智能反窃电系统的设计

智能反窃电系统的设计编号农春理工大学电力用户智能反窃电装置的设计The intelligentdevice designof anti-electric energystolen学生刘旭专业/班级电子信息工程/0304112指导教师孙慧莲学院电子信息工程学院2007年6月摘要窃电行为严重损害国家和电力经营企业的经济利益，危及电网的正常运行，阻碍电力工业的正常发展本论文研究设计了一种针对大型电力用户智能反窃电装置，论文的主要内容如下

1、设计了在母线电流变化时能正常工作并为系统提供稳定电压的电源

2、提出了从母线直接获取用户真实用电信号，并以此为依据判断用户是否窃电的方案并付诸实施

3、将微处理器应用到反窃电系统中，一旦用户窃电，自动记录用户窃电的详细窃电信息

4、设计了红外通讯方案，系统能通过这种通讯方式响应手持机或负控中心的指令力，使用户难以对电源进行破坏系统电源的结构框图如图

2.1示，电路原理图如图

2.2示出电源CT电源交换电路图

2.1电源电路原理框图D2图

2.2电源电路图系统电源设计中要解决两个问题，一是在母线电流较低的情况下，保证电源能够提供系统工作所需要的最低电压、电流，这要求电源CT的变比要小、损耗要小，但是满足了这个条件，母线电流增大时，电流互感器的次级输出电流成比例增大，对于同样的二次负载，功耗将增大很多，这就要求解决母线电流较大时能量的旁路和散热等问题

2.2电源CT的设计电源CT为母线式电流互感器，在结构上包括带二次绕组的铁芯及一次（母线排）与二次绕组之间的绝缘在绝缘内有为通过一次绕组（母线）的窗口（通道）5长春理工大学毕业论文

1.互感器的基本电磁关系电流互感器的等效电路图如图

2.3示，rl是初级线圈的铜阻，XI是初级线圈的漏感，将初级线圈的铜阻和漏感划出之后，就剩下一个理想铁芯线圈电路，但铁芯中仍然有能量的损耗和储放，可用等效的电阻rm和电感Xm表示，r2是折合图

2.3电流互感器的等效电路到初级的次级铜阻，X2是折合到初级的次级漏感，Zf是折合到初级的次级负载稳态运行时电势平衡和磁势平衡方程式为E,U,Ir,jX,IZ,Ir,jX2-1222222f222流过Xm的电流在铁芯内产生磁通，称此电流为励磁电流电流互感器在正常运行时，其次级阻抗Zf较小，绕组电势很小，磁通密度较低随着负载阻抗增加，感应铁芯磁通密度相应增大，增大到一定程度，铁芯出现饱和此时电流互感器的次级输出电流除了基波外有一系列的奇次谐波在测量过程中发现其奇次谐波所占的能量比重随着饱和程度的增加而增大电流互感器饱和后，铁芯耗损和温升提高，影响铁芯的正常工作，甚至有可能破坏高压绝缘，同时谐波的产生也对电子器件的正常工作产生影响在高饱和后铁芯会残留较大的剩磁，使测量用互感器的精度降低

2.电流互感器铁芯的选择电源的设计是要保证反窃电主机能适应母线电流变化较大的情况当母线电流较低时，要保证系统能正常工作，互感器的次级必须要有足够的输出，根据式2-1,互感器铁芯的损耗应该越小越好系统中的电流互感器铁芯是选用RRound型铁芯

3.互感器二次线圈的设计互感器二次线圈的设计主要是线圈匝数的确定和绕线类型的选择

1、线圈匝数的确定系统在正常工作时需要的是5V电压提供30A电流，这要求互感器的输出电流不能m低于30mA考虑到集成稳压器的输入输出压差，互感器的输出电压不能低于9V同时，互感器得输出电流、电压不能过大，否则后继处理电路功耗增加，影响电路的正常工作系统中选用的电流互感器二次线圈的匝数为140匝电源互感器的二次线圈铜芯截面积的确定主要取决于热计算，铜导线长期工作的电流密度应限制在2~3A/mm之内在应用中，根据不同的用户，线圈的匝数和铜线的型号可以适当变化6长春理工大学毕业论文

4.3电源电路设计电源电路要保证在互感器电流变化时，特别是在互感器二次电流较大时，电源能为系统提供稳定的5V电压电源电路图已经在图

2.2中给出电流互感器CT的二次电流经过整流桥Bl整流、电容Cl,C2,C3滤波后送入后面的稳压电路主机在与手持机或负控终端进行通讯时，瞬时功耗将增加一倍多，电容C1,C2主要起储能作用，使系统在母线电流较低时5A左右主机能正常进行与手持机或负控终端进行通讯D是多个二极管串联，可以起到限压的作用，在母线上的电流较大时保护整个电路，此时D为电路中的主要耗能部分，在封装时D与系统的线路板分开，单独散热，系统中的其它部分不受影响电容C3,C4,C5的作用是抑制电源的纹波在大电容C5存在的情况下，必须使用二极管D2以保护稳压块7805TV SS为瞬时电压浪涌抑制器，当受到瞬态高能量冲击时，能吸收能量高达12数千瓦的浪涌，响应时间10秒，将两极之间的电压钳位于一个定值这个器件在电路中的主要作用是防止电网瞬间过压或受到雷击对后面电路的危害7长春理工大学毕业论文第三章用户窃电的判断本章在分析了电能表结构、工作原理和电力用户常见窃电方法的基础上给出部分，首先是电能表的工作原理，了常见各种窃电手段的判别方法整章共分为4接着是电力用户的常见窃电手法，第三部分是母线电流信号的采集，最后是各种常见窃电手段的分析和判断

