0 引言

一直以来，窃电都是扰乱用电市场秩序、影响电网企业健康发展的重要因素。少数电力用户通过窃电谋取不正当利益，严重损害了电网企业的合法权益。

随着技术的进步，窃电方式也层出不穷，短接相线进出线、分流火线电流、改变电能表接线、更换晶振等都是常见的窃电方式。而对电能表的零线电流进行测量可以有效防范大部分窃电方式，基于零线电流的计量方式则是对常规电量计量方式的重要补充。本文对基于零线电流测量和计量功能的单相电能表防窃电原理进行分析，对零线电流测量和计量功能及其应用进行分析，并提出针对内蒙古电网的防窃电可行性建议，为电能表的选型工作提供参考。

1 电能表防窃电现状

内蒙古电网目前在运行的单相电能表为多个厂家生产，包括长沙威盛集团、江苏林洋电子股份有限公司、北京福星晓程电子科技股份有限公司（以下简称福星晓程公司）、烟台东方威思顿电气有限公司（以下简称威思顿公司）等。2017-05-25内蒙古供用电稽查局在供电稽查中，发现无论是锡林浩特市城区的单相电能表，还是正镶白旗（原为趸售农电公司）的单相电能表，均不具备零线电流测量和计量功能。其中在锡林浩特市城区主要查看的是由威思顿公司于2016年生产的电能表。正镶白旗的电能表种类很多，既有10 a前的福星晓程公司生产的，也有威盛集团和威思顿公司生产的^[1-4]。由此可以推测，内蒙古电网供电区域内有相当一部分单相电能表不具备零线电流测量和计量功能，无法进行基于零线电流的防窃电工作。

1.1 电能表及现场接线现状

单相电能表的正确接线如图 1所示。电能表的电流线圈必须与火线的端子1、2串联，电压线圈应跨接在火线与零线之间（零线进出端子为3、4）

只有在图 1所示的标准接线方式下，零线电流计量和测量功能才能得到正确应用。但是在现场稽查中发现，并非所有的电能表都能够按图 1的标准接线，不正确的接线方式为查窃工作带来难度。以下列举2种常见的不正确接线方式。

1.1.1 接入零线汇流排的电能表

图 2为接入零线汇流排的电能表现场接线图。在图 2所示的接线方式下，零线汇流排能够起到分流作用。例如，当仅有1块电能表带载时，电流经端子1流向端子2，然后流向零线汇流排，经零线汇流排分流后，I_N=I4+I4′，I4≈I4′（I_N为零线电流，I4、I4′分别为流经端子4、4′的电流），电流分别经过端子4、3和4′、3′流回零线。这种情况下零线电流值只是火线电流值的一半，零线电流的测量和计量功能无法得到有效应用。

1.1.2 零线串联方式下的电能表

图 3是零线串联方式下的电能表现场接线图。这种接线方式的优点是节省接线材料，缺点是在正常用电情况下，零线电流不等于火线电流，因此零线电流的相关功能起不到防窃电作用，还会经常误报警。此外，有些用户的单相电能表存在3根接线（端子4不接线）的情况，这种情况下零线没有电流，零线电流相关功能也无法有效应用。

1.2 内蒙古电网防窃电现状

窃电现象在内蒙古各地区普遍存在，而且手段五花八门，这不仅容易引发触电、火灾等安全事故，而且导致国有资产大量流失。目前内蒙古电网防窃电措施主要有加强电能表封印管理、应用防窃电计量箱、定期稽查及校验。前2种措施在实施中难度较大，且不易发现窃电行为；第3种措施需要投入大量的人力、物力开展稽查、校验活动，由于投运的电能表数量巨大，实行全方位、无死角稽查存在较大的难度。因此，进行反窃电技术措施研究，开展表计防窃电功能的开发，做好“打防结合”，是目前防窃电管理工作的当务之急。

2 基于零线电流测量功能的防窃电应用分析 2.1 零线电流测量原理

单相电能表的火线电流测量单元主要采用与继电器一体化的锰铜分流器，零线电流测量单元则采用电流互感器（TA），电压测量单元一般采用分压电阻网络。如图 4所示，火线电流采用锰铜分流器采样方式，将电流信号转换为电压信号；零线电流采用TA采样方式，先将电流信号缩小，再对电阻上的电压信号进行采样（见图 5）；图 6所示的是电压采样采用的电阻分压方式。

