配電低壓出線漏電在線監測裝置的研制及應用

羅 鑫，李 響，開志遠，李佳新，馬亞飛

（國網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生漏電。設備漏電會給用戶或供電企業帶來極大的經濟損失甚至人身安全風險。在居民住宅中，如果住戶中發生漏電，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，聯系相關維修檢測人員上門進行漏電設備檢查。但是由于該住戶一起發生跳閘的住戶往往有多個，維修人員只能依經驗進行逐戶排查[1]。另外，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。只有當多次發生反復跳閘斷電后，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，一旦發生多處設備漏電的情況，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測裝置研究，通過電磁感應原理，對低壓出線電流進行采樣，將采樣數據傳輸至處理器進行計算分析，判斷是否存在漏電情況，若存在漏電情況，裝置將發出聲光報警，提醒運維人員進行處理，顯示與報警時間不超過4 s，漏電監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，避免因漏電導致的經濟損失和人身傷亡事故。

1 配電低壓出線漏電在線監測裝置的結構

由國網銀川供電公司資金支持的群創項目（編號：5229YC230008），研制的配電低壓出線漏電在線監測裝由3部分組成：檢測模塊、主機模塊、后臺終端。其中，檢測模塊通過電磁感應的方式，對電路中的電流進行實時監測，并將監測數據傳輸到主機模塊進行分析和處理。主機模塊實現對監測數據的實時接收和處理，編寫相應的程序和算法，對監測數據進行處理和分析，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，采用基于電磁感應原理的互感器方案，在設計互感器的尺寸結構時，須考慮互感器所在的環境空間大小、磁場干擾等因素，以確保設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射端線圈和接收端線圈，影響傳輸效率的因素有：發射線圈線徑、線圈間距、接收線圈線徑。根據試驗，選擇發射線圈線徑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，根據參數分別繞制發射線圈和接收線圈。

圖1 配電低壓出線漏電在線監測裝置示意圖

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電性和絕緣性，選定線圈基材后，根據設計圖紙進行互感器的制作，制作過程要注意線圈的繞制工藝、絕緣處理等方面，確?；ジ衅鞯男阅芊€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期。先進行空載測試，檢查互感器的中性點是否在規定范圍內，再進行負載測試，觀察互感器在不同負載情況下的性能。測試方法如下：在硅鋼片上纏繞500匝線圈，設計一根導線垂直穿過環形硅鋼片，在環形硅鋼片內部通以50 Hz工頻電流，檢測線圈感應電流。對制作的硅鋼片磁路進行測試，能夠檢測到感應電流隨著穿過硅鋼片圓圈內的電流的關系，如表1所示，一次電流的變化引起二次側電流的對應變化，電路導通率100%，滿足要求。

漏電時，由于泄漏電流可能瞬時加大，感應電壓也會達到較高的數值，因此檢查裝置須配備過流保護元件，采用穩壓二級管方案，設計過電壓保護電路。穩壓二級管在系統正常工作情況下，該部分電路不起作用，當遇到瞬間高壓時候，穩壓二級管能夠瞬間反向導通，瞬時釋放大量能量，以降低電壓。當電壓被降低到允許范圍內時候，穩壓二極管恢復高阻狀態，使電路正常工作。完成過電流保護部分的制作后，將一個10 kΩ的電阻接入電路模擬負載。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，該過電流保護裝置可以保護負載，使負載電壓穩定在合適的范圍內，過電流保護部分滿足要求。

1.2 主機模塊

控制主板包括漏電監測、數據處理和通信等。根據功能需求，設計電路原理。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構，并設計了一個信號調理電路置于控制主板上。為了確?？刂浦靼宓姆€定性和可靠性，開展多次模擬測試和優化，對電路原理圖進行了反復修改和完善，可以采集漏電發生時間、持續時長、漏電值等數據。最后，編寫程序代碼，實現控制主板的智能化運行。通過實際運行和數據采集，驗證控制主板的穩定性和可靠性，對測試數據深入分析和挖掘，總結出了實際運行中的問題和不足之處。最后，根據測試效果，對控制主板進行進一步的優化和改進，以提高其性能和穩定性。

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60 m；聲音信號在白天城鎮道路等噪音較大的地方，有效傳輸距離仍可以達到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測裝置的過程中，須安裝MySQL數據庫運行環境，編寫數據管理程序。在MySQL數據庫基礎上，使用C++語言編寫數據管理程序，用于實現數據的讀取、寫入、更新和刪除等操作。編寫程序時，采用了分模塊設計的方法，將程序分為數據讀取模塊、數據處理模塊和數據輸出模塊。同時，采用面向對象編程的思想，將數據封裝在對象中，提高了代碼的可讀性和可維護性。

編寫完成數據管理程序后，對程序先開展單元測試；完成單元測試后，小組成員進行了集成測試，對整個程序進行了測試，確保程序的正常運行和數據的準確讀寫。調試過程中，使用調試工具進行分析和排查問題。發現問題后，及時修復和優化，確保程序的穩定性和可靠性。

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工具，創建并編寫新的小程序項目，包括頁面代碼、邏輯代碼等，以實現監測裝置的功能。在代碼編寫完成后，開展程序的調試，確保程序運行穩定、功能正常。

1.4 整機組裝和測試

在組裝過程中，按照設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，進行組裝后的檢查和調試，確保整機的性能符合設計要求，為了驗證整機的性能和穩定性，按照設計要求開展嚴格的測試。在測試過程中，記錄各項測試數據，并對其進行分析，測試發現漏電電流可監測范圍為0.01～19.99 A，性能表現滿足實際需求。

圖2 配電低壓出線漏電在線監測裝置

2 應用效果

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

表3 配電低壓出線漏電在線監測裝置實際應用效果

經過實際應用發現，漏電監測裝置的成功率為100%，故障點確認時間平均5.5 s，裝置滿足實際業務需求。

3 結束語

針對目前漏電監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測裝置，該裝置能夠實時監測低壓出線的漏電情況，有效避免了漏電事故的發生，保障了人身安全。其次，該裝置采用先進的技術，操作簡便，無需專業人員維護，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定性和可靠性，避免了因漏電問題導致的停產、設備損壞等經濟損失。