新一代单相智能表的防窃电及可靠性应用设计开题报告

一、研究现状

智能电能表计作为电力仪器仪表行业的一种计量器具，主要用于用电收费，由国家法律承认、具有法定地位的计量单位，法制计量是计量的一部分，设计到对计量单位、测量方法、测量设备和测量实验室都由法定要求，具有法制性计量的意义。2009年国家电网实现全国电能表的集中统一招标后，随着科技不断进步，对电能表提出了越来越高的要求，随着在人工智能、太阳能光伏、新能源、智能物联网等领域的新兴产业兴起后，加速加快地推动了智能电能表的系统化、集成化、智能化等发展要求，尤其是在智能电表在现场使用场景应用中，针对现场复杂应用的环境，对智能电表的可靠性和防窃电设计这两方面提出了更高的要求。

国网电网至2009年统一集中招标智能电表以来，在过去的十多年实际运行中，积累了十多年的现场运行使用场景的经验，智能电能表分布在全国各地，迫使智能电能表在某一些极端或者特殊条件的环境中暴露出了各种各样的问题：致使部分智能电能表出现计量失准或者智能电能表工作异常，部分智能电能表运行一段时间后，出现个别电能表的功能失效等问题，影响智能电表的计量收费。虽然，相对来说国网智能电表市场技术需求相对定型，但智能电表企业仍需要研究电网量测新技术、新产品及市场内的开发。在2020年，国家电网提升了新一代智能电能表招标的技术规范，主要增加了对新一代智能电表可靠性、可靠度等技术要求，智能表的使用寿命从原来的10年寿命提高到16年工作寿命的要求，提高了电能表实际运行的可靠性技术要求，无论是在高湿热的盆地平原、高盐雾的沿海城市、高严寒的新疆、高海拔的西藏、高干热的“五高”等特殊及恶劣环境均应该正常工作，提升新一代智能电表在一些恶劣环境下特殊的可靠度要求，迫使智能电能表开展恶劣环境下计量设备的失效分析，增加可靠性应用设计，成为新一代智能表中的“坚强电表”。

可靠性设计技术工程作为产品的核心要素，得到越来越多各行各业的关注和重视，同样，可靠性设计技术工程也适用在电力仪表中的智能电表。可靠性研究和应用在我国的仪器仪表行业中的智能电能表还是属于处在初级阶段，还需要加强可靠性技术工程方面试验研究，需要开展可靠性研究，开展大量实验数据进行分析研究，要从多方面多环节开展研究，取得一定的研究成果后，才能制定智能电能表的可靠性标准，打造电力产品的高可靠性要求。智能电能表应用端的发展呈现出功能的多样性，使用环境场景的复杂性等特点，结合智能电能表分散在不同区域，分析其工作中的变化规律，在这种不同条件下应用场景的研究，更能体现可靠性工程技术工作的优势。文章中，针对智能电能表可靠性要求，从可靠性极限试验、可靠性寿命试验、性能器件可靠性等方面进行研究，对智能电表开展可靠性分析：气候环境、机械应力、电应力、设计等多方面因素，从而提升智能电表的可靠性设计。

目前国内外还没有成熟的系统或者检测装置，能对一些特殊的窃电技术实现现场窃电检查工作。如：强磁场窃电，只要将几块磁铁叠加在一起，很容易让电能表内部的CT采样饱和，影响视在功率，就能让电能表内部部分电源处于非正常工作，不需要破坏表箱、表壳、铅封等就能实现窃电的目的。这种窃电方式简单，成本很低，而且硬件防护设计成本较高，难度较大。窃电现象不论在国内外均存在普遍现象，窃电作为一种非法使用电能量、盗窃供电企业电费的犯罪行为，会严重扰乱电力市场的正常秩序，有些地区甚至出现了大面积猖狂窃电，利用高科技技术，致使智能电能表不能正常工作，电能量不计量或者少计量，比如：大功率无线电技术干扰、强磁铁干扰、dimmer调节器等等窃电方式层出不穷。有数据显示，国外有些比较落后的国家，利用高科技窃电技术：电警棍干扰，35kV电火花干扰等自制装置，直接将窃电干扰器施加在智能电表表面侧，施加几分钟，就能破坏智能电表的正常工作，而且不留下任何作案踪迹，80%的居民是不用交电费的。本文章枚举了几种特殊的防窃电技术：零线计量、缺零线计量、强磁场、dimmer调节器等进行研究和测量，经过一段时间的研究后，能适用于一些特殊的市场应用场景，从而达到防窃电设计要求，有些窃电技术虽不能从硬件设计上进行防护，但是可以检测出该窃电现象，一旦检测窃电，立即从固件程序算法中进行处理。

文章中结合国内外智能电表的各种窃电应用场景，实际应用中出现的对各种各样的窃电方式，结合自己实际从事电力行业仪器仪表的工作经验，针对居民使用的智能单相表，设计几类有效的防窃电技术研究与应用，主要从硬件电路检测设计结合固件算法进行设计：旁路窃电电路检测与算法、强磁场电路检测及惩罚性走字算法、dimmer防窃电检测及模式切换、缺零线检测及工作模式切换、电能计量通断电可靠性设计等。对一些特殊市场特殊地区的窃电方式，利用固件算法应对，可考虑采取惩罚性走字计量。一旦出现窃电应用场景，程序及时处理，窃电到工作模式，开启惩罚性计量，按照最大功率因素，最大电流进行计量累加，并在智能电能表上的液晶标志进行实时显示，LED灯点亮等方面进行实时警告指示，同时通过固件程序对事件进行阀值判断，以存贮记录的形式永久记录在智能电表中的EEPROM、铁电中，通过本地、远程等多种通讯通知供电局工作人员，快速锁定窃电现场，望能在实际应用实施中取得一定的成效。

 

B. ^范文提纲格式

一、概述

（一）电能表原理及框图

1.电能表功能与设计

2.电能表分类与接线方式

3.电能表试验检测方法

（二）新一代智能电能表发展趋势

1. 电能计量发展趋势

2. 关键技术可行性思考

二、防窃电设计

（一）硬件防窃电

   1.零线路计量

   2.强磁电路检测

   3.缺零线电路检测

   4.开表盖电路检测

结构件防窃电

   1.超声波焊接

   2.结构件防盗

   3.铅封

（三）固件防窃电

   1.旁路检测

   2.事件检测算法

   3.dimmer检测算法

三、可靠性设计

（一）结构件可靠性

（二）硬件及器件可靠性

（三）固件可靠性

测试数据与分析

（一）防窃电测试

（二）可靠性测试

（三）分析与总结

C. 参考文献

著作：

张有顺，冯井岗.电能计量基础-2版，北京：中国计量出版社，2002.7

刘智敏.计量常用数学基础，北京：中国计量出版社，2003.8

刘光辉.防窃电措施与案例分析，机械工业出版社，2009.9.1

祝小红.防窃电与反窃电工作手册，北京：中国水利水电出版社，2006.12

郭永基.电力系统可靠性分析，清华大学出版社，2003.12

孙青，庄奕琪，王锡吉，刘发.电子元器件可靠性工程，电子工业出版社2002.10.1

张赪.电子产品设计宝典可靠性原则2000条，机械工业出版社，2016.1

阿里拉加（Arrillaga）,沃森（Wats）.电力系统谐波，中国电力出版色，2008.11.1

刘崇伟，李韵.智能电能表防窃电技术研究，电气应用2014年01期

刘宇宏.浅谈智能电能表可靠性，才智2013年16期

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