专利名称：窃电检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及避免和指示欺骗性使用的装置，具体是一种全面检测各种电 流窃电的窃电^f企测装置。
背景技术：
公告号为CN2754103Y的实用新型专利公开了一种能监测CT (电流互 感器)状态的防窃电能表，通过在电子式电能表中增i更扰动部件，采用扰动 法测定CT的状态由单片机控制多路才莫拟开关将特定频率的扰动信号注入 计量电路回路中，检测此特定频率的扰动电流就可判断此CT处于正常状态 还是被短接或者开路。由于该文献中用电表芯片测量当前电压电流和功率 值，所述电表芯片的特性决定其只能测定基波，不能测定各次谐波，所以无 法获得特定电路中的谐波信号即噪声信号，进而无法判别各频率噪声信号的 干扰程度；该文献中通过采用两个固定频率的信号发生器发射固定频率的扰 动信号检测有无窃电发生。由于采用了固定频率的扰动信号，在噪声信号与 所述扰动信号频率接近(即噪声信号频率在扰动信号频率的10%范围内时)， 无法确定是否有窃电情况发生。事实上各种电路的各次谐波信号的强度是各 不相同的，该文献中公开的电能表不能测定谐波信号，且扰动信号是固定的， 所以无法在附加特定频率的扰动信号时主动避开噪声信号(上述谐波信号)， 也就无法根据电路自身特性选择出合理频率的扰动信号，导致所述电能表只 能在特定情况下适用，有效测定范围比较窄，很多情况下的测定结果都是不 准确的，尤其在噪声污染严重时测量结果不可靠。另外，该文献的电能表只 能测定CT开路或者短路的状态，不能检测更换大变比CT的电流窃电行为， 所以该文献中的电表不具有全面监测各种电流窃电行为的功能。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种全面检测各种电流窃电 的窃电检测装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下 一种窃电检测装置，包括
一个选择单元，用于在多相电流回路中选择一相电流回路作为检测电流 回路；
一个信号采集单元，用于采集所述检测电流回路中的各次谐波信号，或 检测信号；
一个检波单元，接收所述信号采集单元采集的各次谐波信号并分别根据相 应所述检测电流回路中的电流状态分^r出预定频率范围内的各次谐波信号， 或所述检测信号；
一个比较单元，接收所述预定频率范围内的各次谐波信号，并将所述预定 频率范围内的各次谐波信号进行比较，选择其中最小幅值谐波信号；
一个频率发生器，根据所述比较单元选择的最小幅值谐波信号对应的频 率，发出相同频率的所述检测信号；
一个信号耦合单元，用于将所述检测信号耦合到所述检测电流回路；
一个信号处理单元，用于将采集的所述检测信号与所述检测电流回路无窃 电时的预定值进行比较，判断有无窃电事件发生；
一个输出单元，用于输出所述信号处理单元的比较、判断结果。
所述窃电检测装置，还包括一个模数转换单元，用于将所述检波单元检 出的预定频率范围内的各次谐波信号以及所述检测信号的模拟信号转换为 数据信号；所述比较单元、所述频率发生器以及所述信号处理单元集合在一 个中央处理器中；所述信号处理单元储存有所述检测信号在无窃电状态的预 定值，所述信号处理单元接收所述模数转换单元转换出的所述^r测信号，并 计算所述检测信号的有效值，将计算所得的所述检测信号的所述有效值与所 述预定值进行比较；所述中央处理器接收来自所述模数转换单元的数据信号，来完成选择最小幅值谐波信号、根据所选择的最小幅值谐波信号的频率 发送具有相同频率的所述检测信号以及比较判断有无窃电事件发生的功能。
所述检波单元为至少一个在所述中央处理器的控制下用以分检出一定 频率谐波信号的程控滤波器。
所述信号釆集单元为至少一个信号采集电路，每个所述信号采集电路包括
一个用于采集所述^r测电流回^各中的电流信号的测量用电流互感器；
所述信号耦合单元为至少一个信号耦合电路，每个所述信号耦合电路包括
