城市照明供電線路漏電監測系統應用

廖雯瑜，朱其猛

(深圳市市容景觀事務中心，廣東 深圳 518000)

引言

隨著經濟社會的快速發展，城市照明行業也取得了長足的進步，然而由于城市照明設施隨處可見并帶電作業的特殊性，設施運行用電安全顯得格外重要。近些年全國各地出現多起因城市照明設施漏電傷人的安全事件，引起照明行業管理人員的高度重視。長期以來，照明行業管理和從業人員花費大力氣探索如何及時發現照明供電線路漏電隱患、如何及時消除隱患，收效都不甚理想，如何運用智慧化手段實現城市照明供電線路漏電安全管理也成為當前城市照明領域研究的一個熱點。

1 照明供電線路漏電原因

城市照明設施漏電隱患點主要有箱式變電站、配電箱、供電線纜、接線井蓋、燈桿、燈具、外接非照明設備用電等，造成照明設施漏電的原因復雜多變[1]。其大致可歸為3類，即供電電源問題、電氣線路電纜及接頭漏電、燈具及外部引線和外接負載漏電。根據日常維護作業情況，電氣線路電纜及接頭漏電和燈具及外接引線漏電約占照明設施漏電問題的80%。

1.1 電氣線路電纜及接頭漏電

電氣線路電纜漏電通常有三個原因：一是線路老化，因地下及桿內環境潮濕惡劣、建設施工時采取混凝土直接包封、直埋電纜等，造成線路絕緣層老化破損漏電；二是外力造成線路機械損傷，安裝維修時碰傷、拉傷或過度彎曲，其他工程施工誤傷、樹木生長、土地沉降、燈桿倒伏拉扯電線等造成線纜絕緣層破壞漏電；三是電纜設計和制作工藝不良，因施工設計不周或線纜材質劣質，長期過載運行引發漏電。

線纜接線頭漏電通常是接線頭過熱熔化絕緣層漏電或接線頭未做防水導致過水漏電。在建設施工和維護作業時，線路接頭絕緣處理不符合規范或虛接電纜，電線積聚發熱致使絕緣層融化，導致漏電情況發生。暴雨天氣，積水漫過照明設施的線路接頭或其他電氣設備，線路接頭和電氣設備未做防水處理，導致漏電情況發生。

1.2 燈具或其他設施問題導致漏電

在維護維修燈具、開關設備等照明設施過程中，造成燈具絕緣被破壞，致使帶電的接口、焊點與燈桿接觸，造成漏電情況發生。

2 城市照明供電線路漏電安全管理現狀及分析

城市照明漏電安全管理是行業管理的核心，也是長期以來困擾照明管理人員的難題，目前在城市照明行業對照明供電線路漏電安全管理主要通過人工定時檢測、安裝漏電保護開關、安裝漏電監測系統三種管理手段。

2.1 人工定時檢測

人工定時檢測分為兩種，一是使用鉗形電流表對控制箱內每一條輸出供電線路進行檢測是否存在漏電電流；二是使用驗電筆現場對控制箱或每一輸出供電回路上所控制的每一基路燈具外殼檢查是否帶電。通過人工定時檢測照明設施及供電線路的漏電情況，對箱式變電站、配電箱等設施進行實地檢查，能直觀地了解照明設施漏電狀態，但時效性差，人力成本高、效率低，不能對城市照明設施漏電情況進行實時監測。

2.2 安裝漏電保護開關

當控制箱或燈桿內安裝漏電保護開關或漏電保護器[2-4]時，如果照明設施發生漏電，漏電保護開關或漏電保護器通過零序電流互感器檢測出一個漏電電流，使繼電器動作，漏電開關斷開實現漏電保護。此方法具備斷電保護功能，可一定程度上避免發生二次事故[5-7]。但漏電保護動作電流調節范圍小，需要現場設置，不能對漏電電流進行實時監測，漏電保護后無法主動發現和遠程復位。

