随着社会经济的发展和用电量的增大，社会上窃电问题变得越来越突出，据保守估算，全国每年因电能被盗损失达200亿元，这不单困扰供电企业的发展，也严重影响了国家的经济建设和社会的稳定。随着科学技术的发展，电子式电能表即将全面替代感应式机械电能表，针对电子式电能表的窃电手段日益高明，方法更加隐蔽，给查处带来了很大的难度。通过对目前社会的窃电的形式、手段等进行祥细的分析，有针对性地提出了如何改进电能表设计实现防窃电功能。

　　电能表计量电量，取决于电压、电流、功率因数三要素与时间的乘积，因此，只要改变三要素中的任何1个就能达到窃电的目的。电子式电能表与机械式电能表相比有明显优势。例如防窃电能力强，计量高、负荷特性较好、误差曲线平直、功率因数补偿性能较强、自身功耗低，特别是其计量参数灵活性好、派生功能多。由于单片机的应用给电能表注入了新的活力，这些都是一般机械表难以做到的。但是早期的电子式电能表也有一些明显的不足，如工作寿命较短、易受外界干扰、工作可靠性不及机械式电能表等。

　　1 单相防窃电电子式电能表的工作原理

　　1.1系统设计

　　MSP430系列单片机是美国德州仪器公司的一款超低功耗，16位RISC结构的单片机，具有丰富的外围模块和灵活的时钟源，其中数字控制振荡器DC0可使器件从低功耗模式迅速唤醒，16位计数器和常数发生器使MSP430系列微控制器能达到的代码效率。这些特性特别适合电池供电，可大大延长电池寿命。MSP430F42x系列单片机配置有3个独立的24位Σ-Δ模数转换器，是适用于测量和计算二线或三线制的单相电能表的微控制器[4],其构成的单相防窃电电子式电能表的功能框图如图1所示。

　　1.1.1 电源管理

　　图1中，除电池外，电源表的电源供给由两部分组成：一是由火线和零线的主电压提供电源，另一部分是供电CT从电流上取得提供电源，当进行移除主电压窃电时，电能表仍进行正常计量。电源管理的电路图如图2所示。

　　1.1.2 LCD显示

　　MSP430F42x内部具有LCD驱动器，多可驱动显示128段码，能很好地完成LCD显示功能，无需再扩展LCD驱动器，只要直接将液晶的各个脚与MSP430F42x对应的LCD驱动输出脚相连即可。

　　1.1.3 通信接口

　　MSP430F42x具有1个硬件通用异步/同步接收发送外围模块（USART0），用于串行数据通信。MSP430F42x单相防窃电电子式电能表可选择光学通信接口、RS-232/RS485接口或者两者兼有。

　　1.1.4 脉冲输出

　　脉冲输出用来校表及计量，脉冲输出的电路由普通I/O加光耦隔离实现。

　　1.1.5 带温度补偿的实时时钟RTC

　　实时时钟RTC可由单片机内部的定时器实现。内部的温度传感器可方便地实现温度的测量，实现对实时时钟RTC的温度补偿。

　　1.2 总体工作原理

　　MSP430F42x单相防窃电电子式电能表的工作过程程中有2个关键值：外部电压（电网电压、供电CT产生或者两者共同起作用的电压）和电压有效值。当外部电压不存在时，电表在睡眠状态，仅保持RTC 运行和LCD显示。在外部电压存在的情况下，若电压有效值大于电网电压的极限值（80 V），则认为电网电压存在，电能表在正常计量状态，通过电流回路和电压回路的实际测量值计量；若电压有效值小于电网电压的极限值（80 V），则认为电网电压不存在，此时进入移除主电压防窃电测量状态。电压以这个地区的额定电压为准，电流以电流回路的实际测量值为准进行计量。

　　1.3 工作流程

　　电表进入工作状态后，在主程序中，程序循环查询标志，主要进行各种判断，判断操作模式是否异常模式、是否等于掉电模式、是否有新的能量产生标志、是否等于掉零线模式等，当有相应的标志位置出现时，则进行相应的处理或进入中断程序。在中断程序中，完成主要的计量工作。

　　2 多功能防窃电计量

　　多功能计量体现在电能表能够实现有功、无功、视在功率、功率因数、电流有效值、电压有效值、频率、相位等的测量。MSP430F42x单相防窃电电子式电能表很容易实现单相电能表以下防窃电的测量。

　　2.1 电流不平衡时的防窃电测量

　　电流不平衡的典型情况为零线接地或火线短接。为了检测电流的不平衡，除了检测火线的电流外，还要检测零线的电流，因此需要2个电流传感器；由于隔离的原因，可以在1路的电流通道上选用低成本的锰铜电阻，而另1路就必须使用成本相对较高的电流互感器。图1即为以火线上使用电流互感器，与I1+、I1-相连接，零线上使用锰铜电阻，与I2+、I2-相连接。内置3个独立24位的Σ-Δ ADC的MSP430F42x进行2个通道（火线、零线）和1个电压通道的采样，并在单片机内部处理、比较2个电流通道上的电流，实现电流不平衡时的检测。2个电流通道的传感器分别选用了锰铜电阻和电流互感器，电压通道采用电阻分压实现。

　　2.2 电流反向时的防窃电测量

　　电流反向的典型情况为火线的进出端口连接对换。通过在单片机内部判断测量的功率正负来检测电流是否反向，不需要任何的辅助元件就能实现电流的反向检测。同时可以预置电流反向时的处理方式，如电流反向时取功率或电能的为测量值等，实现电流反向的防窃电测量。

　　2.3 移除主电压时的防窃电测量

　　典型的移除主电压为拆除电表的零线或火线连接，使得无电压信号进入电表。

　　对这种窃电行为，可用1个低成本的电流互感器CT（图1中的供电CT）从剩下的连接电表导线中流经的电流上获取很小的电能，经过电源管理模块处理，给电能表供电，使电能表实现防窃电测量。由于电能表成本、表壳的尺寸以及电子元器件能够承受的电流的影响，选择从电流上取电的CT是受限制的，因此，能从电流上获取给电能表供电的电能也是受限制的，特别是当负载电流很小时，从电流上取得的电能将不能胜任电能表的供电电源。供电部门通常希望当负载电流大于1 A时就能实现电能表的防窃电测量，而且希望这个值越小越好。基于以上要求，需要选择一个在移除主电压防窃电测量时功耗很小的方案以保证能顺利完成防窃电的测量。因此本设计采用MSP430F42x系列单片机，利用其超低功耗特性和丰富的模拟前端，较为容易地实现了移除主电压时的防窃电测量。模拟前端的具体电路如图3所示。

　　通过改进电子式电能表的设计，可方便地实现防窃电功能，有效地防范窃电现象的发生。由于窃电给供电企业带来的损失巨大，虽然防窃电电能表价格相对偏高，但相对于窃电造成的损失还是微乎其微的，供电企业宁愿选择价格较高的防窃电电能表，因此，防窃电电能表的市场也较大。