基于ADE7755芯片的居民用电能表新型窃电方式的计量分析

沈明炎肖娜丽许惠锋/ . 福建省计量科学研究院， . 漳州科能电器有限公司

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基于ADE7755芯片的居民用电能表新型窃电方式的计量分析

沈明炎1肖娜丽1许惠锋2/ 1. 福建省计量科学研究院， 2. 漳州科能电器有限公司

以电能表结构和电能计量芯片ADE7755为基础，结合电能表现场校验原理和反窃电经验，分析了基于ADE7755的电子式电能表通过改变计度器驱动脉冲实现窃电的方式，指出此类窃电方式具备的防检测的技术特点，并提出一些反窃电的技术建议。

新型窃电方式；居民用电能表；ADE7755芯片；防检测；电能脉冲；反窃电

0 引言

近年来，随着国网电力公司的智能电网的不断建设，我国电网智能化程度越来越高，集控、集抄技术的广泛运用，加强了对用电状态的监控和电能表的管理，其关键是智能电能表的远程通信网络的建设。智能电能表的安装基本已经覆盖各大城市，但是仍有许多县镇还在使用非智能电子式电能表或是机械式电能表。这些表计无法像智能电能表那样实现远程监控，只能依靠技术员现场来进行维护、监管和抄表等的相关操作，因此不容易发现窃电行为，特别是一些较为隐蔽的窃电方式，更是为反窃电工作带来一定的困难。针对非智能电能表的窃电技术趋于专业化，电能表窃电改造具有很强的专业性和防检性，多数为对计度器进行技术改造后，仿冒电力行业的铅封和外观标志，在改造电能表后能够复原电能表铅封和标志，同时又能保证电力技术人员现场校验电能表时不易察觉，为反窃电工作带来了新的困难。本文从工作原理及技术特点出发，分析基于ADE7755专用计量芯片的电子式电能表的防检型窃电方式，并提出一些现场反窃电检查的技术建议。

1 电能计量原理

1.1 电能计量芯片的计量原理

电能计量芯片作为电能表的计量核心部件，直接决定了电能表的计量性能，其内部集成了模数转换模块、数字处理模块和储存寄存器等，可通过通信接口实现与微处理器的信息交流，具有数据计算、通信传输和电能脉冲输出等功能。其工作过程首先是将电能采集电路采样的电压u和电流i经乘法器运算得到瞬时功率p，即p=uicosφ。通过电平转换将平均功率转换成与之成正比的直流电压Uo，最后由P/F转换器将Uo转换成频率fo的电能脉冲输出，此脉冲用于电能表校验和驱动计数器计数。电能表工作原理框图如图1所示[1]。

图1 电能表原理框图

1.2 电能表现场校验原理

电能表计量性能的全面检验可以在专业实验室进行，而在现场校验时则难以实现。电能表现场校验主要是为了计量带电挂表校验电能表的电能误差，其原理是利用高准确度的电能表现场校验仪（相当于便携式的标准电能表），按要求进行电气连接，使被检电能表和电能表现场校验仪接于相同电气状态线，即被检电能表与电能表现场校验仪的电压并联，电流串联[2]。依据JJG 596-2012《电子式交流电能表》的技术要求[3]，在实际负荷状态下，被检电能表和电能表现场校验仪同时计量电能，通过两者电能脉冲的比较，计算被检电能表相对于电能表现场校验仪的电能相对误差值，此误差值只能反应当前负荷状态下电能误差的偏差水平。电能表的现场校验原理框图如图2所示。

图2 电能表现场校验原理框图

2 电能表新型窃电方式的原理分析

2.1 电能计量芯片ADE7755的工作原理

ADE7755是一种高准确度电能专用计量芯片，具有极高的准确度和长期稳定性，其内部结构如图3所示。ADE7755将输入的电压、电流通过模数转换器转换成数字量，再经过相位校正、高通滤波后到乘法器进行运算，获得瞬时功率，最后，瞬时功率信号经低通滤波后由数频转换器输出F1、F2和CF三个脉冲信号，其中ADE7755的F1和F2输出两个交替的低电平脉冲信号直接驱动机电式计度器；ADE7755的CF脚以较高频率形式输出有功功率瞬时值,作为电能校验脉冲用于电能表校验。F1、F2和CF的输出频率则由逻辑输入S0、S1、SCF的状态确定。

依据电能计量芯片ADE7755的技术手册[4]，可查得频率输出F1和F2的传递函数如下式：

式中：F— ADE7755芯片的引脚F1、F2输出的脉冲频率；

V1、V2— ADE7755芯片的电压、电流两个通道的差动输入电压有效值；

G— ADE7755的PGA的增益，由G0和G1的逻辑输入确定，1，2，8，16四种可选；

VREF— ADE7755芯片的基准电压，通常为2.5 V；

F1-4— ADE7755芯片的主时钟分频频率，由S0和S1确定分频系数

CF的输出频率与F1-4频率成反比关系，F1-4频率选得越低，CF的倍率越高（CF高频方式S0= S1= 1、SCF= 0的情况除外），S0、S1、SCF的逻辑状态以及CF的最高频率与F1-4频率的关系可如表1所示。

