農(nóng)村電網(wǎng)的漏電保護(hù)安全運(yùn)行維護(hù)技術(shù)

國網(wǎng)山東省電力公司萊陽市供電公司 徐曉偉

隨著農(nóng)村用電量的不斷增加，由于漏電問題的出現(xiàn)導(dǎo)致更多電氣災(zāi)害問題出現(xiàn)，進(jìn)而會(huì)對(duì)居民自身的安全方面嚴(yán)重影響。本文主要結(jié)合《農(nóng)村低壓電力技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求及農(nóng)村電網(wǎng)應(yīng)使用漏電保護(hù)器，從而設(shè)計(jì)出一種新型的漏電智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅能夠有有效地避免漏電、觸電問題對(duì)人的身體造成傷害，還降低了漏電造成的災(zāi)害幾率，從而保障了農(nóng)村的用電安全?，F(xiàn)階段農(nóng)村電網(wǎng)大多是利用三級(jí)漏電保護(hù)模式，并將其分別配置共用變壓器和電表箱及客戶端中。其中，在陰雨天氣的影響下用戶端的漏電保護(hù)裝置常會(huì)出現(xiàn)頻繁脫扣的現(xiàn)象，結(jié)合暗線布局方式，導(dǎo)致工作人員難以查找發(fā)生漏電故障的線路，從而嚴(yán)重制約著農(nóng)村電網(wǎng)的漏電保護(hù)安全運(yùn)行維護(hù)。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析

圖1 物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

面對(duì)當(dāng)前階段農(nóng)村電網(wǎng)的漏電問題，以及促進(jìn)我國農(nóng)村電網(wǎng)電力系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展、加強(qiáng)農(nóng)村電網(wǎng)的用電安全運(yùn)行和維護(hù)，使得智能化電網(wǎng)設(shè)計(jì)越來越備受人們的關(guān)注。而農(nóng)村電網(wǎng)的智能化設(shè)計(jì)又離不開智能電網(wǎng)設(shè)計(jì)的支撐，因此在智能漏電檢測(cè)系統(tǒng)中融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可借助信息傳感設(shè)備或分布式識(shí)別設(shè)備等，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)村電網(wǎng)的智能化建設(shè)。針對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)的漏電保護(hù)安全運(yùn)行維護(hù)還需滿足以下4點(diǎn)要求：

智能漏電檢測(cè)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，需實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)的漏電閉鎖以及保護(hù)工作，還要實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)絕緣情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控；保護(hù)動(dòng)作速度快。國內(nèi)針對(duì)漏電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)均是以每秒30毫安來計(jì)算，這樣即使存現(xiàn)漏電情況，人身無意間接觸時(shí)也不會(huì)對(duì)人身安全造成相應(yīng)的影響。反之，如超過相關(guān)要求就會(huì)對(duì)人體造成相應(yīng)的影響。同時(shí)，可利用對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)的對(duì)地阻值及電容電纜分布等形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)裝置的分?jǐn)嗨俣忍嵘?，以此解決漏電問題[1]；在面對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)的對(duì)地電阻減低至漏電保護(hù)動(dòng)作值以下情況時(shí)，相關(guān)漏電保護(hù)裝置就會(huì)實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)工作，從而阻止相關(guān)設(shè)備的合閘送電；保護(hù)動(dòng)作靈敏且可靠性，可有效防治誤動(dòng)及拒動(dòng)情況放入出現(xiàn)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的漏電檢測(cè)系統(tǒng)，可分為層多個(gè)部分，如通信層、監(jiān)測(cè)層及監(jiān)控后臺(tái)等，其中監(jiān)測(cè)層主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的電流以及漏電、變壓器溫度開關(guān)狀態(tài)等相應(yīng)的信息。其中，漏電監(jiān)測(cè)終端方面的通信是利用5G模塊來實(shí)現(xiàn)的，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)數(shù)據(jù)以及控制命令等方面的上下傳輸（圖2）。

圖2 農(nóng)村漏電智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理框圖設(shè)計(jì)

同時(shí)，該智能漏電監(jiān)控器在監(jiān)測(cè)到漏電保護(hù)開關(guān)斷電時(shí)，會(huì)出現(xiàn)常開開關(guān)信號(hào)或常閉開關(guān)信號(hào)等，從而將漏電保護(hù)裝置的開關(guān)信號(hào)當(dāng)作負(fù)控終端或配變終端相對(duì)應(yīng)的輸入端[2]。因此，如果農(nóng)村電網(wǎng)配電開關(guān)方面出現(xiàn)，由于一相或兩相因素失壓導(dǎo)致的跳閘問題時(shí)，該漏電系統(tǒng)終端就會(huì)觸發(fā)變位報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)通過報(bào)警信號(hào)借助移動(dòng)通信卡網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)信息傳輸?shù)较鄳?yīng)的服務(wù)器當(dāng)中。而該服務(wù)器再通過計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)與短信平臺(tái)將信息自動(dòng)發(fā)送到相關(guān)安全運(yùn)維工作人員手中。整個(gè)過程中會(huì)有相關(guān)工作人員通過計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)漏電問題的解決情況進(jìn)行監(jiān)控（圖3）。

