配电低压出线漏电在线监测装置的研制及应用

罗 鑫，李 响，开志远，李佳新，马亚飞

（国网宁夏电力有限公司银川供电公司，宁夏 银川 750000）

0 引言

漏电是由于电气设备绝缘损坏或其他原因而引起的电流泄漏，电器外壳和市电火线间由于某种原因连通后和地之间有一定的电位差就会产生漏电。设备漏电会给用户或供电企业带来极大的经济损失甚至人身安全风险。在居民住宅中，如果住户中发生漏电，该住宅所属的单元总闸会跳闸，住户通过拨打电力客服电话，联系相关维修检测人员上门进行漏电设备检查。但是由于该住户一起发生跳闸的住户往往有多个，维修人员只能依经验进行逐户排查[1]。另外，漏电的设备故障表征仅仅为主断路器和住户分断路器跳闸，除此之外与正常功率过高的跳闸情况一样。面对此种情况，维修人员没有确切把握确定是住户家中有用电器的情况下，只能先将线路送电，然后短时间观察无问题后返回等待再次跳闸。只有当多次发生反复跳闸断电后，维修人员才判断是线路漏电，该排查方法不仅排查时间较长，一旦发生多处设备漏电的情况，排查时间将成倍增加。而且在排查过程中会导致用户家中频繁断电，影响可靠供电。

针对以上存在的问题，本文开展配电低压出线漏电在线监测装置研究，通过电磁感应原理，对低压出线电流进行采样，将采样数据传输至处理器进行计算分析，判断是否存在漏电情况，若存在漏电情况，装置将发出声光报警，提醒运维人员进行处理，显示与报警时间不超过4 s，漏电监测和处置时效性大大提高，有效提高电力用户的供电可靠性，避免因漏电导致的经济损失和人身伤亡事故。

1 配电低压出线漏电在线监测装置的结构

由国网银川供电公司资金支持的群创项目（编号：5229YC230008），研制的配电低压出线漏电在线监测装由3部分组成：检测模块、主机模块、后台终端。其中，检测模块通过电磁感应的方式，对电路中的电流进行实时监测，并将监测数据传输到主机模块进行分析和处理。主机模块实现对监测数据的实时接收和处理，编写相应的程序和算法，对监测数据进行处理和分析，以确定是否存在漏电点。后台模块用于漏电监测的报警和报警信息推送[2]。

1.1 检测模块

如图1所示，采用基于电磁感应原理的互感器方案，在设计互感器的尺寸结构时，须考虑互感器所在的环境空间大小、磁场干扰等因素，以确保设计的互感器在功能上能够满足需求[3]。选择传输效率最高的发射端线圈和接收端线圈，影响传输效率的因素有：发射线圈线径、线圈间距、接收线圈线径。根据试验，选择发射线圈线径1.1 mm、线圈间距50 mm、接收线圈线径0.5 mm，确保传输效率最高，根据参数分别绕制发射线圈和接收线圈。

图1 配电低压出线漏电在线监测装置示意图

在制作互感器时，选用合适的线圈基材。线圈基材需要具备一定的导电性和绝缘性，选定线圈基材后，根据设计图纸进行互感器的制作，制作过程要注意线圈的绕制工艺、绝缘处理等方面，确保互感器的性能稳定且寿命长。在完成互感器的制作后，须验证其效果是否符合预期。先进行空载测试，检查互感器的中性点是否在规定范围内，再进行负载测试，观察互感器在不同负载情况下的性能。测试方法如下：在硅钢片上缠绕500匝线圈，设计一根导线垂直穿过环形硅钢片，在环形硅钢片内部通以50 Hz工频电流，检测线圈感应电流。对制作的硅钢片磁路进行测试，能够检测到感应电流随着穿过硅钢片圆圈内的电流的关系，如表1所示，一次电流的变化引起二次侧电流的对应变化，电路导通率100%，满足要求。