2.2 防窃电应用分析

在遇到用户利用进、出相线短接等方式进行违章用电时，相线电流减小，而零线电流保持不变，从而导致电能表相线电流和零线电流不同。单相电能表利用锰铜分流器和TA分别对相线电流、零线电流进行采样后，利用数字比较电路进行比较，根据比较结果，判断用户此时的用电状态，并将采样数据和事件记录发送至营销信息系统，由系统判断用户是否窃电。

根据国家电网公司Q/GDW 1354—2013《智能电能表功能规范》要求，电能表应“可测量总及各分相有功功率、无功功率、功率因数、分相电压、分相（含零线）电流、频率等运行参数，测量误差（引用误差）不超过±1%”^[5]。南方电网公司也有类似的规定，Q/CSG 1209003—2015《单相电子式费控电能表技术规范》4.4.2中提到，电能表应“能测量、记录、显示当前电能表的电压、电流（含零线）、功率、功率因数等运行参数，引用误差不超过±1%”^[6]。国家电网公司与南方电网公司每年采购的电能表都必须具备零线电流测量功能，而内蒙古电网对此仍没有明确要求。

3 基于零线电流计量功能的防窃电应用分析 3.1 零线电流计量原理

利用零线电流进行计量的基本原理与零线电流测量原理基本一致。不同的是对零线电流进行采样的TA精度要求更高。

基于上述原理，部分供电局和生产厂家提出，利用零线TA对零线回路的采样和测量作用，在单相电能表微控制单元中进行自我分析时，如存在相线电流和零线电流值有差别且差别超过一定数值的情况，则判定用户发生窃电行为，并产生报警信号。此时虽然火线通道遭到人为破坏，但是零线通道仍然可以正常计量，电量也会正常累加。

零线电流计量功能的开发，是为了提高窃电情况下计量的准确性，维护电网企业的利益及用电市场的公平公正，并为用电稽查提供技术和数据支持。零线电流计量功能若能成功应用，不仅能对用电计量工作提供重要支撑，还会对整体电力营销工作产生正面影响。

3.2 防窃电应用分析

国家电网公司一直以来未对零线电流计量功能做出明确要求，南方电网公司颁布的Q/CSG 113003—2011《单相电子式电能表技术规范》^[7]和Q/CSG 113004—2011《单相电子式电能表（费控）技术规范》^[8]均把零线电流计量功能设为“可选项”。而在最新的Q/CSG 1209003—2015《单相电子式费控电能表技术规范》中，南方电网公司已经将零线电流计量功能从要求中删除。但南方电网公司供电区域内仍有部分单相电能表具备零线电流计量功能。

以下对市场上具有零线电流计量功能的电能表进行分类，对其在防窃电方面的应用优势、技术特点、通道切换逻辑等进行分析。

3.2.1 一般性应用分析

具有零线电流计量功能的电能表在以下所列的窃电方式下可以普遍应用，这也是开发其零线电流计量功能的初衷。

（1）在出现外部人为干扰、将相线接入线直接接入端子2时（见图 7所示），相线采样电路上的功率基本为零，导致相线采样通道功率小于零线采样通道功率，故表计将零线通道选择为当前计量通道，并进行计量。

（2）在出现外部人为干扰、在端子1和端子2之间接入分流器时（见图 8），相线采样电路上的功率小于零线采样电路功率，则表计将零线通道选择为当前计量通道，并进行计量。

（3）在出现外部人为干扰、将相线与零线反接，并将接出的零线与大地进行连接时（见图 9），相线采样电路功率为零，表计将零线通道选择为当前计量通道，并进行计量。

3.2.2 国家电网的计量通道切换逻辑

当电能表具备零线电流计量功能时，在双回路计量模式下，火线计量方式和零线计量方式可以相互切换，具体切换逻辑如下：

（1）停电后上电，默认为火线计量；

（2）如果火线电流与零线电流均≤5%I_b（I_b为电能表额定电流），则使用之前的计量通道；如果目前使用的通道电流＜启动电流、而另外一个通道电流＞启动电流、持续时间≥3 s时，则将现有的计量通道切换到另外一个通道进行计量；