3.1电能表的工作原理从结构上看，目前电力用户用电的计量装置广泛使用的是感应式电能表单相感应式电能表的测量机构是根据两个在空间上和时间上都有相位差的交变磁场相互作用产生力矩的原理制成的其主要部分包括受电压控制的并联电磁铁、受电流控制的串联电磁铁、能够转动的铝盘、制动磁铁、积算机构等电磁铁是由磁导体和线圈组成并联电磁铁的线圈匝数较多（约为8000,12000匝），导线很细，感抗较大，与负载并联接入电路，可以承受电路全部电压,称为电压线圈；串联电磁铁上的线圈，匝数较少，导线较粗，与负载串联接入电路，全部负载电流都通过它，称为电流线圈电压线圈与电流线圈同时作用，产生的交变磁场可以推动铝盘转动，其转速与电路的功率成正比由于电能等于功率乘时间，所以转速乘时间所得到的铝盘转过的圈数，可以表示电能的大小在电能表中，通过蜗轮、小齿轮、滚轮等组成的积算系统，将圈数直接用数码表示出来，乘上相应的系数就是电路所消耗的能量感应式单相电能表的接线原理图如图

3.1示:零线图

3.1单相感应式电能表的接线原理图随着电能计量技术的发展，电子式电能表己经出现并得到越来越广泛的应用现在市场上存在的电子式电能表有两种，一种是在原来感应式电能表的基础上，通过计数电路记录铝盘转过的圈数，再由液晶显示电能;另外一种是全电子式，是通过计算电路或微处理器对电压线圈、电流线圈所得到的电路电压、电流信号进行积分得到用户所用电能电子式电能表的信号获取方式与感应式电能表类似对于三相三线制电路，可以用两只单相电能表测量其消耗的电能，也可以用8长春理工大学毕业论文一只三相二元件电能表进行测量，其中以用三相二元件电能表比较普遍图

3.2为三相二元件电能表的接线原理图，图中第一元件左边电流线圈在A相上，电压线圈跨接在AB相;第二元件右边的电流线圈在C相上，电压线圈跨接CB相图

3.2三相三线二元件电能表接线原理图三相三线二元件电能表实际上是两只单相电能表的组合将两个元件单独考虑第一元件所测得的功率瞬时值为P,UI,U,UI3-1labaaba第二元件所测得的功率瞬时值为P,UI,U,UI3-22abccbc电能表测得的总功率为二元件所测得的功率之和:P,P,P,UL UI,UI,I3-312aaccbac因为三相三线制各相电流瞬时值之和为0,即I,I,1,03-4abc所以，式3-3可以化为P,P,P,UL ULUI3-512aabbcc由式3-5可以看出，无论电压是否对称，负载是否平衡，三相二元件电能表所测得的瞬时功率为三相瞬时功率之和再对时间进行累积就可以得到三相电路的耗电能大型电力用户所安装的电能表是高压高供型电能表，电能表的电压线圈是通过电压互感器接入电路，电流线圈是通过电流互感器接入电路本论文中所讨论的反窃电措施主要是针对这种电能表而言

3.2常见的窃电方法9长春理工大学毕业论文窃电行为包括

1、在供电企业的供电设施上，擅自接线用电；

2、伪造或开启法定的或者授权的计量检定；

3、故意损坏供电企业的供电计量装置；

4、故意使供电企业的用电装置失效理论上高压高供型电能表接错线的种数有4071种（不包括能损坏电能表的接线）,而这些接线中绝大部分能导致电能计量损失现实中，由于PT和CT装在高压母线侧，用户一般直接在PT,CT上直接操作，而电力部门的突击检查和严厉处罚使用户一般不采用操作非常复杂的窃电手段现场电能表计量柜中留有供电能表检定时串入标准电能表的端子排，用户的大多数窃电操作都是在这些端子排和端子排与电能表之间的连线上据电能计量部门统计，现场常见的窃电方法有以下两类

1、电压型窃电，常见的是将PT断路这包括断A,B,C三相电压中的一相、两相甚至三相最简单的做法是将电压引入端子排上的端子松动，或者暗中将引入电能表的引线折断

2、电流型窃电，常见的是将CT短路或将CT与电能表的连线暗中折断，使电流互感器二次输出电流不经过电能表造成电能计量的损失在这种窃电手法中，还有一种特殊的B相电流窃电，是断开A,C两相电流互感器公共端与地线的连接本论文设计的反窃电装置就是针对这两种类型的窃电方法