漏电时，由于泄漏电流可能瞬时加大，感应电压也会达到较高的数值，因此检查装置须配备过流保护元件，采用稳压二级管方案，设计过电压保护电路。稳压二级管在系统正常工作情况下，该部分电路不起作用，当遇到瞬间高压时候，稳压二级管能够瞬间反向导通，瞬时释放大量能量，以降低电压。当电压被降低到允许范围内时候，稳压二极管恢复高阻状态，使电路正常工作。完成过电流保护部分的制作后，将一个10 kΩ的电阻接入电路模拟负载。用示波器检测电阻所载的电压电流情况，试验中使用了一个15 V电压源对二极管进行测试。不断变化输入端的电压，使用试触的方式检测方案效果，示波器检测负载情况如表2所示。

表2 耐压测试 V

通过以上实验，该过电流保护装置可以保护负载，使负载电压稳定在合适的范围内，过电流保护部分满足要求。

1.2 主机模块

控制主板包括漏电监测、数据处理和通信等。根据功能需求，设计电路原理。由于低压配电线路正常情况下的漏电流通常为mA级别，电流互感器选用开口式结构，并设计了一个信号调理电路置于控制主板上。为了确保控制主板的稳定性和可靠性，开展多次模拟测试和优化，对电路原理图进行了反复修改和完善，可以采集漏电发生时间、持续时长、漏电值等数据。最后，编写程序代码，实现控制主板的智能化运行。通过实际运行和数据采集，验证控制主板的稳定性和可靠性，对测试数据深入分析和挖掘，总结出了实际运行中的问题和不足之处。最后，根据测试效果，对控制主板进行进一步的优化和改进，以提高其性能和稳定性。

自动声光告警装置的灯光信号有效传输距离在白天阳光充足时，仍可以达60 m；声音信号在白天城镇道路等噪音较大的地方，有效传输距离仍可以达到50 m，由此选用声光告警装置。

1.3 后台终端

后端方面，在研制配电低压出线漏电在线监测装置的过程中，须安装MySQL数据库运行环境，编写数据管理程序。在MySQL数据库基础上，使用C++语言编写数据管理程序，用于实现数据的读取、写入、更新和删除等操作。编写程序时，采用了分模块设计的方法，将程序分为数据读取模块、数据处理模块和数据输出模块。同时，采用面向对象编程的思想，将数据封装在对象中，提高了代码的可读性和可维护性。

编写完成数据管理程序后，对程序先开展单元测试；完成单元测试后，小组成员进行了集成测试，对整个程序进行了测试，确保程序的正常运行和数据的准确读写。调试过程中，使用调试工具进行分析和排查问题。发现问题后，及时修复和优化，确保程序的稳定性和可靠性。

前端方面，编写微信小程序。首先确定软件交互界面，使用微信小程序的开发工具，创建并编写新的小程序项目，包括页面代码、逻辑代码等，以实现监测装置的功能。在代码编写完成后，开展程序的调试，确保程序运行稳定、功能正常。

1.4 整机组装和测试

在组装过程中，按照设计图纸逐一安装各个部件，确保其位置和连接方式正确，实物如图2所示。同时，进行组装后的检查和调试，确保整机的性能符合设计要求，为了验证整机的性能和稳定性，按照设计要求开展严格的测试。在测试过程中，记录各项测试数据，并对其进行分析，测试发现漏电电流可监测范围为0.01～19.99 A，性能表现满足实际需求。

图2 配电低压出线漏电在线监测装置

2 应用效果

在银川供电公司等单位进行应用，对其所辖10个小区开展测试，从监测正确率和故障点确认时间2方面验证。制作了27套监测装置，经过试验验证合格后应用到表箱漏电监测中，装置正常运行，期间共监测到100组报警信号，如表3所示。

表3 配电低压出线漏电在线监测装置实际应用效果

经过实际应用发现，漏电监测装置的成功率为100%，故障点确认时间平均5.5 s，装置满足实际业务需求。

3 结束语

针对目前漏电监测手段和装置存在的不足，本文研制出一款低压出线漏电在线监测装置，该装置能够实时监测低压出线的漏电情况，有效避免了漏电事故的发生，保障了人身安全。其次，该装置采用先进的技术，操作简便，无需专业人员维护，降低了使用成本。此外，该装置的安装能够大大提高低压出线的稳定性和可靠性，避免了因漏电问题导致的停产、设备损坏等经济损失。