譚先鋒

摘 要：目前，許多用戶(hù)受利益的驅(qū)使，使用非法手段破壞電表，以期達(dá)到其不計(jì)費(fèi)或者少計(jì)費(fèi)的目的，給電力市場(chǎng)造成了極大的損失，造成市場(chǎng)失衡。該文闡述了目前電能表的防竊電方式，分析了單相電子式防竊電電表的設(shè)計(jì)，讓人們對(duì)這種防竊電裝置有所了解。

關(guān)鍵詞：電能表;單片機(jī)硬件電路;精度參數(shù)調(diào)試

中圖分類(lèi)號(hào)：TM933.4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 電能表的防竊電方式

1.1 防電流反向竊電

最常見(jiàn)典型的竊電行為是竊電者把電能表火線(xiàn)端口的進(jìn)線(xiàn)和出線(xiàn)進(jìn)行交換，用這種方式可以很快地達(dá)到竊電的目的。然而V9821S不需要添加任何外圍輔助器，僅憑系統(tǒng)本身就可以達(dá)到監(jiān)控的效果。系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)功率的方向，能夠迅速判斷出電流是否有反向流動(dòng)的行為，并進(jìn)行事件記錄。當(dāng)然，V9821S也可以設(shè)置為正向反向都累加的模式，這樣無(wú)論功率是正是反都能夠?qū)⒛芰窟M(jìn)行累加。

1.2 防電流分流竊電

最常見(jiàn)的是竊電者在將火線(xiàn)零線(xiàn)對(duì)換后，直接將零線(xiàn)接到大地上，或者將火線(xiàn)進(jìn)行短接。但是這種竊電行為運(yùn)用V9821S很容易就可以檢測(cè)出來(lái)，只需要增加一個(gè)電流互感器就可以有效防止。這是因?yàn)閂9821S具有雙回路同時(shí)計(jì)量的功能，系統(tǒng)總是可以依據(jù)電流較大的一路進(jìn)行計(jì)量。

1.3 防移除電壓竊電

這種方式通常都是由竊電者將電表的火電或者零線(xiàn)進(jìn)行移除，從而使電表沒(méi)有供電，所以電表無(wú)法工作，以此來(lái)達(dá)到竊電的目的。對(duì)于這樣的竊電行為，只需要增加一個(gè)低成本的功率CT，就可以進(jìn)行有效防范。這是因?yàn)閂9821S具有低功耗的計(jì)量模式，只需提供相當(dāng)于1mA、3.3V的功率，CT就能夠持續(xù)維持電表工作，不受移除電流的限制。

1.4 串可控硅竊電

最常見(jiàn)的竊電方法是在電表零線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)端處串一個(gè)吊扇調(diào)速開(kāi)關(guān)，可能會(huì)影響到采樣電壓的波形以達(dá)到竊電者少計(jì)電量的目的。對(duì)于這樣的竊電行為，V9821S依然可以做出準(zhǔn)確的判斷。由于V9821S可以提供電壓每個(gè)采樣點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，精確到每分每秒，這樣就能夠方便快速地還原電壓波形，從而對(duì)電壓進(jìn)行準(zhǔn)確分析。V9821S利用軟件對(duì)波形進(jìn)行還原分析，就可以判斷出是否產(chǎn)生了竊電行為，之后再采取額定電壓和實(shí)際測(cè)試的電流進(jìn)行計(jì)量，從而保證電表的穩(wěn)定和安全。

2 單相電子式防竊電電能表設(shè)計(jì)方案

2.1 工作原理圖

通過(guò)對(duì)圖1的分析研究可知，該工作原理圖的主要框架是由V9821S計(jì)量芯片、LED顯示、一路電壓采樣與兩路電流采樣電路、存儲(chǔ)器24CO1以及單片機(jī)控制器組合而成的。

2.2 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)包括電量精度設(shè)計(jì)、5 V電源供給、單片機(jī)電量計(jì)量、采樣電路等，在該文中將進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.2.1 采樣輸入電路設(shè)計(jì)

作為電量計(jì)量信號(hào)的輸入部分，采樣電路大致是由兩路電流采樣與一路電壓采樣組合而成，屬于模擬輸入。其中電壓采樣電路選用的是電阻分壓采樣。V1N與V1P輸入端都屬于全差分電壓輸入，此類(lèi)電流采樣電路使用的是電阻阻值為400 Ω的錳銅分流器，與V1N腳相比，最大的電平信號(hào)設(shè)置了一個(gè)增益可編的放大器，此類(lèi)放大器可結(jié)合相關(guān)設(shè)置，采用不同的增益量，由此計(jì)算出最大差分的信號(hào)。另一路竊電采樣電路是V2N與V2P，此類(lèi)電路使用的是穿心互感器，與V2N腳對(duì)應(yīng)的最大電平信號(hào)是500 mvl。一旦V9821S回路判斷至竊電電流電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常電流電壓的12.5 %，就說(shuō)明探測(cè)到了有竊電行為，這時(shí)儀器會(huì)發(fā)出警報(bào)，從而防止竊電并且對(duì)竊電電量做出計(jì)量。

2.2.2 電源供給設(shè)計(jì)

