配電低壓出線漏電在線監(jiān)測(cè)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(huì)產(chǎn)生漏電。設(shè)備漏電會(huì)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(xiǎn)。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(huì)跳閘，住戶通過撥打電力客服電話，聯(lián)系相關(guān)維修檢測(cè)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(gè)，維修人員只能依經(jīng)驗(yàn)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(duì)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(shí)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(shí)間較長(zhǎng)，一旦發(fā)生多處設(shè)備漏電的情況，排查時(shí)間將成倍增加。而且在排查過程中會(huì)導(dǎo)致用戶家中頻繁斷電，影響可靠供電。

針對(duì)以上存在的問題，本文開展配電低壓出線漏電在線監(jiān)測(cè)裝置研究，通過電磁感應(yīng)原理，對(duì)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(jì)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(bào)警，提醒運(yùn)維人員進(jìn)行處理，顯示與報(bào)警時(shí)間不超過4 s，漏電監(jiān)測(cè)和處置時(shí)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(cè)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(xiàng)目（編號(hào)：5229YC230008），研制的配電低壓出線漏電在線監(jiān)測(cè)裝由3部分組成：檢測(cè)模塊、主機(jī)模塊、后臺(tái)終端。其中，檢測(cè)模塊通過電磁感應(yīng)的方式，對(duì)電路中的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收和處理，編寫相應(yīng)的程序和算法，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，以確定是否存在漏電點(diǎn)。后臺(tái)模塊用于漏電監(jiān)測(cè)的報(bào)警和報(bào)警信息推送[2]。

1.1 檢測(cè)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(jì)互感器的尺寸結(jié)構(gòu)時(shí)，須考慮互感器所在的環(huán)境空間大小、磁場(chǎng)干擾等因素，以確保設(shè)計(jì)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(yàn)，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(cè)裝置示意圖

在制作互感器時(shí)，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(jì)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(zhǎng)。在完成互感器的制作后，須驗(yàn)證其效果是否符合預(yù)期。先進(jìn)行空載測(cè)試，檢查互感器的中性點(diǎn)是否在規(guī)定范圍內(nèi)，再進(jìn)行負(fù)載測(cè)試，觀察互感器在不同負(fù)載情況下的性能。測(cè)試方法如下：在硅鋼片上纏繞500匝線圈，設(shè)計(jì)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(cè)線圈感應(yīng)電流。對(duì)制作的硅鋼片磁路進(jìn)行測(cè)試，能夠檢測(cè)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(duì)應(yīng)變化，電路導(dǎo)通率100%，滿足要求。

漏電時(shí)，由于泄漏電流可能瞬時(shí)加大，感應(yīng)電壓也會(huì)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(jí)管方案，設(shè)計(jì)過電壓保護(hù)電路。穩(wěn)壓二級(jí)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(shí)候，穩(wěn)壓二級(jí)管能夠瞬間反向?qū)?，瞬時(shí)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(shí)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(gè)10 kΩ的電阻接入電路模擬負(fù)載。用示波器檢測(cè)電阻所載的電壓電流情況，試驗(yàn)中使用了一個(gè)15 V電壓源對(duì)二極管進(jìn)行測(cè)試。不斷變化輸入端的電壓，使用試觸的方式檢測(cè)方案效果，示波器檢測(cè)負(fù)載情況如表2所示。

表2 耐壓測(cè)試 V

通過以上實(shí)驗(yàn)，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(cè)、數(shù)據(jù)處理和通信等。根據(jù)功能需求，設(shè)計(jì)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(jí)別，電流互感器選用開口式結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了一個(gè)信號(hào)調(diào)理電路置于控制主板上。為了確?？刂浦靼宓姆€(wěn)定性和可靠性，開展多次模擬測(cè)試和優(yōu)化，對(duì)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(shí)間、持續(xù)時(shí)長(zhǎng)、漏電值等數(shù)據(jù)。最后，編寫程序代碼，實(shí)現(xiàn)控制主板的智能化運(yùn)行。通過實(shí)際運(yùn)行和數(shù)據(jù)采集，驗(yàn)證控制主板的穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)深入分析和挖掘，總結(jié)出了實(shí)際運(yùn)行中的問題和不足之處。最后，根據(jù)測(cè)試效果，對(duì)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(dòng)聲光告警裝置的燈光信號(hào)有效傳輸距離在白天陽光充足時(shí)，仍可以達(dá)60 m；聲音信號(hào)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(tái)終端

后端方面，在研制配電低壓出線漏電在線監(jiān)測(cè)裝置的過程中，須安裝MySQL數(shù)據(jù)庫運(yùn)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取、寫入、更新和刪除等操作。編寫程序時(shí)，采用了分模塊設(shè)計(jì)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(shí)，采用面向?qū)ο缶幊痰乃枷?，將?shù)據(jù)封裝在對(duì)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(duì)程序先開展單元測(cè)試；完成單元測(cè)試后，小組成員進(jìn)行了集成測(cè)試，對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行了測(cè)試，確保程序的正常運(yùn)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(shí)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(xiàng)目，包括頁面代碼、邏輯代碼等，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)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(yùn)行穩(wěn)定、功能正常。

1.4 整機(jī)組裝和測(cè)試

在組裝過程中，按照設(shè)計(jì)圖紙逐一安裝各個(gè)部件，確保其位置和連接方式正確，實(shí)物如圖2所示。同時(shí)，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(jì)要求，為了驗(yàn)證整機(jī)的性能和穩(wěn)定性，按照設(shè)計(jì)要求開展嚴(yán)格的測(cè)試。在測(cè)試過程中，記錄各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行分析，測(cè)試發(fā)現(xiàn)漏電電流可監(jiān)測(cè)范圍為0.01～19.99 A，性能表現(xiàn)滿足實(shí)際需求。

圖2 配電低壓出線漏電在線監(jiān)測(cè)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(duì)其所轄10個(gè)小區(qū)開展測(cè)試，從監(jiān)測(cè)正確率和故障點(diǎn)確認(rèn)時(shí)間2方面驗(yàn)證。制作了27套監(jiān)測(cè)裝置，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證合格后應(yīng)用到表箱漏電監(jiān)測(cè)中，裝置正常運(yùn)行，期間共監(jiān)測(cè)到100組報(bào)警信號(hào)，如表3所示。

表3 配電低壓出線漏電在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)際應(yīng)用效果

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

3 結(jié)束語

針對(duì)目前漏電監(jiān)測(cè)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(cè)裝置，該裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)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(jiǎn)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。