配電低壓出線漏電在線監(jiān)測裝置的研制及應(yīng)用

羅 鑫，李 響，開志遠(yuǎn)，李佳新，馬亞飛

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司銀川供電公司，寧夏 銀川 750000）

0 引言

漏電是由于電氣設(shè)備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(chǎn)生漏電。設(shè)備漏電會給用戶或供電企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失甚至人身安全風(fēng)險。在居民住宅中，如果住戶中發(fā)生漏電，該住宅所屬的單元總閘會跳閘，住戶通過撥打電力客服電話，聯(lián)系相關(guān)維修檢測人員上門進(jìn)行漏電設(shè)備檢查。但是由于該住戶一起發(fā)生跳閘的住戶往往有多個，維修人員只能依經(jīng)驗進(jìn)行逐戶排查[1]。另外，漏電的設(shè)備故障表征僅僅為主斷路器和住戶分?jǐn)嗦菲魈l，除此之外與正常功率過高的跳閘情況一樣。面對此種情況，維修人員沒有確切把握確定是住戶家中有用電器的情況下，只能先將線路送電，然后短時間觀察無問題后返回等待再次跳閘。只有當(dāng)多次發(fā)生反復(fù)跳閘斷電后，維修人員才判斷是線路漏電，該排查方法不僅排查時間較長，一旦發(fā)生多處設(shè)備漏電的情況，排查時間將成倍增加。而且在排查過程中會導(dǎo)致用戶家中頻繁斷電，影響可靠供電。

針對以上存在的問題，本文開展配電低壓出線漏電在線監(jiān)測裝置研究，通過電磁感應(yīng)原理，對低壓出線電流進(jìn)行采樣，將采樣數(shù)據(jù)傳輸至處理器進(jìn)行計算分析，判斷是否存在漏電情況，若存在漏電情況，裝置將發(fā)出聲光報警，提醒運維人員進(jìn)行處理，顯示與報警時間不超過4 s，漏電監(jiān)測和處置時效性大大提高，有效提高電力用戶的供電可靠性，避免因漏電導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡事故。

1 配電低壓出線漏電在線監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)

由國網(wǎng)銀川供電公司資金支持的群創(chuàng)項目（編號：5229YC230008），研制的配電低壓出線漏電在線監(jiān)測裝由3部分組成：檢測模塊、主機(jī)模塊、后臺終端。其中，檢測模塊通過電磁感應(yīng)的方式，對電路中的電流進(jìn)行實時監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)模塊進(jìn)行分析和處理。主機(jī)模塊實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時接收和處理，編寫相應(yīng)的程序和算法，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，以確定是否存在漏電點。后臺模塊用于漏電監(jiān)測的報警和報警信息推送[2]。

1.1 檢測模塊

如圖1所示，采用基于電磁感應(yīng)原理的互感器方案，在設(shè)計互感器的尺寸結(jié)構(gòu)時，須考慮互感器所在的環(huán)境空間大小、磁場干擾等因素，以確保設(shè)計的互感器在功能上能夠滿足需求[3]。選擇傳輸效率最高的發(fā)射端線圈和接收端線圈，影響傳輸效率的因素有：發(fā)射線圈線徑、線圈間距、接收線圈線徑。根據(jù)試驗，選擇發(fā)射線圈線徑1.1 mm、線圈間距50 mm、接收線圈線徑0.5 mm，確保傳輸效率最高，根據(jù)參數(shù)分別繞制發(fā)射線圈和接收線圈。

圖1 配電低壓出線漏電在線監(jiān)測裝置示意圖

在制作互感器時，選用合適的線圈基材。線圈基材需要具備一定的導(dǎo)電性和絕緣性，選定線圈基材后，根據(jù)設(shè)計圖紙進(jìn)行互感器的制作，制作過程要注意線圈的繞制工藝、絕緣處理等方面，確保互感器的性能穩(wěn)定且壽命長。在完成互感器的制作后，須驗證其效果是否符合預(yù)期。先進(jìn)行空載測試，檢查互感器的中性點是否在規(guī)定范圍內(nèi)，再進(jìn)行負(fù)載測試，觀察互感器在不同負(fù)載情況下的性能。測試方法如下：在硅鋼片上纏繞500匝線圈，設(shè)計一根導(dǎo)線垂直穿過環(huán)形硅鋼片，在環(huán)形硅鋼片內(nèi)部通以50 Hz工頻電流，檢測線圈感應(yīng)電流。對制作的硅鋼片磁路進(jìn)行測試，能夠檢測到感應(yīng)電流隨著穿過硅鋼片圓圈內(nèi)的電流的關(guān)系，如表1所示，一次電流的變化引起二次側(cè)電流的對應(yīng)變化，電路導(dǎo)通率100%，滿足要求。

漏電時，由于泄漏電流可能瞬時加大，感應(yīng)電壓也會達(dá)到較高的數(shù)值，因此檢查裝置須配備過流保護(hù)元件，采用穩(wěn)壓二級管方案，設(shè)計過電壓保護(hù)電路。穩(wěn)壓二級管在系統(tǒng)正常工作情況下，該部分電路不起作用，當(dāng)遇到瞬間高壓時候，穩(wěn)壓二級管能夠瞬間反向?qū)ǎ矔r釋放大量能量，以降低電壓。當(dāng)電壓被降低到允許范圍內(nèi)時候，穩(wěn)壓二極管恢復(fù)高阻狀態(tài)，使電路正常工作。完成過電流保護(hù)部分的制作后，將一個10 kΩ的電阻接入電路模擬負(fù)載。用示波器檢測電阻所載的電壓電流情況，試驗中使用了一個15 V電壓源對二極管進(jìn)行測試。不斷變化輸入端的電壓，使用試觸的方式檢測方案效果，示波器檢測負(fù)載情況如表2所示。