3.3母线电流信号采样母线电流信号的采集为后面判断是否有电流型窃电提供基准，并且是系统计算用户参考窃电量的依据图

3.3是母线电流采样电路图中的运放Tl-A是用作放大，T1-B用作峰值保持器，T1-C用作电压跟随器，T1-D用作比较器电流互感器CT2挂在高压母线侧，其次级电流通过取样电阻R1转变成电压，再经过放大电路进行放大，因为运放为单电源供电，所以它的输出是半波正弦，这个信号通过峰值保持电路，转换成峰值，如果不考虑漏电流对峰值保持电路的影响，在母线电流不变的情况下，峰值保持电路的输出电压应该为一条直线，系统中用这个信号来计算参考窃电量这个电压经过分压后得到的参考电压Ef是用来判断是否有电流型窃电的基准10长春理工大学毕业论文R19图

3.3母线电流采样电路

1、电流互感器的设计为了固化、安装的方便，电流互感器CT2的铁芯仍选用和电源电流互感器相同的铁芯这部分电路采集的信号用作比较基准和进行AD转换计算电量，要求的精度比较高，互感器CT2属于测量用互感器为了保证互感器的精度，互感器次级的输出电压最大值受到次级线圈匝数的限制考虑到采样、放大的精度，当然互感器的输出电压稍高一些好，这样需要增加次级线圈的匝数，但同时次级电流下降，导致取样电阻增大，这样抗干扰性同样降低综合考虑上述两种因素，取次级匝数为60匝，取样电阻为

0.1/5肌这样次级线圈允许输出的电压为

0.6伏，而在母线电流在0,300A变化时，互感器的次级输出电流将在0,5A之间变化，这样取样电阻的输出电压将在0,

0.5V之间变化，取样电阻的功率将在0,

2.5W之间变化如果要适应额定电流更大的配电所，可以增加次级线圈的匝数或减小取样电阻的阻值电路中的T1-B部分是一个峰值跟随器在电路运行过程中，如果同相输入端的电压高于反相输入端电压，运放的输出为高电平，经过二极管DH给储能电容C10充电，如果运放同相输入低于反相输入，运放的输出为低电平，这时C10将通过R20进行放电由于二极管的反相漏电流ID、运放的Tl-B,T1-C的输入电流IA、电容器C10的漏电流、R20的放电电流IR的存在，峰值跟随器的输出不能绝对等于运放同相输入端的峰值电压但通过选择合适的器件，二极管选开关二极管、电容器选聚四氟乙烯电容器可以使二极管和电容的漏电降到很低（几个P A）,而运放11长春理工大学毕业论文TLC2254的输入端电流只有IpA,可以使二极管、电容器、运放对峰植跟随的影响降到很低R20是为了在输入端电压降低时，给电容器CIO提供一个放电回路，由于电网上的电流属于缓慢变化信号，并且系统对峰值保持的响应速度的要求也不苛刻，这个电阻选择阻值较大的电阻实际选择这个电阻的阻值为200K,这样可以减少电容器的放电电流，提高峰值保持的精度峰值跟随器的输出经过电压跟随器之后，经过可调电阻W1分压后，输出的电压作为判断用户是否有电流型窃电的比较基准

3.4用户窃电方法的判别本节可以分为三部分，第一部分是电压型窃电的判断，第二部分是电流型窃电的判断，第三部分是用户窃电信号的产生

3.

4.1电压型窃电电压型窃电的判别图

3.4为判断是否有A相电压窃电的电路图

3.4A相电压窃电判断电路从电能表Av,Bv取出的线电压Uab,在用户正常用电的情况下这个电压应该为100V,4N25为光耦,除了隔离作用之外，还起到电平转换的作用R9,R10组成一个分压电路，通过对电源电压分压得到一个基准电压，光耦的输出电压与基准电压进行比较，适当选取R

7、R

8、R

9、R10的值，可以使电路在用户正常用电情况下R8两端的电压高于R10两端电压，比较器LM339的输出为低电平如果用户

5、实现了整个系统结构的一体化方案关键词电源电能表微处理器AbstractElectric energystolen isgreatly harmfulto thebenefit ofour countryandelectric enterprises,endangers thenormal operationof electricnetworkand impedesthe developmentof electricindustry.In thispaper,anintelligent devicefor anti-electric energystolen is designed.The maincontentsof thepaper areas follows:

1.The devicepower,which isspecially designed,can stablyand normallyworkwith changingcurrent inthe high voltage power-line.

2.It ispresented thatthe signalof electricconsumption ofusers canbeacquired directlyfrom thehighvoltagepower-line.Whether theuser stealselectricenergy ornot canbe distinguishedby thesignal.

3.The micro-processor isutilized inthe device.Depending onthemicro-processor,the devicecan recordinformation ofthe energystolenaction.

4.One communicationway,the infrared,isdesignedfor thedevice.Thedevice cancommunicate withportable controllerand load-control-centerthrough theway

5.Integration ofthe wholesystem isrealized.Key words:power powermeter micro-processor长春理工大学毕业论文采用A相电压窃电方式，断开电能表的A相电压，Uab由100V下降为0V而使R8两端电压降低，低于R10两端电压，LM339输出高电平，这个信号将通过一个或门通知单片机用户正在窃电C相电压窃电判断的电路图如

