能的 实际计算值。从上述的两个实施例可以看出，本发明的电力计量监督方法是， 在变压器的第一侧安装电能计量器，计算变压器第一侧的电能。并在 变压器上安装计量监督主机，计算变压器第二侧电能。电能计量器计算变压器第 一侧电能后，将计算的电能数据传送至 计量监督主机。计量监督主机计算变压器两侧的电能，获得两侧电能 数据的相对差值。同时，计量监督主机还存储有一阈值，计量监督主 机通过对比相对差值与阈值，若发现相对差值大于阈值，即认为发生 异常情况，向监控中心发出报警信息。当然，计量监督主机设有电信号采集模块，用于采集变压器的电 压信号及电流信号。采集模块可以与变压器两侧连接，分别釆集变压 器一侧的电流信号与另 一侧的电压信号，也可以连接至变压器其中一 侧，只采集变压器其中一侧的电压信号与电流信号，这些并不影响本 发明的实施。由此可见，计量监督方法可以实时釆集变压器两侧的电信号，实 时计算变压器两侧的电能，并在出现异常情况时发送^t艮警信息。监控 中心只接收报警信息，不需要处理大量的数据，其造价可大大降低。 同时，计量监督主机还可以有效对多种窃电行为进行监督。最后，需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，诸如阈值的 改变、报警信息发送方式的改变、计量监督主机安装位置的改变等微 小变化也应该包括在本发明的保护范围内。
权利要求
1、电力计量监督系统，包括电能计量器，用于计算变压器第一侧的电能；其特征在于计量监督主机，用于计算变压器第二侧的电能，设有电信号采集模块，用于采集变压器电压信号及电流信号；电能计算模块，用于接收来自电信号采集模块的电压信号及电流信号并计算电能；比较模块，存储有一阈值，用于获取来自电能计量器的电能数据，并计算电能计量器输入的电能数据及电能计算模块计算出的电能数据的相对差值，所述相对差值大于所述阈值时生成报警信息；通讯模块，用于发送所述报警信息。
2、 根据权利要求1所述的电力计量监督系统，其特征在于 所述电信号采集模块与变压器两侧连接，分别采集变压器第一侧的电压信号及第二侧的电流信号。
3、 根据权利要求1所述的电力计量监督系统，其特征在于 所述电信号采集模块与变压器第二侧连接，采集变压器第二侧的电压信号及电流信号。
4、 根据权利要求1至3任一项所述的电力计量监督系统，其特 征在于还包括一监控中心及与计量监督主机连接的电力负荷管理终端； 所述通讯模块将报警信息传送至电力负荷管理终端，并由电力负 荷管理终端将才艮警信息发送至监控中心。
5、 根据权利要求1至3任一项所述的电力计量监督系统，其特 征在于所述电能计量器输出的电能数据为电能脉沖信号或电能计量值。
6、 根据权利要求1所述电力计量监督系统的电力计量监督方 法，包括在变压器的第一侧安装电能计量器，应用该电能计量器计算变压器第一侧的电能；在变压器上安装计量监督主机，应用该计量监督主机计算变压器 第二侧的电能，所述计量监督主机存储有一阈值；计量监督主机获取电能计量器计算的变压器第 一侧的电能数据， 并计算变压器第一侧的电能数据与变压器第二侧电能数据的相对差值，并判断该相对差值是否大于所述阔值，如是，发出报警信息。
7、 根据权利要求6所述的电力计量监督方法，其特征在于 所述计量监督主机设有电信号釆集模块，所述电信号釆集模块与变压器两侧连接，分别采集变压器第 一侧的电压信号及第二侧的电流 信号。
8、 根据权利要求6所述的电力计量监督方法，其特征在于 所述计量监督主机设有电信号采集模块，所述电信号采集模块与变压器第二侧连接，采集变压器第二侧的电压信号与电流信号。
9、 根据权利要求6至8任一项所述的电力计量监督方法，其特 征在于所述计量监督主机存储有一时间阈值；计量监督主机判断是否在时间阈值内未接收到来自电能计量器的 电能数据，如是，发出报警信息。
全文摘要
本发明提供一种电力计量监督系统及监督方法，该系统包括电能计量器及计量监督主机，分别计算变压器第一侧的电能及第二侧的电能，计量监督主机存储有一阈值，并计算变压器两侧电能数据的相对差值，在相对差值大于阈值时生成报警信息，通讯模块可发送报警信息。该方法包括在变压器上安装电能计量器及计量监督主机，分别计算变压器两侧的电能，计量监督主机存储有一阈值，并计算变压器两侧电能数据的相对差值，计量监督主机判断相对差值是否大于阈值，如是向监控中心发出报警信息。本发明可有效监督窃电行为，并降低监控中心的造价。
文档编号G01R22/00GK101266263SQ200810028059
公开日2008年9月17日 申请日期2008年5月10日 优先权日2008年5月10日
发明者刘春强, 徐国华 申请人:珠海市华优电气技术有限公司