（3）当任一通道电流＞5%I_b时，若零线电流与火线电流两者的差值≥通道切换阀值且持续时间≥3 s时，电能表自动切换到电流值较大的通道进行计量。

3.2.3 南方电网的计量通道切换逻辑

南方电网的计量通道切换逻辑如下：

（1）当电能表的火线电流和零线电流均＜5%I_b时，不切换计量通道。

（2）停电后再上电，电能表先判断火线功率和零线功率的大小，以功率较大的线路作为计量通道。

（3）以当前功率为计算基准，当另一通道的功率比当前功率大10%时，电能表应在3 s内切换通道。

从（2）可以看出，在表计上电后，根据通道的功率大小进行首次通道选择，此时电能表可能处于一种无负荷状态，无论是零线功率还是火线功率均小于启动功率，如果采样电路中存在噪声，很可能出现零线功率大于火线功率的情况，此时电能表会选择零线计量方式。

依据南方电网的通道切换逻辑，电能表在上电首次选择零线计量后，可能会一直处于零线计量状态。零线计量并不是窃电的标志，零线计量与火线计量处于相同的地位，电能表在正常工况下可以以任一通道进行计量。而国家电网采用的电能表恰恰相反：火线计量的优先级要高于零线计量，只有在火线计量出现差错时，才会启用零线计量。

4 适用于内蒙古电网的零线电流测量与计量功能的应用分析 4.1 适用性分析

（1）零线电流测量和计量功能成功应用的前提是电能表现场接线正确，这对低压电力线路设计水平和安装工艺提出了更高的要求。因为很多接线错误是由于设计和安装人员技术欠缺造成的。只有充分了解电能表的性能特点，按照技术规范中的要求准确接线，才能避免接线错误，进而充分利用电能表的零线电流测量和计量功能。

（2）内蒙古电网现状比较适用零线电流测量功能。在现场接线正确的情况下，电能表可及时发现疑似窃电行为，并上报营销信息系统。运维人员可根据报警记录有针对性地进行用电稽查。电能表的零线电流测量功能不仅可以用于防窃电，还可用于回路检查，对于非窃电行为引起的接线问题，可以有针对性地进行判别和修复。

（3）对于内蒙古电网现状而言，使用零线电流计量功能要谨慎。由于现场接线情况五花八门，在电能表实际运行过程中也会出现各种例外情况，因此电能表在进行计量通道选择时极易发生误判，轻易启用此项功能，有可能破坏计量的标准性、严肃性，引起不必要的用电纠纷^[9-10]。在遇到相线电流和零线电流不平衡并超过规定阈值时，建议不盲目采用零线电流进行计量，如果确实发生窃电行为，可依据零线电流测量功能计算出少计的电量，以进行后续的处罚处理。

4.2 防窃电改进措施

（1）对于一些大智能家电，如果用户的负载跳变比较频繁，会对电能表零线电流测量功能的应用造成很大压力。由于电能表的零线电流、火线电流是实时测量的，且两者测量单元相互独立，在负载跳变剧烈的情况下，可能会出现数据采集的不同步。一旦火线电流和零线电流数据之差超出规定阈值，电能表会出现误报警。基于这种情况，建议在进行窃电判定过程中，电能表微控制单元采用火线电流和零线电流1 min的平均值进行比对。这样可以解决瞬时数据采集不同步的问题，有效提高电能表报警的准确性，充分发挥电能表零线电流测量功能。

（2）采用低压台区机器人进行窃电稽查。当前内蒙古电网营销信息系统建设仍不完善，主站无法实现大量零线电流数据和报警事件的上传与处理。在这种情况下，即使电能表出现窃电报警，主站也未必能够准确接收报警信号并调用相应数据。低压台区机器人可以以台区为单位进行窃电稽查，准确判断零线电流异常用户，协助稽查人员进行用电稽查。

5 结语

在目前防窃电形势越来越严峻的情况下，从技术的角度对电能表做出防窃电设计优化，不仅成本相对低廉，而且作用立竿见影，能够有效防止大部分窃电行为。

零线电流的相关功能和相应的改进措施可使营销信息系统更准确、有效地采集到现场火线和零线的交流采样数据^[11]，为判断现场表计计量故障、窃电等非正常用电现象提供可靠支撑，也为电力公司的用电管理提供重要参考。