图3 电能计量芯片ADE7755的内部结构

2.2 电能表防检型窃电原理

现在的窃电方式多从电能专业技术的层面[5]，通过改变电能表内部电子线路的方式，并在改造电能表后，伪造电能表外铅封和外观标志等，使电力用电检查人员较难发现窃电现象。

介绍一种基于电能计量芯片ADE7755的电能表的窃电方式，由于电能计量芯片ADE7755用于电能校验的电能电脉冲输出不变，因而在电能表现场校验时不易发现窃电现象，此类窃电方式具有隐蔽性高、专业性强和防检验的特点（具体的窃电原理略）。

表1 ADE7755输出频率的关系

3 窃电电能表实测试验

取基于ADE7755电能计量芯片的窃电电能表两台进行实验室检测，技术规格为220 V、10（40）A，计量准确度为2级（此规格的电能表较为普及），将其分别编号为A和B，其电能计量芯片ADE7755的S0、S1和SCF的逻辑状态如表2所示。依据JJG 596-2012的要求，通过电能表基本误差试验，得到表3结果；再进行长时间带载试验，得到电能计度器校核误差，如表4所示。

表2 S0、S1和SCF的逻辑状态

表3 电能表窃电模式下的电能基本误差

表4 电能表窃电模式下的计度器校核误差

由表3的电能表基本误差数据表明，窃电电能表的电能校验脉冲输出正常，其电能校验误差在相应计量等级允许范围内。而表4的电能表计度器校核误差数据则表明，在实验室工作环境中，窃电电能表在不同负荷状态下，连续长时间运行所累计的电量相比于同状态下的参考标准所累计的电量出现了明显的负偏差，实际测量得到电能表实际电能计量偏差约为-75%，此时的窃电电能表计量电量仅为正常电量的四分之一，由表2的F1和F2窃电模式和正常模式的频率差值比为（0.68-2.72）/2.72＝-75%，与实测结果一致。将A、B电能表从窃电模式恢复到正常模式后，再进行电能表基本误差试验和电能计度器校核误差试验，得到的结果符合2级的要求，如表5和表6所示。

由此可见，窃电电能表经改造后，仅依据检验电能校验脉冲得出的电能误差不能作为电能表的计量准确度的唯一判定依据，因此，此类电能表通过电能表现场电能误差校验是很难被发现为窃电的。

表5 电能表正常模式下的电能基本误差

表6 电能表正常模式下的计度器校核误差

4 电能表反窃电的技术建议

鉴于现代电能表窃电技术的专业性和隐蔽性，分析电能表的结构特点，电能表的窃电无非是从电能表的输入和输出部分着手。由于多年的反窃电的经历，传统的通过改变输入电压、电流采样值的方式惭惭被淘汰了。现在的窃电方式多从电能专业技术的层面，通过改变电能表内部电子线路的方式，再结合电能表的铅封和外观标志的仿造技术，大大增加了窃电的成功率，扰乱了用电秩序。因此，针对此类窃电现象，结合电能表现场校验的经验，提出反窃电的技术建议：一旦发现有窃电嫌疑的电能表，应先检查电能表外观标志、铅封情况和电能表信息记录，若发现有拆装痕迹，应当保护现场并进行相关检验；现场校验电能表时，要确保正确连接电气线路，校验中观察和记录电能表电能脉冲、计度器及其他部分工作是否正常，如发现异常或明显超差现象，应当先检查电力线路是否正常，并将电能表封存送到实验室进行技术鉴定。

5 结语

随着时代的发展，电能窃电方式已具备了更专业的反检验功能、更隐蔽的窃电手法，因此，电能反窃电工作不仅需要先进的反窃电的技术，更要求技术人员具备较高的反窃电的职业素质，以应对窃电方式的不断变化，确保具备足够的技术力量及时有效地发现和处理窃电情况。

[1] 沈明炎. 基于ATT7022计量芯片的三相智能电能表计量性能探讨[J]. 企业技术开发，2013.06：23-25.

[2] 沈明炎,肖娜丽. 高压系统中三相四线电能表在线现场校验方式的计量分析[J]. 计量与测试技术.2014，2：28-29.

[3] JJG 596-2012电子式交流电能表检定规程 [S]. 北京：中国质检出版社，2013.

[4] 乔文俞.基于ADE7757的高性能电能表的设计[J]. 郑州轻工业学院学报，自然科学版，2009，02：56-59.

[5] 谢玮.安装式电子式电能表窃电原理及鉴定方法[J]. 湖北电力，2011，01：20-22.

The analysis of the new type of the electricitystolen of civil electronic watt-hour meter base on chip of ADE7755

Shen Mingyan1, Xiao Nali1, Xu Huifeng2
（1. Fujian Metrology Institute, 2. Zhangzhou
Keneng Electrical Equipment Co., Ltd）

According to the power supply enterprise found that smart watt-hour meter electricity stealing case, based on the electrotechnics and electronic watt-hour meter structure principle,combining with the actual measuring work of smart watt-hour meter, through the analysis of electricity stealing method and principle of electric energy meter,pointed out that the working methods and technological characteristics of a new way of stealing,and puts forward the technical measures to prevent,to provide technical reference of anti-electricity stealing for the power supply enterprise.

the new type of the electricity-stolen；civil electronic watthour meter；chip of ADE7755；prevent detection；electrical pulse,antielectricity stealing