國網(wǎng)甘肅省電力公司莊浪縣供電公司 李建鵬

配電網(wǎng)在運行的過程中，可能會出現(xiàn)漏電流的情況，給配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定帶來了一定的隱患。可以通過對配電網(wǎng)漏電流進行實時監(jiān)測，當漏電流數(shù)值較大時，發(fā)出預警信息，從而強化對配電網(wǎng)漏電流的管理。

在城市配電系統(tǒng)中，對老舊小區(qū)進行改造或者在新小區(qū)鋪設新的配電線路時，線路的外絕緣皮容易出現(xiàn)劃傷的情況，存在后續(xù)漏電的運行安全隱患；同時，在農(nóng)村配電系統(tǒng)中，配電設施一般在室外，并且配電線路的質量也參差不齊，當在多雨季節(jié)時，配電系統(tǒng)很容易出現(xiàn)漏電的情況。為了加強對城市配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)的管理，本文介紹了配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測及預警系統(tǒng)的開發(fā)及實現(xiàn)原理，并介紹了該漏電流監(jiān)測和預警系統(tǒng)的應用情況。

1 配電網(wǎng)漏電流的檢測技術

為了實現(xiàn)對配電網(wǎng)漏電流的檢測，可以采用剩余電流互感器進行測量。當配電網(wǎng)中沒有漏電流時，火線和零線中的電流相等，在剩余電流互感器的二次側不會產(chǎn)生感應電流，故測量到的數(shù)據(jù)為零。當配電網(wǎng)存在漏電流時，此時由于零線中有一部分電流流向了大地，故火線電流比零線電流大，此時就產(chǎn)生了漏電流，在剩余電流互感器的二次側將產(chǎn)生感應電流，具體的數(shù)值大小和剩余電流互感器的變比有關。通過變比轉換，就可以得到真實的配電網(wǎng)漏電流大小。在配電網(wǎng)漏電流檢測及預警系統(tǒng)中，主要包括漏電流檢測系統(tǒng)和將所檢測的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)無線通信網(wǎng)絡上傳到監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等。當檢測到配電網(wǎng)中的漏電流數(shù)值之后，就可以利用物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并發(fā)出相關的漏電流預警信息。

2 配電網(wǎng)漏電流的監(jiān)測及預警系統(tǒng)的開發(fā)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術在監(jiān)測預警系統(tǒng)開發(fā)中的應用

物聯(lián)網(wǎng)技術在配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測及預警系統(tǒng)中發(fā)揮著關鍵作用，利用物聯(lián)網(wǎng)技術中的ZigBee通信技術，可以實現(xiàn)無線通信組網(wǎng)。ZigBee通信技術組網(wǎng)速度快、節(jié)點容量大、功耗較低，在無人監(jiān)視控制領域中得到了廣泛應用。網(wǎng)絡通信需要遵循一定的通信協(xié)議，在配電網(wǎng)漏電流的監(jiān)測及預警系統(tǒng)中同樣如此，在ZigBee通信協(xié)議中包括多個不同的層次，圖1為ZigBee通信協(xié)議棧的基本結構圖。

圖1 ZigBee通信協(xié)議棧的結構

從圖1可以看出，ZigBee通信協(xié)議棧包括物理層、媒體介入控制層、網(wǎng)絡層和應用層，其中物理層和媒體介入控制層遵循IEEE802.15.4標準，網(wǎng)絡層和應用層采用的是ZigBee協(xié)議。物理層主要是負責配電網(wǎng)漏電流檢測系統(tǒng)中的硬件設備管理，并為無線通信數(shù)據(jù)傳輸和共享提供物理鏈路。媒體介入層則負責網(wǎng)絡的加入和退出，并提高網(wǎng)絡安全的相關服務。應用層則可以分析和處理根據(jù)所采集和傳輸過來的配電網(wǎng)漏電流相關數(shù)據(jù)信息，得出配電網(wǎng)出現(xiàn)漏電流的嚴重程度，如果較為嚴重則及時發(fā)出預警。

2.2 配電網(wǎng)漏電流檢測器的硬件設計

采用配電網(wǎng)漏電流檢測器能夠實現(xiàn)對配電網(wǎng)漏電流的監(jiān)測，在開發(fā)監(jiān)測及預警系統(tǒng)時，應對配電網(wǎng)漏電流檢測器進行設計，其包括芯片的選型、電源電路和漏電流檢測電路的設計等內容。根據(jù)ZigBee無線通信技術和配電網(wǎng)漏電流檢測硬件，再完成軟件程序的相關設計，就是配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測及預警系統(tǒng)的基本開發(fā)設計內容。

