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窜改电表偷电的日子到头了智能电表“防窃”能力有多强?

  全球各地的电力公司多年来都已经了解到窃电的状况,而且已经建立了各种对于电表的技术需求,用以避免电表遭到窜改并且将窃电状况最小化。举例来说,建立国际电表标准的官方机构International Technical Commission(ITC)国际技术委员会开发了一套使用于静态电表的规格,其中定义了0.2与0.5的精确度等级。

  IEC 62053-22文件中有一整个章节是在叙述影响量(Influence Quantities)会妨害电表的精确度。其中包括了可能会在窜改电表事件,像是保留相位电压的序列、应用外部ac或dc磁场、或是利用电磁RF干扰等发生期间的项目。更明确的说,IEC 62053-22针对了Class 0.2电表(具有0.5mT强度的外部ac磁场可能会使误差不超过实际量测值的0.5%)做了陈述。该文件也定义了测试需求是什么,并叙述了用以确认电表相容此规格的所有必要参考条件。

  美国国家标准协会也已经开发了一套类似的规格,其中定义了电表窜改事件以及建立了电表要如何维持正确的运作与精确度。ANSI C12-20-2002文件中包含了一篇章节,其中提及了符合电表窜改的状况,像是使用外部磁场或是以外部电磁RF干扰来支配电表等。ANSI规格的可容许误差限制为相对于实际量测值1.0%的偏差。

  除了这些基本标准外,许多国家还会增加特定的规格要求,以因应能源偷窃的问题。在印度,有一套区域性的规格定义了25种电表必须能够侦测出来的独特窜改状况。德国的法规则建立了一项非常具有挑战性的dc抗磁力限制:即使有1.2T的磁铁覆盖在电表的整个外壳表面,电表仍旧必须维持其精确度。

  许多其他的国家都具有额外的窜改需求,藉以补强IEC或是ANSI电表标准。总而言之,相关业者都相当重视此问题,而且投入大量的努力去开发技术标准,希望能够将窃电状况最小化。

  在介绍新技术之前,先了解智慧型电表的基础建构方块组件是相当重要的。图1所示为智慧型电表信号链中的五个组件:第一,将大型输入信号转换为较小信号,能够与系统其它部份相容的输入感测器。第二,能够建立位元串流以便进一步处理的类比数位转换器。第三,在许多特定电表标准与区域中所需要的隔离。第四,计算所有能源量测数量(例如瓦特、I rms、V rms、VAR等等)的系统微控制器。第五,通讯处理器,能源量测与控制指令可以在电力公司的内勤与消费点之间进行交换。

  适用于多相位电表设计的两种常见方案,其差异是以系统中的隔离方式如何执行做为区隔。一种设计方案使用目前的变压器做为输入感测器,因为它们提供电流隔离,而对于量测广范围输入电流来说是好的方案。这种设计的简化功能方块图如图3。第二种设计方案则使用了光耦合器技术(图4),小巧而且便宜。

  以此背景为准,让我们回头谈谈反制窃电的新技术。第一种创新是芯片等级的变压器技术,目前不仅已经能够隔离资料通道,电力也可以隔离,如此系统就可以被完全的分隔开来。

  另一个要了解的重点则是芯片等级的变压器技术,已经达到非常小巧的尺寸与非常高的生产可靠度,因而可以与其它智慧型电表组件加以结合,全部容纳于同一个IC芯片当中。其结果就是新的多相位智慧型电表架构,如图4。

  当半导体供应商,在同一IC芯片中利用芯片等级变压器技术,以及先进转换器技术时,智慧型电表系统就可以实现新位准的整合度、性能,并且降低总体成本。最为重要的事实,是透过在电表附近放置一个外部永久磁铁而对电流变压器(Current Transformer, CT)进行窜改是相对容易的,最终会造成智慧型电表漏报或是完全的停止运作。电流变压器不仅易于遭到窜改,而且体积大、笨重、昂贵,尤其是当它们是DC容错的话。

  这种常见的窃电方法必须要使其完全的消失,如此电力公司才不会蒙受收益的损失。藉由现有的新位准整合度,智慧型电表将不再需要使用外部电流变压器作为感测器的类型。

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