一个用于将所述检测信号耦合到所述检测电流回路的耦合用电流互感器； 所述耦合用电流互感器和所述测量用电流互感器串联于所述检测电流回路中。
串if关于所述纟企测电流回^各的所述耦合用电流互感器和所述测量用电流 互感器间距等于或者大于10毫米。
对于三相四线制电路系统，所述信号采集电路和所述信号耦合电路的个 数均为三个。
对于三相三线制电路系统，所述信号采集电路和所述信号耦合电路的个 凄t均为两个。
对于三相四线制电路系统或者三相三线制电路系统，所述信号采集电路 和所述信号耦合电路的个数均为一个。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点
本发明窃电检测装置实时采集检测电流回路各次谐波信号，在特定频率 范围内选择出幅值最小的谐波信号，将所述幅值最小谐波信号的频率作为检 测信号的频率，这样选择出的检测信号主动避开了干扰较大的谐波信号。克 服了现有技术中只能发出固定频率扰动信号、进而导致检测结果不准确的弊 端，保证检测结果的准确。同时，本发明的窃电检测装置可以检测电流回路 被开路、电流回路被短路和被更换大变比电流互感器各种电流窃电事件，是 一种全面防电流窃电的窃电检测装置。为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施 例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明一个实施例的信号耦合电路； 图2为本发明一个实施例的信号采集电路； 图3是本发明一个实施例中防窃电负荷管理终端连接位置图； 图4是本发明一个实施例的防窃电检测流程图。
具体实施例方式
作为本发明的一个实施例，以三相四线制电路系统为例，当然本发明也 适用于三相三线制电路系统。
一种防窃电负荷管理终端，包括窃电检测装置；以及与所述窃电检测装 置电连接的供电模块、数据管理模块、通讯模块，其中所述通讯模块为本地 通讯^t块或者本地通讯^^莫块和无线通讯^t块，以实现所述负荷管理终端的常 规功能。其中，所述数据管理模块，主要负责数据的统计，电力负荷管理系 统数据传输规约的解析、数据采集、负荷控制、时间记录、终端调试等。所 述数据管理模块接收所述窃电检测装置传回的各种数据；并通过所述无线通 讯模块与管理主站实现数据交换。所述本地通讯;漠块提供隔离232接口，用
于调试所述终端管理设备或者实现与所述终端管理设备的通讯。所述供电模 块，为整个所述终端管理设备提供电源。所述电源可根据需要提供5V、 3. 3V、 12V等。所述数据管理^t块、所述本地通讯;f莫块、所述无线通讯;^莫块、所述 电源管理模块实现的是电力负荷管理终端的常规功能，此不赘述。所述窃电 检测装置实现交流采集和窃电检测两种功能。
所述窃电检测装置，包括 一个选择单元，用于在多相电流回路中选择 一相电流回路作为检测电流回路； 一个信号采集单元，用于采集所述检测电 流回路中的各次谐波信号，或检测信号； 一个检波单元，接收所述信号采集 单元采集的各次谐波信号并分别根据所述检测电流回路中的电流状态分检出预定频率范围内的各次谐波信号，或所述检测信号； 一个模数转换单元，
用于将所述检波单元检出的预定频率范围内的各次谐波信号以及所述检测
信号的模拟信号转换为数据信号；比较单元，用于接收所述模数转换单元转 换出的预定频率范围内的各次谐波信号的数据信号，并将所述预定频率范围 内的各次谐波信号的数据信号进行比较，选择其中最小幅值谐波信号； 一个 频率发生器，根据所述比较单元选择的最小幅值谐波信号对应的频率，发出 相同频率的所述检测信号； 一个所述信号耦合单元，用于将所述检测信号耦 合到所述检测电流回路； 一个信号处理单元，储存有所述检测信号在无窃电 状态的预定值，所述信号处理单元接收所述4企波单元检出的所述检测信号， 并计算所述检测信号的有效值，将计算所得的所述检测信号的所述有效值与 所述预定值进行比较，判断有无窃电事件发生； 一个输出单元，用于输出所 述信号处理单元的比较、判断结果。其中，所述比较单元、所述频率发生器 以及所述信号处理单元集合在一个中央处理器中。所述多个单元在中央处理 器的统一控制下协调工作。