對于配電網(wǎng)漏電流檢測器的設計，包括硬件和軟件兩個方面，在硬件設計的過程中，可以先通過借助設計軟件進行仿真輔助設計，之后再通過實際的元器件進行驗證，其中配電網(wǎng)漏電流檢測器的基本結構如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)漏電流檢測器的基本結構

從圖2可以看出，在配電網(wǎng)漏電流檢測器中核心元件為單片機控制模塊，電壓采集電路和電流采集電路的數(shù)據(jù)都需要傳入到單片機控制系統(tǒng)中進行分析計算，ZigBee模塊則通過無線通信技術起著數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收作用。電源模塊也是配電網(wǎng)漏電流檢測器中的重要組成部分，需要從低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中獲取電能給各個系統(tǒng)模塊。在設計的時候，中間設置了超級電容，可以起到穩(wěn)定電壓的作用；即使當外界電源失電時，依然可以通過超級電容放電而繼續(xù)給配電網(wǎng)漏電流檢測器供電，保證所檢測到的數(shù)據(jù)信息能夠發(fā)送到配電網(wǎng)漏電流接收器中。

2.3 配電網(wǎng)漏電流檢測器的軟件設計

通過在配電網(wǎng)漏電流檢測器采用軟件控制，可以使得各個硬件模塊完成各自的任務。軟件模塊主要包括漏電流檢測程序和串口通訊模塊等，單片機會對所檢測的漏電流進行判斷，如果超過了設定的漏電流動作值，則將數(shù)據(jù)通過ZigBee無線通信模塊發(fā)送到配電網(wǎng)漏電流接收器中。為了方便編程實現(xiàn)，需要先繪制軟件流程圖，按照預先設定的程序邏輯流程編寫程序。

3 配電網(wǎng)漏電流的監(jiān)測及預警系統(tǒng)的應用

配電網(wǎng)漏電流的監(jiān)測及預警系統(tǒng)在實際應用中可以設置在供電所中，實時監(jiān)測安裝了漏電流檢測器的各個臺區(qū)漏電流，配電臺區(qū)的漏電流預警閾值可以取10 mA，超過閾值即動作。通過該漏電流監(jiān)測及預警系統(tǒng)，還可以對各個配電臺區(qū)的歷史漏電流數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，掌握設備的運行情況。當檢測到配電網(wǎng)中存在漏電流時，配電網(wǎng)漏電流檢測器可以檢測到的電流、電壓等數(shù)據(jù)信息通過ZigBee無線通信技術傳輸?shù)脚潆娋W(wǎng)漏電流接收器中，通過該系統(tǒng)還可以使得配電室運維人員能夠快速查找到故障點，降低檢修人員的工作時間，快速恢復配電系統(tǒng)的供電。

由于在配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測及預警系統(tǒng)中設置了大量的網(wǎng)絡節(jié)點，所采集的漏電流數(shù)據(jù)信息在傳輸?shù)倪^程中可能會存在一定的傳輸延遲，故在系統(tǒng)投入實際應用之前，應分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸延遲量指標，這也是評判系統(tǒng)的傳輸性能是否可靠的關鍵要素。系統(tǒng)中的節(jié)點數(shù)據(jù)延遲量與在ZigBee應用層中設置的網(wǎng)絡參數(shù)有直接的關系，數(shù)據(jù)延遲量越大，表明數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中需要花費更長的時間。如果在對系統(tǒng)進行測試的過程中，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸延遲量較大，則應調整應用層中的參數(shù)設置，保證系統(tǒng)的應用性能不會因為數(shù)據(jù)傳輸而產(chǎn)生影響。

結論：為了提高配電網(wǎng)的供電可靠性和用電安全性，對配電網(wǎng)采取漏電流檢測措施，構建漏電流監(jiān)測和預警系統(tǒng)具有較強的必要性。采用本文所述的配電網(wǎng)漏電流監(jiān)測及預警系統(tǒng)，可以掌握配電設施的漏電流情況，并發(fā)出漏電流預警信息，從而有效保障配電系統(tǒng)的安全運行和用戶的用電安全。