圖3 漏電低壓開關(guān)的職能監(jiān)控原理

3 功能設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析

3.1 智能監(jiān)測(cè)及保護(hù)設(shè)計(jì)

智能漏電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)終端設(shè)計(jì)可將其分為三相電流、電壓傳感器等部分構(gòu)成。其中，三相電流傳感器或電壓傳感器的設(shè)計(jì)均是WSN技術(shù)為核心設(shè)計(jì)形成的。因此，為實(shí)現(xiàn)漏電系統(tǒng)的保護(hù)和監(jiān)測(cè)功能，還需結(jié)合單片機(jī)芯片為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)該部分的設(shè)計(jì)可劃分為六個(gè)模塊構(gòu)成：三相電流檢測(cè)、溫度檢測(cè)、剩余電流檢測(cè)、信號(hào)調(diào)理及單個(gè)顯示器和通信接口。在對(duì)三相電流和溫度的檢測(cè)過程中，輸入端會(huì)對(duì)輸入單片機(jī)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)單片機(jī)的通訊端口及模塊則是雙向的[3]。

智能用電測(cè)控終端模塊設(shè)計(jì)。該模塊的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)的漏電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和分析，然后針對(duì)漏電區(qū)域中的實(shí)際漏電情況，結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)從而給出相應(yīng)的遠(yuǎn)程操作指令?；蚪Y(jié)合設(shè)備自身的情況給出預(yù)設(shè)額動(dòng)作閾值，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)漏電地方的隔離。

三相智能用電監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)。該模塊的設(shè)計(jì)主要由ARMCortexMO為核心，集合電壓傳感器、電流傳感器以及繼電器、剩余電流傳感器及鋰電池等多個(gè)部分組成。當(dāng)該模塊電阻分壓直接測(cè)量電壓時(shí)，可通過對(duì)突變電壓進(jìn)行分析，從而為漏電故障問題提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)作為支撐。而三相智能用電監(jiān)測(cè)模塊的設(shè)計(jì)還是一種剩余電流檢測(cè)匯聚器，能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同線路節(jié)點(diǎn)中剩余電流進(jìn)行同步的采集，并將其匯總到末端的漏電情況輔助斷路器當(dāng)中，從而結(jié)合不同的線路情況以及氣候等方面的因素得出相應(yīng)的漏電流整定值[4]。

LoRa網(wǎng)關(guān)模塊設(shè)計(jì)。該網(wǎng)關(guān)模塊的設(shè)計(jì)，主要是由相對(duì)應(yīng)的自組網(wǎng)絡(luò)及后臺(tái)數(shù)據(jù)交互的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，將現(xiàn)場(chǎng)的漏電情況通過利用網(wǎng)絡(luò)的的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，并且網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)可促進(jìn)單個(gè)終端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)路由功能；無線通信補(bǔ)盲模塊。其設(shè)計(jì)在整個(gè)智能漏電檢測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)了對(duì)覆蓋的中繼節(jié)點(diǎn)的保護(hù)。如終端設(shè)備和網(wǎng)關(guān)之間的距離大于3公里時(shí)，就需利用該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積的拓展。在實(shí)際應(yīng)用過程中，該模塊還起到了重要作用，如可圍繞網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)路由節(jié)點(diǎn)的配置，使得距離較遠(yuǎn)的設(shè)備可自動(dòng)尋找網(wǎng)絡(luò)中存在的補(bǔ)盲節(jié)點(diǎn)，并和網(wǎng)關(guān)兩者之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。

智能剩余電流監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)。該模塊的設(shè)計(jì)，主要由單個(gè)或多個(gè)的LORA網(wǎng)關(guān)所上傳的數(shù)據(jù)信息，通過調(diào)度的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)最優(yōu)路線的選擇，從而回復(fù)下行的LORa節(jié)點(diǎn)。該平臺(tái)的設(shè)計(jì)還可利用web的方式將人機(jī)交互界面展示出來。

漏電保護(hù)模塊設(shè)計(jì)。該模塊的設(shè)計(jì)可將分為絕緣電阻和漏電方向等兩部分監(jiān)測(cè)電路。首先，漏電開關(guān)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中是結(jié)合了漏電保護(hù)原理和開關(guān)的構(gòu)成共同組成的。因此在設(shè)計(jì)時(shí)附加的直流源、分開關(guān)保護(hù)原理均是零序功率。其原理是通過對(duì)判斷選線的方式進(jìn)行絕緣電阻值監(jiān)測(cè)。所以當(dāng)農(nóng)村電網(wǎng)的絕緣電阻值小于保護(hù)動(dòng)作值時(shí)，總的開關(guān)會(huì)向分開關(guān)發(fā)出相應(yīng)的漏電保護(hù)中斷信息。從而可通過分開關(guān)對(duì)零序電壓、零序電流的大小及其方向等方面進(jìn)行相應(yīng)的判斷，接著使用零序電壓及零序電流的大小及其功率方向等進(jìn)行選擇性的漏電保護(hù)方法判斷。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