本实施例中，所述信号采集单元为三个信号采集电路，每个所述信号采 集电路包括一个设置在所述检测电流回路上的、用于采集所述检测电流回路 中电流信号的测量用电流互感器；所述信号耦合单元为三个信号耦合电路， 其中每个所述信号耦合电路包括一个用于将所述检测信号耦合到所述检测 电流回路的耦合用电流互感器； 一个所述耦合用电流互感器和一个所述测量 用电流互感器串联于所述检测电流回路中。串联于同 一个所述检测电流回路 的所述耦合用电流互感器和所述测量用电流互感器间距为12毫米。所述检 波单元为一个美信262的程控滤波器，所述程控滤波器接收所述选择单元选 择出的一个所述信号采集电路采集的一相电流回路中的电流信号，并在中央 处理器的控制下分#全出一定频率的谐波信号或检测信号。所述选择单元为美 信3051的模拟开关，其接收所述三个信号采集电路采集出的三个电流信号， 并将选择出的一个电流信号输送给所述程控滤波器。所述模数转换单元为模 数转换电路。
本实施例中所述美信262的程控滤波器亦可用美国国家半导体公司
8LM10的程控滤波器替代。
串联于同一相电流回路中的所述耦合用电流互感器到所述测量用电流 互感器的距离应等于或者大于10毫米，防止所述耦合用电流互感器与所述 测量用电流互感器相互干扰，保证其正常使用。
其中，图1所示是本实施例的所述信号耦合电路，图中所示三极管的基 极接收中央处理器发出的检测信号，通过后极的耦合用电流互感器将信号耦 合到所述耦合用电流互感器二次侧回路，即检测电流回路中。在所述三极管 的发射级和集电极之间连接有一个二极管，所述耦合用电流互感器的二次侧 连接有另 一个二极管，起到保护所述信号耦合电路的作用。
图2所示是本实施例的所述信号采集电路，为单电源运算放大器构成的 调理电路，如图所示，通过测量用电流互感器采集检测电流回路中的电流信 号，实线框中放大器的输出端接所述模数转换电路的输入端，用于实现基波 信号的采集；虚线框中放大器的输出端接所述程控滤波器的输入端，用于采 集各次谐波信号。在第一级运算放大器的输入端之间并联有两个方向相反的 二极管，在电流突变的情况下被击穿进而导通，起到消顶作用。
使用时，将所述防窃电负荷管理终端与电能表串联于电流回路中，连接 位置如图3所示。所述窃电检测装置也可与电能表串联于电流回路中使用。
所述窃电检测装置的工作过程如下，参照图4所示首先，由模拟开关 在三相电流回路中选择一相电流回路作为检测电流回路，对应于步骤S31; 通过所述信号釆集电路采集所述检测电流回路中的电流状态，判断所述检测 电流回路中是否有电流，对应于步骤S32。
所述检测电流回路中电流为零时，先通过所述信号采集电路采集所述4企 测电流回路中的电流信号；然后通过所述程控滤波器检出600hz-1000hz之 间的各次谐波信号，并由所述模数转换电路转换为数据量；接着所述比较单 元接收所述模数转换电路转换出的各次谐波信号并进行比较，选择出其中最 小幅值对应的谐波信号；上述方法对应于步骤S34。再然后由所述中央处理 器发出与最小幅值谐波信号频率相同的脉冲信号作为检测信号，通过所述信
9号耦合电路耦合到检测电流回路中，对应于步骤S35;依次再由信号采集电 路采集所述检测电流回路中十个周波的电流信号，对应于步骤S36;再由所 述检波电路检出所述检测信号，并由所述模数转换电路转换为数据量；将所 述模数转换电路转换出的所述检测信号送往所述信号处理单元，由所述信号 处理单元计算出所述^r测信号的有效值，对应于步骤S37;并将所述有效值 与中央处理器中预存的所述^r测电流回路开路时的电流有效值(即所述^r测 电流回路开路时的噪声值，即开路定值)进行比较；如果计算出的检测信号 的有效值小于所述检测电流开路定值，则所述检测电流回路开路，表示有窃 电事件发生，对应于步骤S38和S41;否则，如果计算出的检测信号的有效 值大于或者等于所述检测电流开路定值并且小于检测电流回路定值(即检测 电流回路正常工作状态下检测信号的电流值)，则对应相被更换了大变比的 电流互感器，表示有窃电事件发生，对应于步骤S40。如果计算出的检测信 号的有效值大于或者等于所述检测电流开路定值并且也大于或者等于检测 电流回路定值，则所述检测电流回路正常，表示无窃电事件发生，对应于步 骤S42。
