便攜式低壓配電臺區漏電監測貓的研究與應用

馮忠奎，高瑜，李陽，郭天飛，孫琪

（國網山東省電力公司淄博供電公司，山東 淄博 255000）

漏電是由于絕緣損壞或其他原因而引起的電流泄漏，電器外殼和市電火線間由于某種原因連通后和地之間有一定的電位差就會產生漏電[1]。

漏電的設備故障表征僅僅為主斷路器和住戶分斷路器跳閘，除此之外與正常功率過高的跳閘情況一樣。面對此種情況，維修人員不確定是住戶家中電器故障的情況下，只能先將線路送電，然后短時間觀察無問題后返回等待下次跳閘。只有當多次發生跳閘斷電后，維修人員方可判斷是否為線路漏電，進行入戶檢查。但該過程往往會擴大停電范圍，增多停電次數，嚴重影響用戶的正常用電，降低甚至會出現客戶投訴，影響公司信譽。

此外，住戶中的漏電具有隱秘性，往往發生在某個異常的家用電器中，例如電飯煲、開關、微波爐等。但這些電器絕大多數都在住戶家中，屬于私人環境，維修人員不能長時間滯留，進一步加劇了設備漏電定位的困難程度。因此，認為有必要利用QC活動解決剩余電流保護裝置越級跳閘時無法快速有效地判斷出漏電居民用戶，進而方便搶修人員快速排查隔離故障點的問題。

1 低壓配電臺區漏電監測貓的原理與結構

1.1 低壓配電臺區漏電監測貓總體方案選擇

當發生漏電故障時，瞬間通過斷路器的電流主要為50 Hz工頻交流電，伴隨少量其高次諧波，其數值量級在毫安級。根據現有技術手段，mA級電流可以通過多種方式準確測得。通過對檢測到的信號進行數據處理，當檢測到故障回路電流達到24 mA時，通過合適的單片機驅動相應的告警模塊，裝置可靠告警。

目前我國漏電保護技術的應用主要集中在礦井和低壓農電系統，對城市配電網的漏電保護技術關注較少[2]。通過查新，提出3種實現漏電電流檢測的總體方案，并進行選擇。

3種方案的檢測原理示意圖如圖1所示。根據實際需求，將方案目標定為以下3點：可以檢測到穩定可靠的故障信號；誤差率低；裝置體積小，不能占用表箱內剩余空間。采用24、30、40、50、60 mA的電流分別測試3種方案的反映成功率，并調查分析3種方案的設備體積總和，試驗結果如表1所示。

圖1 3種方案檢測示意圖

由表1可以看出，方案一和方案三反映成功率均可達到100%，方案三體積較小，可以放入表箱柜中。因此，最終選擇方案三“基于電磁感應原理的表箱漏電定位裝置”為最佳方案，繪制方案三裝置工作示意圖如圖2所示。

表1 試驗結果

圖2 方案三裝置工作示意圖

1.2 低壓配電臺區漏電監測貓分級方案選擇

為更好實現目標值，滿足漏電判斷準確率100%，對最佳方案進行分解，分為檢測探頭單元和主體結構單元，制定最佳方案如圖3所示。其中，檢測探頭單元包括檢測元件、過流保護元件、接頭結構；主體結構包括處理芯片、告警單元、輸出單元和外殼模塊。

圖3 最佳方案分層圖

2 低壓配電臺區漏電監測貓制作方法

根據低壓配電臺區漏電監測貓研發過程，按照5W1H原則制定了對策實施計劃表，所有對策目標均進行量化，如表2所示。

表2 目標量化的對策實施計劃表

2.1 加工控制主板

2.1.1 設計控制主板

根據數據處理準確率100%和價格便宜的原則，在淘寶選購型號為MSP430的開發板，價格80元。搭建單片機控制系統，編寫控制程序，實現2個功能：（1）將經互感器解調后的數字量數據轉化為數據值，并將電流數據上傳至儲存模塊；（2）判定電流是否達到預警值，若超過預警值時實現自動斷路。

2.1.2 焊接加工

由于主板io過程較為復雜須考慮的步驟較多，利用PDPC法對整個步驟可能出現的情況進行了預評估，繪制了過程圖如圖4所示。

圖4 “主板接口位置及io狀態”過程決策程序圖

2.1.3 測試效果

表3為數據傳輸誤差測試表，通過對策效果檢查可以看出，響應時間均＜2 s，主控板工作可靠，達到了工作所需的要求，對策實施成功。

表3 數據傳輸誤差測試表

2.2 整機組裝與調試

按照設計思路，按照裝置結構、設計要求，將檢測元件、過流保護元件、接頭結構、處理芯片、告警單元、輸出單元和外殼模塊進行內部接線[3]、整體組裝與調試。裝置組裝整體結構如圖5所示。

圖5 整體組裝實物圖

將組裝好的低壓配電臺區漏電監測貓進行監測范圍測試，可監測電流范圍為0.01～19.99 A，對策實施成功。

3 目標值完成情況檢查

制作27套監測裝置，經過試驗驗證合格后應用到表箱漏電檢測中，現場應用情況如圖6所示。期間共檢測到10組報警信號，如表4所示。經過實際應用發現，漏電監測裝置的成功率為100%，達到目標值，目標確認成功。

表4 目標檢查表

圖6 監測裝置現場應用圖

4 取得效果

漏電監測裝置的順利應用，改變了人員被動、滯后性操作的現狀，實現了主動搶修，減少了停電時間及客戶家中設備漏電短路的隱患存在時間，避免了因停電造成的損失。

避免了作業人員一次次送電斷電的難題，每月可減少表箱巡視50人次，安全快捷，提升了運維的高效性，得到淄博市公司安質部和運檢部的一致認可。

低壓配電臺區漏電監測裝置投入運行以來，累計接收告警34條，保證了客戶的正常生活和工作需要，減少了客戶因停產而造成的損失，得到了廣大客戶的一致好評。此外，因反復停電而引起的電話投訴和咨詢事件明顯減少，為供電的可靠性提供了有力保證，維護了公司形象。

5 結束語

本文研制了基于電磁原理的低壓配電臺區漏電監測裝置，包括檢測探頭單元和主體結構單元，通過制作互感器、加工控制主板、整機組裝與調試等方案實施過程，對27套監測裝置效果檢查發現，該裝置能夠準確監測并記錄泄漏電流值的裝置，快速縮小故障查找范圍，減少故障查找時間和工單數量，提高了配電網運維的高效性。試驗驗證了該裝置的高效性和可靠性，具備良好的應用前景和推廣價值。