[发明专利]防窃电电能计量装置及进行电量计量的方法

说明书

【技术领域】

本发明有关一种电能计量装置及进行电量计量的方法，特别是指一种防止切断零线的电能计量装置与进行电量计量的方法。

【背景技术】

窃电对电网的安全运行和规范管理造成了严重影响，电能表作为电能计费的工具，必须具备防窃电的功能。

切断零线是一种被广泛采取的窃电手段。在电能表中，电能计量芯片以火线（L）作为地，以零线（N）作为电源以获得电能计量芯片工作所需的能量，并从零线通过电阻网络分压得到电能计量所需的电压测量通道的输入信号。窃电用户将电能表的零线连接到电力网络的通路切断，用电时将零线通过导体直接连接到大地。在这种情况下，窃电用户的用电不受影响，但是电能表中的电能计量芯片将无法获得供电电源，也无法获得进行电能计量所需的电压测量通道的输入信号，从而无法计算用户的用电功率，进而无法累计用户在这种窃电状态下所消耗的电能。

因为在切断零线窃电的时候，电能表的火线依然存在，因此电流通路上依然有正常的电流通过，目前解决切断零线窃电的方法是在电能表中的火线回路上安装功率互感器。只要用户用电，即电流线上有电流通过，功率互感器就会感应出一个电压，此电压可以作为电能计量芯片的供电电源。虽然电能表的电压测量通道依然没有输入，但此时电能计量芯片将通过测量电流有效值、采用电网的标称电压来计算用户的用电功率，累计其在窃电期间所消耗的电能。

在上述方法中，为了在窃电状态下维持电能表工作，功率互感器需要提供较大的能量。理论上可以通过可以增加功率互感器的线圈圈数或增加穿过功率互感器圈数的方式达到目的，但这两种方法在实际应用中存在很大的弊端。功率互感器线圈圈数过多，其体积就会做得较大，从而不利于放置在电能表内。而增加穿过功率互感器圈数，每增加一圈，穿过功率互感器的电流就会增加一倍，当用电电流较大的时候（例如IMAX），功率互感器的发热量很大，并且会感应出几百伏的电压，很容易导致互感器、电能计量芯片损坏，甚至产生爆炸等安全事故。而较少的圈数在用电电流较小的时候不能提供足够的功率让电能计量芯片工作。设电网标称电压是220V，防窃电的灵敏度（即启动电流，当用电电流大于多少的时候，电能表可以对其进行计量）为0.1A，一般情况下功率互感器输出的功率不到1mW，在现有电能计量芯片的工艺水平和设计水平下，1mW的功率不足以让电能计量芯片正常工作。如果降低防窃电的灵敏度到1A，则功率互感器输出的电流为10mW，虽然可以让电能计量芯片正常工作，但此会大大降低了电能表防窃电的性能。因此，在防切断零线窃电的电能表中，为了保持较高的防窃电灵敏度，还需要再增加设置一个电池，以便在功率互感器输出功率不足的时候给电能计量芯片供电。然而，因电池电量和使用时间均有限，因此对电能计量芯片在防窃电计量时的功耗提出了较高的要求。

现有的电能计量芯片的主要功能模块可参图1所示，现有的电能计量芯片主要包括功率、有效值计算电路与能量累加、能量脉冲产生电路，其中功率、有效值计算电路包括模数转换电路以及信号预处理电路，功率、有效值计算电路输出的功率、有效值等信息直接输出给了能量累加、能量脉冲产生电路，其中能量累加、能量脉冲产生电路的工作原理如下：

设i＝Isin(2πft+θ)，则有功功率无功功率电压有效值电流有效值电能E＝∫p(t)dt，即能量累加是由功率计算电能的过程，而能量脉冲产生是一个按照压频转换原理，将能量量化成脉冲频率的过程。

当窃电状态下没有电压的时候，则使用电压的标称值U_NOM对有效值进行校正，令

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