基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析

馬凡琳，史浩鵬，楊軻

（國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司平?jīng)龉╇姽荆拭C 平?jīng)?744000）

國(guó)家電網(wǎng)有限公司科技項(xiàng)目（522709191001）資助。

隨著智能配電臺(tái)區(qū)建設(shè)的推進(jìn)，目前，在配電臺(tái)區(qū)中基本都安裝了配電網(wǎng)漏電保護(hù)器，通過在配電網(wǎng)中安裝這些設(shè)備能夠有效對(duì)配電臺(tái)區(qū)中的剩余電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和保護(hù)。但是當(dāng)配電網(wǎng)中的泄漏電流較大時(shí)，此時(shí)，當(dāng)泄漏電流達(dá)到漏電保護(hù)器設(shè)置的閾值時(shí)，則啟動(dòng)跳閘，造成不必要的停電。因此，有必要采用配電網(wǎng)漏電流檢測(cè)系統(tǒng)，解決配電網(wǎng)因泄漏電流導(dǎo)致的頻繁跳閘問題，本文首先分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)之間的關(guān)聯(lián)，之后闡述了基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理，包括配電網(wǎng)漏電流檢測(cè)技術(shù)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)等，最后分析了該配電網(wǎng)漏電流檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)，強(qiáng)化對(duì)設(shè)備終端的監(jiān)測(cè)和控制，掌握設(shè)備終端的運(yùn)行狀態(tài)。本文介紹的基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是高度智能化的信息系統(tǒng)，分為應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)采集層，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，實(shí)時(shí)對(duì)配電變壓器、電纜線路和開關(guān)柜等多類配電設(shè)施漏電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可根據(jù)所采集的配電設(shè)施運(yùn)行信息，估計(jì)出配電設(shè)施的壽命，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電設(shè)施的絕緣狀態(tài)評(píng)估，當(dāng)絕緣性能較弱時(shí)，則可以發(fā)出預(yù)警信息，防止出現(xiàn)絕緣擊穿等嚴(yán)重事故。基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，集配電網(wǎng)漏電流檢測(cè)、傳輸和分析預(yù)警于一體，能夠有效對(duì)配電網(wǎng)漏電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析

目前，在配電網(wǎng)漏電流管理薄弱的農(nóng)村配電網(wǎng)中，存在配電線路或配電變壓器漏電保護(hù)器頻繁跳閘的問題，給電力用戶的日常用電帶來不便之處。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)漏電流的有效監(jiān)測(cè)和管理，以下介紹基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.1 配電網(wǎng)漏電流檢測(cè)技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)漏電流的監(jiān)測(cè)及預(yù)警，首先，需要對(duì)配電網(wǎng)漏電流進(jìn)行采集，可以采用漏電流智能檢測(cè)終端，圖1為配電網(wǎng)漏電流檢測(cè)的基本原理。漏電流采集在基于物聯(lián)網(wǎng)的漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中是位于最底層的數(shù)據(jù)采集層，并通過漏電流接收器進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總。

配電網(wǎng)漏電流檢測(cè)的基本原理中，漏電流可以通過環(huán)形磁芯在二次側(cè)感應(yīng)出電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)漏電流信號(hào)的檢測(cè)。檢測(cè)控制模塊則根據(jù)所檢測(cè)到的漏電流，判斷數(shù)值是否達(dá)到了終端中所設(shè)定的閾值，判斷是否啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，發(fā)出存在漏電流信息。在漏電流智能檢測(cè)終端中，除了具有上述采集漏電流數(shù)據(jù)的傳感芯片之外，還具有無線通信芯片，能夠通過物聯(lián)網(wǎng)中的ZigBee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成上，包括ZigBee射頻模塊、傳感器、電源模塊等。基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，各個(gè)配電設(shè)施中布置的傳感器所采集的數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)絑igBee終端節(jié)點(diǎn)，通過單片機(jī)控制模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，再逐步發(fā)往ZigBee路由器節(jié)點(diǎn)和ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，完成數(shù)據(jù)的傳輸和處理。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