当所述检测电流回路电流为零时，本实施例中选择在600hz - 1000hz特 定频率范围内扫描，所述特定频率的范围由电流互感器的特性决定，即由所 述电流互感器工作频率范围决定，选出的特定频率信号即要无阻碍传输(即 不能高于所述电流互感器的截止频率)，还要避开现场干扰较大的谐波(即 主要避开现场比较丰富的7次谐波、9次谐波和11次谐波)，选择所述检测 信号频率时应该避开上述干扰较大的谐波信号频率，避免检测信号与原有噪
声信号互相干扰，影响采集得到的检测信号的精确度，进而影响检测结果的 准确性。找出最小幅值噪声信号对应的频率作为检测信号频率，即在一定频 率范围内选择谐波强度最弱(即幅值最小)的信号频率为检测信号频率，避 开所述检测电流电流回路中干扰较大的谐波，提高抗谐波强度，保证检测结 果的可靠性。本实施例中的检测信号是根据所述检测电流回路中的各次谐波 信号的强弱时时确定，是在特定频率范围内动态选择的结果，避开了干扰较 大的谐波信号，克服现有技术中只能附加固定频率扰动信号的弊端，保证在各种情况下都能将谐波干扰降到最低，保证检测结果的准确、可靠。同理， 当所述;^测电流回路中电流不为零时，所述中央处理器控制所述程控滤波器
分检出在5khz -30khz的特定频率范围内的各次谐波信号。
所述检测电流回路中电流不为零时，先通过所述信号采集电路采集所述 检测电流回路中的电流信号；然后通过所述程控滤波器检出5khz -30khz之 间的各次谐波信号，并由所述模数转换电路转换为数据量；接着所述比较单 元接收所述模数转换电路转换出的各次谐波信号并进行比较，选择出其中最 小幅值对应的谐波信号，前述方法对应于步骤S43;再然后由所述中央处理 器发出与最小幅值谐波信号频率相同的脉冲信号作为检测信号，通过所述信 号耦合电路耦合到所述检测电流回路中，对应于步骤S44;依次再由所述信 号采集电路采集所述检测电流回路中十个周波的电流信号，再由所述检波电 路检出所述检测信号，并由所述模数转换电路转换为数据量，对应于步骤 S45;将转换出的所述;f企测信号送往所述信号处理单元，由所述信号处理单 元计算出所述;f企测信号的有效值，对应于步骤S46;并将所述有效值与中央 处理器中预存的所述检测电流回路短路时的电流有效值进行比较；如果计算 出的检测信号的有效值大于所述检测电流回路短路时的电流有效值，则所述 相短路，表示有窃电事件发生，对应于步骤S47和S48;否则，如果计算出 的检测信号的有效值小于或者等于所述检测电流回路短路时的电流有效值， 则所述检测电流回路所在相电路正常，表示无窃电事件发生，对应于步骤 S49。
所述窃电检测装置将检测出的有无窃电事件发生的情况传送给所述数 据管理模块，由所述数据管理模块通过所述通讯模块将所述有无窃电情况输 出。
一相电流回路检测完成，在所述中央处理器的控制下由所述模拟开关再 选择一相电流回路作为检测电流回路，重复上述的窃电检测过程，直到所有 需要测量的相电流回路都测试完成，则窃电检测结束，对应于步骤S50和 S51。
其中，所述信号处理单元通过快速傅立叶变换算法计算所述才企测电流回路的有效值。
本发明的窃电检测装置可实现交流采样，进而实现电能的计量，因此本 发明的所述窃电检测装置或者所述防窃电负荷管理终端完全可以直接安装