2.3 安裝漏電監測系統

在控制箱內安裝漏電監測終端，實時監測各供電線纜的泄漏電流，漏電終端根據設定的閾值開啟漏電保護，通過后臺管理系統實時監測線路的漏電電流和終端狀態。安裝漏電監測系統，一定程度上實現照明設施漏電實時監測和自動漏電保護。但此類漏電監測系統存在通訊不穩定、在線率不高、漏電預警誤報率較高等問題，同時也缺乏漏電數據過程的記錄及分析、漏電報警智能化處置等功能，系統功能相對單一。

針對目前城市照明供電線路漏電安全監測通訊穩定性差、漏電預警誤報率高和漏電智能化處置空白等問題，本文所述系統運用物聯網通訊方式提升終端設備信號的穩定性，通過動態優化終端漏電預警和保護閾值提升漏電預警準確率，在漏電預警處置過程中探索與漏電監測與照明設施資產管理、運維工單管理、GIS地理信息系統等關聯綜合應用，以期達到漏電預警發現及時、準確、問題處置快速高效的效果。

3 城市照明供電線路漏電監測系統

3.1 系統總體架構

城市照明供電線路漏電監測系統是城市照明一體化平臺不可或缺的一部分，如圖1所示。平臺分為5個層次，分別為基礎設施層、支撐層、數據資源層、業務應用層和用戶層。本文漏電監測系統嚴格按照5層架構嵌入一體化平臺。

圖1 城市照明一體化平臺架構圖Fig.1 Architecture diagram of integrated urban lighting platform

(1)基礎設施層：在箱變供電回路安裝漏電監測終端設備，用于實時監測照明供電線路各回路的節點電流值和執行平臺下發優化漏電預警及斷電保護指令，并根據系統設置漏電保護閾值開啟漏電保護。

(2)支撐層：運用4G物聯網保障通訊穩定性，實現終端與平臺交互，傳輸漏電終端監測電流和設備狀態數據，同時實現對終端的在線管理。

(3)數據資源層：通過對終端監控數據、資產數據及運維數據的治理、分析，形成業務應用層可讀可用的有效數據。

(4)業務應用層：實現漏電在線監測、終端管理、漏電預警處置等，并基于一體化管理平臺，與照明設施資產管理、維護作業智能工單及照明將管理電氣圖關聯應用，實現漏電實時監測、實時預警，漏電工單自動生成推送和高效檢修處置的全流程智能化管理(漏電監測及預警處置流程圖如圖2所示)。

圖2 漏電監測系統及處置應用工作流程圖Fig.2 Flow chart of leakage monitoring system and disposal application

(5)用戶層：維護企業通過維護作業APP，并基于應用層的關聯應用，實時接收工單并通過設施資產位置信息快速到達故障現場，準確定位漏電回路，縮短排查時間，提高維護效率。管理人員可以在APP或WEB端隨時查看照明設施整體運行狀態、漏電情況及檢修情況。

3.2 漏電監測終端設備

3.2.1 終端漏電監測技術原理

在照明供電回路上安裝漏電終端以實時采集該回路線路節點流入和流出電流，根據基爾霍夫第一定律(Kirchhoff’s first law)：供電電路中任一節點的流入電流之和等于流出電流之和，即∑iin=∑iout，若I=∑iin-∑iout≠0，則供電線路回路有漏電現象。

3.2.2 漏電監測終端工作原理

在照明供電點安裝漏電監測終端，對每一節點輸出的負荷線路安裝電流采樣互感器對供電線路進行漏電監測采樣，漏電采樣電流和互感器精度為100/0.1 A(1 000)，實現7×24 h連續監測，漏電監測終端采樣模擬量電路圖如圖3所示。

圖3 漏電監測終端采樣模擬量電路圖Fig.3 Circuit diagram of analog signal sampling for leakage monitoring terminal