3.5示，其原理和图

3.4完全相同，这里不再赘述12长春理工大学毕业论文R14Die图

3.5C相电压窃电判断电路图

3.6为判断是否有B相电压窃电的电图

3.6B相电压窃电判断电路当用户正常用电时，图中的Av,Bv之间的电压和Cv,Bv之间的电压都100V如果用户断开电能表Bv端子与PT公共端的连接，相当于Av与Cv直接串联，则Av,Bv之间的电压变为50V,同样Cv,Bv之间的电压也下降为50V根据这两个数据，调整图中各元件的参数，使得在正常情脱下，LM339的两路输出都为低电平，这样通过由二极管DI、D5组成的与门之后输出仍然为低电平，D2不导通，D3和D4都输出低电平，表示用户没有进行这种类型的窃电当Av,Bv之间和Cv,Bv之间的电压同时降为50V以下时，LM339-A、LM339-B两路同时输出高电平，通过与门之后输出高电平，D2导通，D3和D4的输出变为高电平表示用户正在窃电当用户只断开A相电压或者只断开B相电压时，相当于LM339的两路中只有一路为高电平，通过与门之后为低电平所以单纯的断开A、C两相电压中的一相窃电不影响B相电压窃电判断电路的输出13长春理工大学毕业论文

3.

4.2电流型窃电电流型窃电的判断图

3.7为A相电流型窃电的判断电路，图

3.8为C相电流型窃电的判断电路这两个电路完全相同都是从电能表的电流端子上直接取来电流线圈上的电压，将这个电压放大后，利用其峰值与从母线上取来的参考电压Ef进行比较，当用户正常用电时，电能表的CT的电流全部流过电能表的电流线圈，通过选择电路中元件的值，可以使T2-BT3-B的输出电压大于Ef;当用户短接电能表的电流端子时，电能表电流端子两端电压降低，这时可以使T2-C T3-C的输出电压小于Ef,可以使T2-DT3-D输出高电平，表示用户正在窃电R22图

3.7判断是否A相电流窃电电路14长春理工大学毕业论文R27图

3.8判断是否C相电流窃电电路B相电流窃电比较特殊图

3.9a是在正常接线时电能表电流端子的实际接线图A CA COa正常接线状态b B相电流窃电时接线状态图

3.9电能表电流线圈接线端子接线状态将电能表的两个元件的电流线圈通过一根导线与接线板上的D点相连如果将R点与电能表的电流线圈的公共端切断之后，就是B相电流窃电B相窃电相当于将仃1,CT2,II,12串联在这种窃电手段的判断上，是在电能表的两个测量元件的电流入端的引线L1和L2上加一个小的电流互感器CTH,这样在用户正常用电时，LI、L2上经过相位为2n/3的电流，根据三相平衡原理，流过电流互感器CTH的电流I就会在CTH的次级感应出电流来而在图

3.9b的接线中，H和12相等，这样实际通过电流互感器的电流为0,此时在电流互感器的次级就没有感应电流产生这样，实际上CTH在用户进行B相电流窃电时的现象与短路A相电流或B相电流的15长春理工大学毕业论文现象相同，可以用相同的电路来判断

3.

4.3窃电信号的产生这部分从整体上来看是一个由二极管组成的或门，见图

3.10它根据前面得到的电流窃电和电压窃电信号，向微处理器提供一个用户窃电信号只要前面的窃电判断电路有一路输出高电平，这个电路将输出高电平另外这部分电路设计中还要考虑用户母线电流不足的情况下使微处理器不要发生误记电路原理图如图

3.10G A1D1»Cl•Al1»B I1»CJ1»图

3.10总窃电信号产生电路图中的Al,Bl一直到cn等点是前面的电压型、电流型窃电的窃电信号经过二极管的输出在用户没有窃电的情况下，这六路全为低电平，这样三极管T1截止，三极管T2导通，使运放T3的同相输入端为低电平，T3输出低电平;六路中只要有一路输出高电平，T1导通，其集电极电平为低，T2截止，这样可以事先选择R69,R70,R71,R72的值，使T3的同相输入电压大于反相输入电压，这样运放输出高电平表示用户正在窃电，单片机检测到这个信号后，再根据上面六个具体电位来判断用户的具体窃电方式电容C是为了对窃电信号进行延时，以免发生误判断图中信号G是根据母线电流给出的信号，当母线电流大于4A时，G为1,这时它对后面的电路不产生影响;当母线电流小于4A时，G为0,这时无论前面窃电信号如何，系统将不给出窃电信号，因为此时由于系统电源电压不足，单片机、DS12887A有可能工作在临界状态,不能正常记录窃电信息这样就可以保证单片机记录窃电信息的准确16长春理工大学毕业论文第四章微处理器部分设计微处理器部分的主要功能是记录用户每次窃电的起始时间、窃电方式、结束时间，计算用户在这段时间的参考用电量，并能通过红外响应手持机或负控中心的命令本章包括三部分，首先是微处理器部分的硬件电路设计，第二部分是软件设计,第三部分是系统通讯部分的设计

4.1硬件电路微处理器硬件电路的设计原则是在保证系统功能和可靠性的前提下，尽量降低整个系统的功耗，减少元器件的数量，减少电路板的面积以利于最后的固化这部分电路包括单片机、存储器、A/D转换器、时钟芯片、红外收发电路等电路中使用的大部分芯片为CMOS芯片，功耗比较大的部分（A/D转换、存储器）都使用了串行芯片图