傳感器所采集的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過處理，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后才能進(jìn)行發(fā)送和分析處理，傳感器可以設(shè)置在電力用戶的電表箱中。電表中的零線和火線都經(jīng)過漏電流檢測(cè)器中的互感線圈，這樣就能夠檢測(cè)出線路中是否存在漏電流。路由器節(jié)點(diǎn)起著網(wǎng)絡(luò)的連接和擴(kuò)展作用，只有通過路由，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)才能按照路由進(jìn)行發(fā)送和接收，完成無線網(wǎng)絡(luò)通信。在ZigBee芯片的選型方面，主要考慮的指標(biāo)包括引腳數(shù)、電壓、芯片大小、支持的標(biāo)準(zhǔn)、輸出功率、功耗等，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求，選擇合適的ZigBee芯片。

此外，為了提高漏電流檢測(cè)器的實(shí)際檢測(cè)效果和靈敏度，應(yīng)加強(qiáng)檢測(cè)器的PCB設(shè)計(jì)和軟件控制程序的設(shè)計(jì)等，其中，軟件控制程序包括主程序、電壓檢測(cè)程序、電流檢測(cè)程序和串口通信程序等，各個(gè)程序控制模塊分析完成各自的檢測(cè)任務(wù)，保證漏電流檢測(cè)器在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的應(yīng)用性能。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

當(dāng)前，我國(guó)的配電網(wǎng)規(guī)模大、采用了多種不同類型的配電設(shè)備、接線情況也較為復(fù)雜，配電網(wǎng)漏電流問題較為突出，采用配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)強(qiáng)化配電網(wǎng)漏電流管理的重要措施。目前，已經(jīng)在實(shí)際中采用的配電網(wǎng)漏電流檢測(cè)系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)共享能力不足，難以掌握整體配電網(wǎng)的漏電流情況等問題，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)掌握配電網(wǎng)漏電流的詳細(xì)運(yùn)行信息，并能夠根據(jù)漏電流的大小發(fā)出相關(guān)的預(yù)警信息，為完成配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)和配電設(shè)備更換提供了足夠的數(shù)據(jù)信息。

基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在投入實(shí)際應(yīng)用前，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸吞吐量進(jìn)行分析，保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在后期運(yùn)行中不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)堵塞的情況，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定。在基于物聯(lián)網(wǎng)的無線通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的吞吐曲線一般會(huì)呈現(xiàn)出鋸齒波形，原因是配電系統(tǒng)中采用了大量的漏電流數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，會(huì)引起一定的網(wǎng)絡(luò)堵塞情況，可以通過采用輪詢模式解決這一問題，保證數(shù)據(jù)吞吐量指標(biāo)符合系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用要求。同時(shí)，采用基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠有效解決傳統(tǒng)配電網(wǎng)漏電保護(hù)器閾值設(shè)置不合理導(dǎo)致的配電網(wǎng)頻繁跳閘問題和保護(hù)失效問題，在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的應(yīng)用效果。

基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，除了可以對(duì)配電區(qū)域內(nèi)的配電設(shè)施漏電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)之外，還可以通過監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出相關(guān)的漏電流預(yù)警信息提示配電系統(tǒng)運(yùn)維人員某個(gè)配電設(shè)施可能存在缺陷，需要安排人員進(jìn)行消缺，在配電系統(tǒng)中具有較大的應(yīng)用空間。

4 結(jié)語(yǔ)

為了強(qiáng)化對(duì)配電網(wǎng)中漏電流的管理，保證配電網(wǎng)的安全運(yùn)行，應(yīng)建設(shè)配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握各個(gè)配電設(shè)施的漏電流情況。本文系統(tǒng)分析了基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、設(shè)計(jì)內(nèi)容和應(yīng)用情況，對(duì)于保證用電安全、提高供電企業(yè)對(duì)配電網(wǎng)漏電流的管理水平具有一定的意義。