3.2.3 終端漏電預警及漏電保護

漏電監測終端通過對比漏電電流采樣互感器采集的模擬量信息與系統下發的漏電報警和漏電保護閾值，智能化判斷是否預警漏電及漏電類別并同步將監測數據和操作一并上報后臺系統，終端將實時接收系統數據分析優化后閾值自動更新預警標準。

3.3 漏電監測系統及應用

3.3.1 系統實時漏電監測

漏電監測系統將終端監測回傳的照明線路電流數據與三遙監控系統電氣圖關聯，將回路電流和漏電實時數據、歷史數據顯示在電氣圖上，并對照明控制點內所有的供電線纜、線路編號及方向整合統一顯示，以便監控人員監測控制點漏電電流值、漏電線路方向以及路燈三遙自動監控的工作狀態、線路負荷電流等，達到對照明線路運行狀態和漏電情況實時監測。具體流程如圖2所示。

3.3.2 漏電報警和漏電保護閾值管理

(1)漏電報警和漏電斷電保護初始值設定：系統剛上線試運行時，根據實時監測的漏電電流設定漏電報警閾值，按人體安全電流值設置終端漏電斷電保護閾值。

(2)漏電報警和漏電保護閾值動態優化：設備安裝完成投入運行后，系統對監測線路的漏電歷史數據進行完整記錄，根據歷史漏電值與當前線路設定的漏電報警、漏電保護閾值進行對比，對7 d內漏電歷史電流與設定值相差較大的線路進行自動分析，通過對比結果優化并結合現場維護工單反饋的數據優化調整漏電報警和漏電保護閾值。

3.3.3 漏電故障報警

漏電終端當監測到漏電數據達到設定的漏電報警和漏電斷電保護值時，自動采取預警或斷電保護措施，并將漏電問題上報至漏電監測系統，系統將對應漏電值及漏電線路名稱在電氣圖中實時報警彈窗顯示。

3.3.4 漏電預警處置

在城市照明一體化管理平臺中嵌入漏電監測系統，打通與已有照明資產管理、GIS地理信息管理、工單維護管理系統等數據強關聯，實現供電線路漏電問題精準監測、及時推送工單、維護作業及時搶修的全流程智能化管理。

(1)漏電故障報警處理：當出現漏電報警時，系統將根據報警終端所關聯的資產設施信息自動觸發生成漏電維護工單，推送到設施維護人員賬號中，維護人員通過手機APP實時查看漏電工單，根據問題控制點資產定位信息前往目標現場開展維護作業。

(2)漏電故障處理回復：現場維護人員對漏電故障修復完成后，通過手機APP對維修線路的漏電值進行實時核查，并對故障修復情況在線回復，提交監控中心核實確認系統實時漏電情況，在漏電工單上能對其查看控制點漏電線路實時監測漏電數據和歷史漏電數據。

3.3.5 漏電保護遠程恢復

漏電終端監測到漏電并超過漏電保護閾值時，漏電終端自動斷電保護，同時將漏電保護報警信息上傳至系統。當漏電斷電問題解除后，監控人員可在確認現場安全情況下，進行遠程操作漏電保護恢復，無需維修人員到現場操作合閘。

3.4 漏電監測系統運行情況及性能指標分析

3.4.1 照明線路漏電監測系統試驗數據

本文選取福田區范圍125臺路燈電源點(箱式變電站、配電箱)、1 505條監測線路作為樣本，對系統漏電監測數據及漏電情況統計分析。表1為2023年7月24日全天漏電監測系統內所監測的福田區1 505條照明線路的漏電情況，當日共監測到20條回路存在泄漏電流超標情況，占比為1.33%。其中最大漏電電流在1～2 A的回路有15條，2～5 A有3條，大于5 A的回路有2條(表1)。

表1 照明供電回路漏電數據統計表

表1中，漏電預警信息中包含漏電線路、所屬箱變、漏電最大電流等信息，通過系統智能工單，將漏電預警信息自動生成問題處置工單，維護人員通過維護APP查看各工單漏電嚴重情況決定工單處置順序并通過箱變編碼及回路編號關聯資產位置數據，快速趕赴現場、準確定位漏電回路進行排查、處置，大大提高問題發現、處置效率，縮短斷電時長。