4.1为这部分的电路框图，图

4.2为电路原理图存储器实时时钟母线电流侑号外接收ir嫩处理器基准淑红外发射用户日电信号看门宛图

4.1微处理器部分电路框图17长春理工大学毕业论文ATBZgSl电肛aA3s atU■032QQ51AD噌6I2CSWOT-TLCS49HWKECE WE-千一Q rrs/M»»「出出•I--------L史EJT图

4.2微处理器部分电路图电路主要由AT87F51,X25045,TLC549,DS12887A组成

1.AT87F51为系统的主处理器AT87F51为CHMOS芯片，允许电压的波动范围为5V20%;内部带有4K程序存储器ROM和128B数据存储器RAM;通过编程选定，最多可有32根I/O口线;有两根口线可作为全双工串行口，可通过编程选择四种通讯方式;有两个16位定时计数器，每个定时器具有四种工作方式;有五个中断源，可分为两个优先级，每个中断的优先级是可以编程选定的；内部RAM中开辟了4组通用工作寄存器区，每组8个通用寄存器，能适应多个中断和子程序嵌套的情况;有功能强大的布尔处理器;有丰富的寻址方式和指令系统，使用方便;最重要的是，87F51支持等待工作方式，在等待工作方式下，单片机本身消耗的电流由正常的16mA5V12MHz降低为

3.7mA,中断及硬件复位均可终止等待方式

2.X25045是EEPROM器件，把微处理器外围器件最基本的三种功能看门狗定时器、复位控制和EEPROM集成在单个8引脚封装的CMOS器件内，将电源监控和看门狗定时功能与高速、三线、非易失性存储器组合在一起，降低了系统对电路板空间的要求其存储器部分是4096位串行EEPROM,具有简单的三总线工作的串行外设接口SPL提供了不小于100,000次的使用期限和最少100年的数据保存期X25045通过四根线片选信号CS、时钟CLK、数据输出SO、数据输入SI与单片机连接o18长春理工大学毕业论文

3.TLC549是以8位电容逐次逼近AID转换器为基础而构造的CMOSA/D转换器能通过3态数据输出与微处理器或外围设备串行接口TLC549仅用输入/输出时钟I/O CLOCK和芯片选择CS输入做数据控制其I/OCLOCK输入频率最高可达

1.1MHzTLC549提供了内部系统时钟，它通常工作在4MHz而不需要任何外部元件I/OCLOCK和内部时钟一起可以实现高速数据传送和每秒40,000次转换的转换速度TLC549能在3V至6V的宽电压范围下工作，最大消耗电流为3mA,不可调整误差最大为士

0.5LSB,是较理想的低成本、高性能的A/D转换器件TLC549只需要片选信号CS、时钟CLK、数据输出OUT三根口线与单片机相连

4.DS12887A是一个双列24脚实时时钟芯片内部带有埋电池、振荡晶体、写保护电路、非易失性记时时钟、静态RAM、报警时钟、百年日历、可编程方波发生器通过MOT脚的电平选择可以选择与51系列单片机兼容的总线方式当外部输入电压高于

4.25V时，DS12887正常工作；当外部输入电压低于

4.25V时，无论外部片选信号的高低，DS12887的片选被强制置成无效，内部RAM被写保护，此时所有输入无效外部电压降到3V以下时，外部电压被断开，由内部锂电池给实时时钟和内部RAM供电，以保证时钟的正确性系统软件的总体结构系统的软件部分是由系统初始化模块、系统监控模块和系统动作模块三个部分组成按照作用的不同，系统的监控模块和动作模块可以分为三个层次，图

4.3是ACT4系统的监控软件和动作程序的结构框图图

4.3系统软件整体结构框图故我SL序\CTI ACT2ACI3ACTS ACT619长春理工大学毕业论文图

4.3中的监控程序为管理层，作为系统的管理核心，用来调度和管理各项任务ACT1,ACT8是系统的8个主要动作模块，包括窃电开始处理模块、窃电继续处理模块、窃电结束处理模块、读系统时间模块、修改系统时钟模块、读窃电记录模块、读窃电状态模块、清除记录模块，这些模块作为系统的任务层，程序运行过程中,监控程序根据运行状态或外部的命令执行相应的动作模块上述的动作模块由支撑层的5个主要任务模块提供各种功能支持，这5个任务模块有X25045读写模块电量采集模块系统时钟控制模块红外指令接收模块红外数据发送模块，其中每个模块还可以分为几个更小的模块

4.

2.2单片机的软件流程单片机在复位后，根据用户现在的用电状态（有无窃电）和从X25045读出的用户以前的用电状态，判断执行下面四种主要动作模块中的一个:窃电开始、窃电结束、继续窃电、继续无窃电相应的动作模块处理结束以后，根据当时的内部情况和外部状态，设置相应的唤醒方式，通过软件设置使微处理器进入节电运行状态等待相应时间后，由定时中断或X25045将单片机唤醒，重复执行下一个周期图

4.4是系统软件的流程图用户当Uq至电定时中■电开始无祝也断兴电a以唤«轶缺事恢醒▼迸入节电运行状海迎入号电运行状有图

4.4系统软件流程图单片机进入等待工作方式后，内部时钟信号仍然供给中断系统、定时/计数器和串行口系统在有窃电时的定时中断唤醒就是利用了单片机的这一特点在20长春理工大学毕业论文用户无窃电时使用的X25045唤醒是利用了X25045的定时复位功能，通过复位将单片机唤醒之所以在不同场合用两种唤醒方式，是为了更方便的确定系统当时的运行状态，并且X25045的唤醒时间有一定的误差，不能用在有窃电时参考窃电量的计算，在用户无窃电时单片机定时复位，能提高单片机运行的可靠性第一章绪论