3.2.1 監(jiān)控后臺(tái)設(shè)計(jì)

該程序的設(shè)計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)的漏電問題進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)漏電的遠(yuǎn)程保護(hù)。其功能設(shè)計(jì)主要由8部分構(gòu)成：查詢狀態(tài)、運(yùn)行闡述、歷史報(bào)警數(shù)據(jù)及設(shè)定參數(shù)、故障速報(bào)、查詢參數(shù)設(shè)定和設(shè)定時(shí)間控制、合閘等多個(gè)部分。能進(jìn)一步方便相關(guān)人員及時(shí)對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)漏電問題進(jìn)行監(jiān)控與處理。分合閘主要包括分閘和合閘等兩種狀況，而在漏電監(jiān)控后臺(tái)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，故障信息的設(shè)備狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)，在漏電智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的上電復(fù)位中運(yùn)行時(shí)，主程序就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入初始化節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)、寄存器定義、位定義及內(nèi)存映射和串口初始化、中斷接收等。然后會(huì)進(jìn)入到系統(tǒng)參數(shù)方面對(duì)其進(jìn)行修改，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓和漏電電流閾值配置。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入正常的工作狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)的電流、電壓參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、判斷，從而得出是否需要發(fā)出報(bào)警信號(hào)（圖4）。

圖4 智能漏電檢測(cè)系統(tǒng)主程序流程圖

當(dāng)該設(shè)備在農(nóng)村電網(wǎng)安裝成功之后，只需要將設(shè)備和接入地云平臺(tái)的邏輯地址，在漏電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行錄入即可，這樣不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)低壓開關(guān)的分閘或合閘短信接收通知功能的實(shí)現(xiàn)，還可利用該系統(tǒng)平臺(tái)與監(jiān)測(cè)終端通訊模塊建立起相應(yīng)的通信聯(lián)系，最后利用系統(tǒng)將所監(jiān)測(cè)的漏電信息通過平臺(tái)傳輸?shù)较鄳?yīng)的安全運(yùn)維人員的終端上，從而方便運(yùn)維人員對(duì)相關(guān)信息的查閱。

3.2.2 漏電檢測(cè)程序設(shè)計(jì)

漏電低壓開關(guān)在完成相應(yīng)的合閘或分閘動(dòng)作時(shí)，首先需要對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)的漏電問題進(jìn)行檢測(cè)，然后借助總開關(guān)或者分開關(guān)的方式，對(duì)漏電檢測(cè)工作和漏電閉鎖檢測(cè)工作，進(jìn)行附加直流源的方法進(jìn)行檢測(cè)，從而測(cè)量出相應(yīng)的零序電壓。然后通過零序電流的大小和功率進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村電網(wǎng)的漏電保護(hù)。例如，當(dāng)電網(wǎng)的電壓等級(jí)漏電保護(hù)值配置在1200V電壓時(shí)，該漏電保護(hù)值則為30KQ；而當(dāng)電壓為660V時(shí)，那么該漏電保護(hù)值應(yīng)當(dāng)配置為11KQ。

3.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的農(nóng)村電網(wǎng)的智能漏電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過在西部農(nóng)村試點(diǎn)安裝了10套，并全部調(diào)試成功后，現(xiàn)如今在應(yīng)用過程當(dāng)中。結(jié)合供電所運(yùn)維人員反映，如果電網(wǎng)中出現(xiàn)漏電問題、并觸發(fā)分路開關(guān)跳閘停電時(shí)，配電監(jiān)測(cè)計(jì)量系統(tǒng)終端就會(huì)接收到的遙信報(bào)警信息，從而在約5min時(shí)間內(nèi)，通過計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)信息服務(wù)平臺(tái)將結(jié)果發(fā)送給指定漏電安全運(yùn)維工作人員。這樣安全運(yùn)行運(yùn)維工作人員可第一時(shí)間掌握相關(guān)區(qū)域的漏電、停電信息，并立即前往查看，故障定位準(zhǔn)確，極大地縮短了搶修復(fù)電時(shí)間，提高了現(xiàn)場(chǎng)工作效率，保障了農(nóng)村電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的農(nóng)村電網(wǎng)智能漏電監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)漏電位置的智能迅速定位、問題診斷，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)的監(jiān)控和控制，從而促進(jìn)農(nóng)村電網(wǎng)的用電智能化管理水平和可靠性得到進(jìn)一步的提高。同時(shí)，該系統(tǒng)既可以針對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)復(fù)雜的情況，以及漏電問題進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和做出漏電保護(hù)動(dòng)作，還能夠有效縮短農(nóng)村電網(wǎng)的漏電問題處理時(shí)間，降低農(nóng)村電網(wǎng)的矛盾和隱患，從而為農(nóng)村地區(qū)提供更加優(yōu)質(zhì)和安全的供電服務(wù)。由此可見，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在農(nóng)村電網(wǎng)的漏電保護(hù)安全運(yùn)行維護(hù)方面具有廣闊的發(fā)展前景。