3.4.2 漏電監測及應用系統性能指標及效益分析

本系統投入使用，實現照明線路漏電實時在線監測、漏電實時預警、漏電自動化流轉處置全流程智能化管理。采用4G物聯網通訊提升了終端設備在線率和通訊的穩定性，提高了發現線路漏電的效率和預警的準確性，同時與智能工單、GIS照明設施資產系統關聯應用，大大提高了定位問題、處置問題的效率，有效減少了檢測維修人力成本、漏電損耗和檢修停電時長。表2為本系統與其他幾種漏電安全管理方式綜合效果對比和效益分析。

表2 幾種漏電安全管理方式效果和綜合效益對比

4 進一步全面實現照明設施漏電安全管理建議

(1)分類管理、分級處置、靈活運用監測系統，高效運用維護力量。目前在城市照明行業中暫時沒有對照明供電線路漏電檢修的相關標準參考，也沒有漏電監測和漏電保護閾值設定限值的標準。因此，結合深圳運用實際情況，對城市照明供電線路的漏電風險點及觸電風險進行了劃分，見表3，僅供參考。

表3 城市照明供電線路的漏電風險點及觸電風險進行劃分等級

(2)閉環調整，逐步消除漏電隱患。在建設漏電監測系統框時，需要貫徹全周期管理的理念，隨著漏電隱患消除，報警頻次會由初期高峰趨于平穩。因此，在制定防漏電管理計劃時，要以閉環的思維進行動態調整。管理人員根據漏電維修反饋的整改工單，結合漏電監控系統，進行動態調整每一回路的漏電報警閾值，在排查中不斷優化漏電監測系統中每一條線路的預警值和保護值設置，真正做到精細化管理和高效化風險排查，逐步消除漏電隱患，防范漏電事故的發生。

(3)拓展功能，提高隱患整治效率。目前常用的城市照明供電線路漏電監測系統，由于廠家、批次以及安裝時間上的差異，功能也千差萬別，如早期的產品要求用戶登錄廠家的管理系統，需要人工定期登錄進行超標數據的收集，才能對設施漏電情況進行統計，對漏電監測系統及漏電監測終端應按照本文所介紹的漏電監測系統的報警和保護機制、漏電報警及漏電保護報警值的優化等功能、性能需求，隨著城市照明漏電管理的要求，不斷拓展和優化功能，提高漏電故障、隱患的整治效率。

(4)及時修復漏電故障，消除安全隱患，減少電能損失。城市照明供電線路漏電故障的維修不但保障了人身安全，同時也是城市照明管理中一項重要的節能手段，通過修復漏電可以減少能耗的損失。對城市照明供電線路實時監測、漏電態勢全過程記錄和分析，應作為一項常態化工作。

5 結語

深圳市通過漏電監測項目的實施，實現了對原特區范圍內4 787條供電線路的實時監測、漏電報警以及漏電保護管理，有效提高了漏電報警的準確率和處置效率，提升了城市照明漏電安全管理水平。一是大大減少了因照明線路漏電不能及時發現引起的安全事故；二是極大地提高了維護作業人員發現漏電，精準定位問題和解決隱患的效率；三是及時發現解決漏電問題，也大大節約了因線路漏電導致的能源浪費，實現了城市照明綠色、環保、安全的運行。當然，系統投入運行初期，在線路漏電報警和斷電保護方面偶爾存在響應過激問題，但隨著系統上線運行，通過對大量運行數據分析后不斷優化校正漏電報警和斷電保護值，系統智能化預警與斷電保護更加吻合維護作業需求。下一步我們將針對漏電分類管理，分級處置等標準設置進一步研究，繼續提升照明漏電安全管理精細化水平，并著力下大功夫借助大數據、物聯網、人工智能等技術全面推動照明行業信息化智能化高質量發展。