在电能表的安装位置，取代所述电能表。所述交流采样按照以下方法实现 所述检测电流回路通过测量用电流互感器接收检测电路回路的电流并通过 电阻分压法釆集检测回路中电压的模拟量送往模数转换电路，所述模数转换 电路将转换出的所述检测回路中电压的数据信号传送给中央处理器，中央处 理器根据快速傅立叶变换算法，计算所述检测电流回路的有效电压、电流、 有功功率、无功功率、功率因数、电量等数据，实现交流采样。同时可根据 交流采样的结果判断各种电压窃电情况是否发生，比如是否有电压断相、电 压失压、电压电流相序错误等电压窃电情况发生。因检测电压窃电的技术是 现有技术，此不赘述。
本实施例中，所述多路模拟开关位于所述程控滤波器的前端，用于选择 一相电流回路中的电流输入所述程控滤波器，所以所述程控滤波器的个数为 一个。对本领域的普通技术人员来说，若将所述多路模拟开关置于所述程控 滤波器的后端、所述模数转换电路的前端，用于选择一相电流回路中的电流 输入所述;f莫数转换电i 各，则所述程控滤波器的个数可以为三个，以与所述信 号采集电路相匹配，每一个所述程控滤波器仅用于对一相所述电流回路中的 电流进4亍4企波。
作为本发明的另一个实施例，所述选"t奪单元为一个多路选择开关；所述 信号采集单元为一个采用双电源运算放大器构成的信号采集电路；所述信号
耦合单元为一个信号耦合电路；所述检波单元为一个多频点滤波器；所述信 号耦合电路、所述信号采集电路和所述多频点滤波器构成一套信号耦合、采 集和滤波电路，所述各相检测电流回路依次共用所述一套信号耦合、采集和 检波电路。所述多路选择开关位于所述信号采集电路的前端，用于选择一相 电流回路进行所述信号采集。所述比较单元与所述信号处理单元都由门限电 路构成，其中，所述信号处理单元的门限电路的门限值为所述检测电路回路 中无窃电时所述检测信号的电流值。窃电检测的具体过程如下首先，由所述选择单元选择一相电流回路作' 为检测电流回路，通过所述信号耦合、采集和滤波电路实现电信号的采集。 进而判断所述检测电流回路中电流是否为零，根据判断结果选择谐波信号的 频率范围。具体是，当所述检测电流回路中的电流为零时，所述谐波信号的
频率范围为600hz -lOOOhz,当所述4企测电流回路中的电流不为零时，所述 谐波信号的频率范围为5khz -30khz。接着，采集得到的各次谐波信号被送 往所述比较单元的门限电路，由所述门限电路选择出最小幅值谐波信号。然 后，由所述中央处理器发出与所述最小幅值谐波信号频率一致的检测信号， 经由所述信号耦合电路耦合到选择出的所述检测电流回路中。再然后，由所 述信号釆集电路和所述多频点滤波器采集所述检测信号。最后，所述检测信 号经由所述信号处理单元门限电路进行比较，判断有无窃电事件发生。具体 判断过程同第一实施例，此不赘述。
一相电流回路检测完成，再由所述多路选择开关选出另 一相电流回路作 为检测电流回路进行窃电检测，直到所有相电流回路检测完毕。
对于三相三线制电路系统，所述信号采集电路和所述信号耦合电路的个 数均为两个。因为三相三线制电路系统中，只需测两相电流回5^中的电流即 可完成窃电4企测和电量计量，所以每相电流回路都有各自独立的采集电路和 信号耦合电路，所述两相电流回路共用一个所述程控滤波器。
对于三相四线制电路系统或者三相三线制电路系统，所述信号采集电路 和所述信号耦合电路的个数均为一个，各相检测电流回路共用所述信号采集 电路和所述信号耦合电路实现信号的采集和耦合，以达到节约成本的目的。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式 的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做 出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷 举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围 之中。
权利要求