表2 耐壓測試 V

通過以上實驗，該過電流保護(hù)裝置可以保護(hù)負(fù)載，使負(fù)載電壓穩(wěn)定在合適的范圍內(nèi)，過電流保護(hù)部分滿足要求。

1.2 主機(jī)模塊

控制主板包括漏電監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理和通信等。根據(jù)功能需求，設(shè)計電路原理。由于低壓配電線路正常情況下的漏電流通常為mA級別，電流互感器選用開口式結(jié)構(gòu)，并設(shè)計了一個信號調(diào)理電路置于控制主板上。為了確保控制主板的穩(wěn)定性和可靠性，開展多次模擬測試和優(yōu)化，對電路原理圖進(jìn)行了反復(fù)修改和完善，可以采集漏電發(fā)生時間、持續(xù)時長、漏電值等數(shù)據(jù)。最后，編寫程序代碼，實現(xiàn)控制主板的智能化運行。通過實際運行和數(shù)據(jù)采集，驗證控制主板的穩(wěn)定性和可靠性，對測試數(shù)據(jù)深入分析和挖掘，總結(jié)出了實際運行中的問題和不足之處。最后，根據(jù)測試效果，對控制主板進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)，以提高其性能和穩(wěn)定性。

自動聲光告警裝置的燈光信號有效傳輸距離在白天陽光充足時，仍可以達(dá)60 m；聲音信號在白天城鎮(zhèn)道路等噪音較大的地方，有效傳輸距離仍可以達(dá)到50 m，由此選用聲光告警裝置。

1.3 后臺終端

后端方面，在研制配電低壓出線漏電在線監(jiān)測裝置的過程中，須安裝MySQL數(shù)據(jù)庫運行環(huán)境，編寫數(shù)據(jù)管理程序。在MySQL數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，使用C++語言編寫數(shù)據(jù)管理程序，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取、寫入、更新和刪除等操作。編寫程序時，采用了分模塊設(shè)計的方法，將程序分為數(shù)據(jù)讀取模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊。同時，采用面向?qū)ο缶幊痰乃枷耄瑢?shù)據(jù)封裝在對象中，提高了代碼的可讀性和可維護(hù)性。

編寫完成數(shù)據(jù)管理程序后，對程序先開展單元測試；完成單元測試后，小組成員進(jìn)行了集成測試，對整個程序進(jìn)行了測試，確保程序的正常運行和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確讀寫。調(diào)試過程中，使用調(diào)試工具進(jìn)行分析和排查問題。發(fā)現(xiàn)問題后，及時修復(fù)和優(yōu)化，確保程序的穩(wěn)定性和可靠性。

前端方面，編寫微信小程序。首先確定軟件交互界面，使用微信小程序的開發(fā)工具，創(chuàng)建并編寫新的小程序項目，包括頁面代碼、邏輯代碼等，以實現(xiàn)監(jiān)測裝置的功能。在代碼編寫完成后，開展程序的調(diào)試，確保程序運行穩(wěn)定、功能正常。

1.4 整機(jī)組裝和測試

在組裝過程中，按照設(shè)計圖紙逐一安裝各個部件，確保其位置和連接方式正確，實物如圖2所示。同時，進(jìn)行組裝后的檢查和調(diào)試，確保整機(jī)的性能符合設(shè)計要求，為了驗證整機(jī)的性能和穩(wěn)定性，按照設(shè)計要求開展嚴(yán)格的測試。在測試過程中，記錄各項測試數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行分析，測試發(fā)現(xiàn)漏電電流可監(jiān)測范圍為0.01～19.99 A，性能表現(xiàn)滿足實際需求。

圖2 配電低壓出線漏電在線監(jiān)測裝置

2 應(yīng)用效果

在銀川供電公司等單位進(jìn)行應(yīng)用，對其所轄10個小區(qū)開展測試，從監(jiān)測正確率和故障點確認(rèn)時間2方面驗證。制作了27套監(jiān)測裝置，經(jīng)過試驗驗證合格后應(yīng)用到表箱漏電監(jiān)測中，裝置正常運行，期間共監(jiān)測到100組報警信號，如表3所示。

表3 配電低壓出線漏電在線監(jiān)測裝置實際應(yīng)用效果

經(jīng)過實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，漏電監(jiān)測裝置的成功率為100%，故障點確認(rèn)時間平均5.5 s，裝置滿足實際業(yè)務(wù)需求。

3 結(jié)束語

針對目前漏電監(jiān)測手段和裝置存在的不足，本文研制出一款低壓出線漏電在線監(jiān)測裝置，該裝置能夠?qū)崟r監(jiān)測低壓出線的漏電情況，有效避免了漏電事故的發(fā)生，保障了人身安全。其次，該裝置采用先進(jìn)的技術(shù)，操作簡便，無需專業(yè)人員維護(hù)，降低了使用成本。此外，該裝置的安裝能夠大大提高低壓出線的穩(wěn)定性和可靠性，避免了因漏電問題導(dǎo)致的停產(chǎn)、設(shè)備損壞等經(jīng)濟(jì)損失。