11.2反窃电技术研究的现状

11.3论文的选题和主要内容

21.4论文的技术路线3第二章电源设计

52.1概述

52.2电源CT的设计

2.3电源电路设计7第三章用户窃电的判断窃电信息的记录图

4.5窃电开始模块流程图图

4.6窃电继续模块流程图系统记录的用户窃电信息主要是指用户的总窃电次数、用户当前的窃电状态（有无窃电）和用户每一次窃电的起始时间（5字节）、参考窃电量（4字节）、窃电方式（1字节）、结束时间（5字节），其中用户的窃电起始时间和结束时间精确到分，参考窃电量的值为一个比例量，手持机或负控中心读得这一数据后乘一个系数后能得到用户的参考窃电量（千瓦时）这些信息全部存储在串行EEPROM X25045中与用户窃电信息记录有关的有3个动作模块:窃电开始模块、继续窃电模块和窃电结束模块监控模块可以根据当时的具体情况，调用这3个模块中的一个图

4.5,

4.6,

4.7是这三个模块的流程图这三个模块再加上无窃电继续模块就构成了系统软件的主干无窃电继续模块比较简单，这里不再赘述21模块开始JR加参考窃电量修改窃电结束时间置无窃电标志模块结束当单片机检测到用户开始窃电时，生成一条窃电记录，写入X25045中这条窃电记录中的窃电开始时间和窃电结束时间相等，参考窃电量为0此后，只要用户继续窃电，单片机将对母线上的电流进行累加，并在每三分钟结束时刷新一次参考窃电量和窃电结束时间如果此时用户的窃电方式发生改变，也将当前的窃电方式加入到以前的窃电方式中在用户窃电结束时的主要工作是修改用户的用电状态标记为无窃电在继续窃电模块中，窃电结束时间、参考窃电量是被不断刷写而不是在窃电结束时一次性写入，这种做法的优点是能保证在电压不足或干扰导致RAM数据丢失的情况下，系统不会误记窃电结束时间，也不会丢失过多的窃电量，缺点是每一条记录的窃电结束图

4.7窃电结束模块流程图时间、参考窃电量被重新刷写的频率比较频繁，但X25045的每一字节的写入次数有一定的限度为了延长X25045的寿命，在X25045中使用三个地址做为指针1FFH1F8H1F0H,通过三一二表决方式确定一个记录指针来标记记录信息在X25045中的起始位置，每一次删除记录后，这三个指针同时加5,这样避免了X25045的同一个位置被频繁改写由于三个指针在X25045中的位置不连续，同时有两位数据被破坏的概率很小，这样对系统可靠性的影响不大，但却极大的延长系统的寿命X25045的ROM为512字节，除去必需的数据和标志外，可以存储32条窃电记录向X25045中写入一个字节，应首先向X25045发出WREN指令将X25045的“写使能”锁存器置位在发送WREN指令过程中，CS首先被拉至低电平，然后WREN指令由时钟同步送入X25045,在指令的所有8位被发送之后，将CS变为高电平，如果在WREN指令后不把CS拉为高电平，那么写操作将被忽略接着将CS变低，随同步时钟发出WRITE指令，之后保持CS为低电平，继续提供时钟，将1至4个字节随时钟发出，在程序中完成一个字节的读写约为400a，如果一次写入一页4个字节，平均每一位的写入时间约为250的从X25045读出一个字节，只要将CS变低，随时钟发出读命令和要读出字节的地址，继续保持CS并提供时钟，要读出字节的内容将随时钟出现在X25045的SO引脚上

4.

2.4系统时钟的操作在用户的窃电信息中，窃电开始时间、窃电结束时间是一条窃电记录中比较22长春理工大学毕业论文重要的数据系统时间的操作有两个主要部分，首先是在发现用户窃电时，单片机从DS12887中读取系统时间，其次就是能根据外部指令读取和校正系统当前时间这部分软件编写的基础是对DS12887的操作DS12887自身有地址/数据复用总线，单片机对时间的操作实际上是对DS12887内的RAM映象进行操作在修改系统时间时，为了避免出错，应将DS12887中寄存器B的SET位置位;而在读系统时钟时，为了避免读出的时间高低字节不一致，要利用寄存器A中的UIP位在UIP位变高以后，至少有244a的时间读取数据

4.