1.一种窃电检测装置，其特征在于包括一个选择单元，用于在多相电流回路中选择一相电流回路作为检测电流回路；一个信号采集单元，用于采集所述检测电流回路中的各次谐波信号，或检测信号；一个检波单元，接收所述信号采集单元采集的各次谐波信号并分别根据相应所述检测电流回路中的电流状态分检出预定频率范围内的各次谐波信号，或所述检测信号；一个比较单元，接收所述预定频率范围内的各次谐波信号，并将所述预定频率范围内的各次谐波信号进行比较，选择其中最小幅值谐波信号；一个频率发生器，根据所述比较单元选择的最小幅值谐波信号对应的频率，发出相同频率的所述检测信号；一个信号耦合单元，用于将所述检测信号耦合到所述检测电流回路；一个信号处理单元，用于将采集到的所述检测信号与所述检测电流回路无窃电时的预定值进行比较，判断有无窃电事件发生；一个输出单元，用于输出所述信号处理单元的比较、判断结果。
2. 根据权利要求l所述的窃电检测装置，其特征在于还包括一个模数 转换单元，用于将所述检波单元检出的预定频率范围内的各次谐波信号以及 所述检测信号的模拟信号转换为数据信号；所述比较单元、所述频率发生器 以及所述信号处理单元集合在一个中央处理器中；所述信号处理单元储存有 所述;f企测信号在无窃电状态的预定值，所述信号处理单元接收所述;^莫数转换 单元转换出的所述^r测信号，并计算所述^^测信号的有效值，将计算所得的 所述检测信号的所述有效值与所述预定值进行比较；所述中央处理器接收来 自所述模数转换单元的数据信号，来完成选择最小幅值谐波信号、根据所选择的最小幅值谐波信号的频率发送具有相同频率的所述检测信号以及比较 判断有无窃电事件发生的功能。
3. 根据权利要求2所述的窃电检测装置，其特征在于所述检波单元为 至少一个在所述中央处理器的控制下用以分检出一定频率谐波信号的程控 滤波器。
4. 根据权利要求3所述的窃电检测装置，其特征在于 所述信号采集单元为至少一个信号采集电路，每个所述信号采集电路包括一个用于采集所述;^测电流回路中的电流信号的测量用电流互感器;所述信号耦合单元为至少一个信号耦合电路，每个所述信号耦合电路 包括一个用于将所述检测信号耦合到所述检测电流回路的耦合用电流互感 器；所述耦合用电流互感器和所述测量用电流互感器串联于所述检测电 流回i 各中。
5. 根据权利要求4所述的窃电检测装置，其特征在于串联于所述检测 电流回路的所述耦合用电流互感器和所述测量用电流互感器间距等于或者 大于10毫米。
6. 根据权利要求4所述的窃电检测装置，其特征在于对于三相四线制 电路系统，所述信号采集电路和所述信号耦合电路的个数均为三个。
7. 根据权利要求4所述的窃电检测装置，其特征在于对于三相三线制 电路系统，所述信号采集电路和所述信号耦合电路的个数均为两个。
8. 根据权利要求4所述的窃电检测装置，其特征在于对于三相四线制 电路系统或者三相三线制电路系统，所述信号采集电路和所述信号耦合电路 的个数均为一个。
全文摘要
本发明涉及避免和指示欺骗性使用的装置，具体是一种窃电检测装置，包括一个选择单元、一个信号采集单元、一个检波单元、一个比较单元、一个频率发生器、一个信号耦合单元和一个信号处理单元。所述窃电检测装置实时采集检测电流回路各次谐波信号，在特定频率范围内选择出幅值最小的谐波信号，将所述幅值最小谐波信号的频率作为检测信号的频率，这样选择出的检测信号主动避开了干扰较大的谐波信号。克服了现有技术中只能发出固定频率扰动信号的弊端，保证检测结果的准确。同时，本发明的窃电检测装置可以检测电流回路被开路、电流回路被短路和被更换大变比电流互感器各种电流窃电事件，是一种全面防窃电的窃电检测装置。
文档编号G01R11/00GK101493478SQ20081018764
公开日2009年7月29日 申请日期2008年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者冯汉春, 刘振强, 孙志强, 炜 常, 苗文华 申请人:北京国电富通科技发展有限责任公司;冯汉春