電源供給大部分使用密封雙路變壓進(jìn)行供電，同時(shí)采取濾波、整流、78LOS穩(wěn)壓的方式，其中有一路是數(shù)字電路、數(shù)碼管與供單片機(jī)控制電路，另一路是模擬電路與供電量計(jì)量電路。這兩路供電電源互不影響，充分防止了不同信號(hào)相互干擾的可能性，并且有效提高了計(jì)量芯片的穩(wěn)定性。

2.2.3 V9821S計(jì)量精度硬件設(shè)計(jì)

V9821S計(jì)量精度硬件設(shè)計(jì)主要是對(duì)從內(nèi)部乘法器處理采樣獲取到的電壓信號(hào)與電流信號(hào)進(jìn)行處理，各電路完成采樣后，再向內(nèi)部乘法器傳送信息，予以處理與研究，緊接著輸出與電量呈正比的脈沖信號(hào)，然后由廣電耦合器送至單片機(jī)，讓單片機(jī)結(jié)合獲取的脈沖信號(hào)予以處理，最后會(huì)顯示出用戶(hù)當(dāng)前的電量。

3 精度參數(shù)調(diào)試方法

精度參數(shù)調(diào)試重點(diǎn)采取兩點(diǎn)觀(guān)察法與粗調(diào)兩點(diǎn)調(diào)整法，其中粗調(diào)兩點(diǎn)即阻性100 % Ib調(diào)整，感性100 % Ib相位調(diào)整，兩點(diǎn)觀(guān)察是指對(duì)輕載的10 % Ib與5 % Ib這2點(diǎn)進(jìn)行觀(guān)察，應(yīng)把此類(lèi)數(shù)值的誤差控制在0.4以?xún)?nèi)。

3.1 正?；芈肪日{(diào)試

通常而言，精度調(diào)試有要求，誤差應(yīng)在0.4內(nèi)，但如果用戶(hù)有特殊的要求，那么應(yīng)按照用戶(hù)的具體要求執(zhí)行。若達(dá)到100 % Ib，調(diào)整0.1～10，使得誤差符合要求。然后觀(guān)察100 % Ib點(diǎn)誤差，若誤差大于100 % Ib誤差為0.3，在C8的位置進(jìn)行-4.7nF相位調(diào)整電容焊接，此時(shí)要確保前文提及的兩點(diǎn)誤差相差的絕對(duì)值低于0.3，緊接著不斷觀(guān)察輕載5 % Ib和10% Ib誤差是否符合要求，若不符合要求，應(yīng)重新調(diào)整0.1～10，最終確保達(dá)到要求。

3.2 竊電回路誤差調(diào)試

竊電回路的調(diào)試方式與正?；芈返恼{(diào)試方式一般是一致的，唯一的區(qū)別就在于精度調(diào)試需控制在±0.5的范圍中，相位調(diào)整電容，調(diào)整點(diǎn)是0.2～0.5。

4 單片機(jī)電量處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

當(dāng)V9821S輸出脈沖信號(hào)時(shí)，單片機(jī)接收到信號(hào)后作為數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算并顯示，之后進(jìn)行實(shí)時(shí)的電量處理，這種工作原理即數(shù)據(jù)采集。脈沖常數(shù)的設(shè)置有3種不同數(shù)值，分別為1600、3200和6400。同時(shí)，單片機(jī)的處理系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意常見(jiàn)的幾點(diǎn)問(wèn)題，象非法開(kāi)殼報(bào)警指示燈、電表在調(diào)試后，一定要把出廠(chǎng)電表的底數(shù)改為0，將看門(mén)狗設(shè)置在電表外部，對(duì)單片機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等進(jìn)行控制與監(jiān)督，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)用的科學(xué)合理性。

4.1 單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)

在進(jìn)行單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，硬件的選擇是關(guān)鍵，單片機(jī)應(yīng)選擇V9821S，存儲(chǔ)器選擇24 CO1，硬件看門(mén)狗中采用計(jì)數(shù)器4060形成1.4 s的脈沖，選擇完基礎(chǔ)硬件后，要結(jié)合I/O端口的概念與系統(tǒng)相關(guān)的規(guī)范要求，做好硬件電路設(shè)計(jì)工作。當(dāng)選用4060計(jì)數(shù)器時(shí)，會(huì)形成周期是1.4 s左右的脈沖，此時(shí)必須要對(duì)單片機(jī)程序的運(yùn)行情況進(jìn)行控制與監(jiān)督，結(jié)果為正常和異常2種形式，如果單片機(jī)程序運(yùn)行順暢，那么就會(huì)發(fā)出喂狗脈沖信號(hào)，看門(mén)狗會(huì)因此喪失效果;如果單片機(jī)程序出現(xiàn)異常問(wèn)題，那么發(fā)出無(wú)喂狗信號(hào)脈沖，這時(shí)看門(mén)狗才會(huì)發(fā)揮效用，促使單片機(jī)強(qiáng)制復(fù)位，這時(shí)單片機(jī)程序?qū)⒒謴?fù)正常。

4.2 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)大致包括讀出流程圖、主程序流程圖、顯示流程圖、數(shù)據(jù)寫(xiě)入流程圖以及中斷流程圖等，其中，在進(jìn)行應(yīng)用軟件編制之前，應(yīng)先行繪制出程序流程圖，因?yàn)槌绦蛄鞒虉D的編制十分關(guān)鍵，它直接關(guān)系到了軟件的成敗，是整個(gè)系統(tǒng)的決定因素。

參考文獻(xiàn)

[1]江嵐.電子式電能表的可靠性及改善措施研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2014.