2.5参考窃电量的计算系统记录用户的参考窃电量，实际上是记录用户在窃电时间内的参考用电量，以给电力部门的追缴电费和处罚提供客观的依据无论负载是星型连接还是三角形连接，三相总功率必定等于各相有功功率之和O在实际应用中，由于系统所给出的窃电量只是电力部门对窃电用户进行处罚的参考，所以在实际计算用户窃电时的参考用电量，是用下面的公式W,3UI4-1其中，U为母线的相电压10kV,I为C相上的相电流

4.3数据通讯反窃电主机安装在10kV母线侧，必须要采用一种安全、可靠的数据通讯手段系统中运用的数据传送方式是红外无线数据通讯，这种通讯方式受电磁干扰的影响较小，主要用在I型机中与手持机通讯

1、红外通讯中的调制发射在红外发送过程中，单片机通过定时中断方式，由TO发出频率为40kHz的方波,将同时从单片机TXD脚发出的串行数据调制到红外区，调制后的信号通过三极管驱动发光二极管

2、红外通讯中的数据接收红外接收器使用的是家电用的PH302,其受光面积为9mm,内部有放大、滤波、整形电路，输出的串行脉冲可直接与单片机串行输入引脚RXD连接由于接收部分放大倍率高，必须用铁壳封闭以防止外界自然光的干扰，在应用中，这个铁壳必须良好接地

3、通讯协议通讯过程中主机发送给手持机的是数据信息，为了减少主机的工作量和发送时间，主机发送给手持机的数据只进行每五个数据的加和校验，手持机接受到数据验证校验码正确就接受所收到的数据当手持机发现校验错误时，给出报警，提示操作人员重复前一次操作手持机发送给主机的数据是指令，为了避免主机出现误动作，必须保证主机23长春理工大学毕业论文接收命令的准确性在通讯过程中，手持机发送给主机的任何一个命令都包括6个字节，前5个字节相同，第6个字节为这条指令的校验码主机接收到命令，在验证连续5个字节相等并且校验码正确后，才进行相应的动作24长春理工大学毕业论文第五章总结本论文研究设计的反窃电装置包括电源部分、用户窃电判断部分、微处理器处理部分，论文的主要完成的工作如下

1、实现了从高压侧取电源的思想设计的系统电源在母线电流较低和较高的情况下，都可以稳定工作，为系统提供所需的工作电源

2、实现了从高压侧获取用户真实用电信号，并利用这个信号判断用户是否进行电流型窃电，利用基准电压判断用户是否进行电压型窃电，解决了以前反窃电装置普遍存在的“自己比自己”的问题

3、将微处理器运用到了反窃电系统中，记录用户每次窃电的开始时间、参考窃电量、窃电方式、结束时间、设计了红外通讯方案，微处理器可以通过这种通讯方式与手持机或负控中心进行通讯，实现了用户窃电信息自动抄录

4、通过对系统各部分的设计，实现了系统一体化结构的方案，解决以前的反窃电装置自我防护能力差的问题还有以下两个方面的研究需要进一步进行

1、现在的反窃电仪在固化后只能适应一种类型的CT,针对不同的CT变比，需要在固化之前调节电路参数应当进一步研究能通过手持机或负控中心调节主机某些参数的方法，使主机能适应不同类型的CT

2、现在的反窃电装置是利用模拟方式采集电能表记录的用户窃电信息，安装比较复杂随着电能表的发展，一些电能表能利用脉冲直接输出用户用电信号，反窃电装置应该有效的利用这些条件，通过数字采样用户的用电信号25长春理工大学毕业论文参考文献

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[14]唐文运用于红外通讯的红外传输系统的设计电子技术应用

1996.326长春理工大学毕业论文致谢本论文是在孙慧莲导师的悉心指导下完成的，论文中的每一点进步都凝聚着孙老师的心血孙老师宽广渊博的知识、严谨扎实的科研作风给学生留下了深刻的印象，也必将使学生受益终生值论文完成之即，衷心感谢孙老师对学生付出的辛苦和教诲同时我还要感谢那些在本论文撰写过程中，关心和帮助过我的老师和同学们〜

273.1电能表的工作原理

8.

3.2常见的窃电方法

93.3母线电流信号采样

103.4用户窃电方法的判别12第四章微处理器部分设计

174.1硬件电路

174.2软件设计

194.3数据通讯23第五章总结25参考文献2627I长春理工大学毕业论文第一章绪论

1.1反窃电技术研究的意义电是商品我国电力法的颁布，明确了供用电双方的权利和义务，使电力市场走上规范化、法制化的道路用户用电必须按照国家核准的电价和计量装置的记录按时交纳电费窃电是一种违法犯罪行为，禁止任何单位和个人非法侵占、使用电能但是在现实生活中一些企业和个人受非法获利思想的驱使进行窃电以达到少缴纳电费甚至不缴纳电费的目的，国家和电力经营企业因此蒙受了巨大的经济损失随着供电部门对窃电行为的严肃查处，窃电用户的窃电行为越来越隐蔽而电力部门仅能对一些具有窃电嫌疑的电力用户实行突击检查，不可能对所有用户进行全天监察查电者在明处，窃电者在暗处，一些用户在电力部门检查之前恢复正常计量，在稽查人员离开之后又开始窃电，还有的用户的窃电行为非常隐蔽，稽查人员无法发现

1.2反窃电技术研究的现状窃电行为给国家、社会造成了巨大的危害，许多研究部门开发了各种反窃电装置，针对使用不同类型电能表的电力用户，有不同结构的反窃电装置下面介绍的两种典型的反窃电装置是专门用于大型电力用户的高压高供型电能表

1、三相防窃电器该仪器属于国家实用新型专利图L1是该装置的原理图在该三相防窃电仪的外壳内，设置三相检测电流互感器CT

2、CTH为外加的三相检流互感器，CTG为原有的计量电流互感器，CTH和CTG的电流均穿过三相CT2进行半波比较CT2的三个输出线圈又与运放血比较电路N,延时电路T和执行机构G相连，实现对窃电次数的累计通过选择CTH的初级次级电流匝数之比，在用户正常用电的情况下，CTH和CTG的输出电流相等，由于二者方向相反，相当于CT2的初级输入电流为零，这样CT2的输出电流为零，表示用户没有窃电当用户跨表接线进行窃电时，CTG的次级输出电流减小，CTH和CTG的输出电流不相等，C T2的次级将有感应电流输出，CT2的输出信号经M,N,T驱动G工作，由计数器和计时器记录窃电次数和窃电时间1长春理工大学毕业论文图

1.1三相防窃电器原理框图

2、电能表电压、电流回路实时检测器这种装置判断电流型窃电的基本原理是检测电能表的电流线圈所流过的三相电流之和，当电流线圈上的三相电流之和不为零时，认为用户存在着电流型窃电电压型窃电的检测原理与电流型窃电检测的原理相似综合以上两种反窃电装置和其它反窃电措施，经仔细分析，现存的反窃电装置主要存在着以下几方面的不足:

1、在检测比较手段上存在着“自己比自己”的弱点，也就是说用作比较基准的信号或者是直接是要检测的信号，或者是通过相同位置上的CT取过来的信号，在用户的某些窃电方式下容易失去比较基准，不能进行正确判断，造成功能上的缺陷O

2、检测仪安装在低压侧，并且其电源取自低压电网或电能表的测量PT,容易受到人为破坏或者在用户断路PT时失去工作电源

3、功能单一，仅能记录用户的总窃电次数和总窃电时间，无法记录用户每次窃电的具体窃电情况

4、现存的反窃电装置的用户窃电信息使用手工抄录方式，有许多缺点可见，开发具有自动进行窃电信息抄录的反窃电装置是十分必要的

1.3论文的选题和主要内容要同窃电行为做斗争，迫切需要各种功能齐全的反窃电装置在论文中分5部分对反窃电装置的研制做详细阐述2长春理工大学毕业论文第一章绪论介绍了反窃电技术研究的重要性、发展现状，提出了论文的技术路线和装置的总体结构第二章电源设计的主要内容是电源CT、电源电路的设计第三章用户窃电的判断在简述电能表工作原理，介绍常见窃电手法的基础上给出了电流型窃电和电压型窃电的判断方法第四章微处理器部分设计从硬件和软件两方面介绍了微处理器部分的设计第五章为总结

1.4论文的技术路线根据以上的分析，本论文研究的反窃电装置采用以下的技术路线⑴同时在高压侧和低压电表侧采集用户用电的真实信号和电表记录的用户用电信号，二者进行比较判断用户是否窃电2供电电源从高压母线获取只要用户用电，母线中有电流，系统电源便可为系统供电使系统正常工作，用户不用电，系统失去电源，此时用户也不存在窃电情况3窃电仪使用红外数据传送方式，使用这种方式进行通讯的反窃电仪为I型机,安装在没有负控终端的配电室内，考虑到现场使用情况，I型机的分为主机与分机两部分，主机挂在用户高压侧用于检测记录用户的窃电情况，分机为手持式、汉字显示，主机和分机可以通过红外进行数据传输通过地址编码，一台分机可以读取多台主机的数据，以降低单机平均成本4一体化模块式结构为了防止人为破坏和确保安全可靠，将主机部分用高绝缘性能的树脂30kV/mm固化为一体安装在用户的高压侧，使用户无法对主机做手脚

1.5系统的总体设计图

1.2是反窃电系统主机的原理结构框图系统的工作原理可以简述为:利用电源CT从高压母线感应出电流，通过电源变换电路为系统的其余部分提供+5V的工作电源同时通过采样CT从高压母线上获取用户用电的真实电流信号，以这个信号作为基准，与从用户电能表侧取得的电能表记录的用户的电流信号进行比较,当从电能表侧取得的信号小于从母线上取得的信号时，认为用户正在进行电流型窃电;系统对用户是否进行电压型窃电的判别是通过从用户电能表侧取得的电压信号与基准电压比较，当用户电能表侧的信号小于基准电压时，认为用户正在电压型窃电当判断用户有窃电时，微处理器根据系统的实时时钟的时间记录用户的窃电开始时间和窃电方式，根据采样CT的信号计算用户窃电时的参考用电量，在用户窃电结束时记录用户窃电的结束时间，并随时响应手持机或负控中心发出的指令，将用户的窃电信自、发送3长春理工大学毕业论文给手持机或负控中心则CT AD舜我■及CT寻思电篮费卜信弓来拜信号处理通讯部分此成外双败八图

1.2反窃电主机原理图4长春理工大学毕业论文第二章电源设计系统电源要保证在母线电流变化时，能正常提供后续电路工作所需要的+5V部分对电源的设计进行叙述，第一部分是整体概述，第二部分电源本章共分是电源CT的设计，第三部分是电源变换电路的设计

2.1概述系统的电源主要由两部分组成电源CT和电源变换电路这两部分是和后面的检测处理电路固化在一起，安装在高压母线侧，这样可以提高电源的的自我保护能a«。