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)導致更多電氣災害問題出現(xiàn)，進而會對居民自身的安全方面嚴重影響。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)應使用漏電保護器，從而設計出一種新型的漏電智能監(jiān)測系統(tǒng)，不僅能夠有有效地避免漏電、觸電問題對人的身體造成傷害，還降低了漏電造成的災害幾率，從而保障了農(nóng)村的用電安全?，F(xiàn)階段農(nóng)村電網(wǎng)大多是利用三級漏電保護模式，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裝置常會出現(xiàn)頻繁脫扣的現(xiàn)象，結(jié)合暗線布局方式，導致工作人員難以查找發(fā)生漏電故障的線路，從而嚴重制約著農(nóng)村電網(wǎng)的漏電保護安全運行維護。

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)設計

面對當前階段農(nóng)村電網(wǎng)的漏電問題，以及促進我國農(nóng)村電網(wǎng)電力系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展、加強農(nóng)村電網(wǎng)的用電安全運行和維護，使得智能化電網(wǎng)設計越來越備受人們的關(guān)注。而農(nóng)村電網(wǎng)的智能化設計又離不開智能電網(wǎng)設計的支撐，因此在智能漏電檢測系統(tǒng)中融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可借助信息傳感設備或分布式識別設備等，結(jié)合網(wǎng)絡技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)村電網(wǎng)的智能化建設。針對農(nóng)村電網(wǎng)的漏電保護安全運行維護還需滿足以下4點要求：

智能漏電檢測保護裝置的設計，需實現(xiàn)對農(nóng)村電網(wǎng)的漏電閉鎖以及保護工作，還要實現(xiàn)對電網(wǎng)絕緣情況的實時監(jiān)控；保護動作速度快。國內(nèi)針對漏電保護裝置設計均是以每秒30毫安來計算，這樣即使存現(xiàn)漏電情況，人身無意間接觸時也不會對人身安全造成相應的影響。反之，如超過相關(guān)要求就會對人體造成相應的影響。同時，可利用對農(nóng)村電網(wǎng)的對地阻值及電容電纜分布等形式，實現(xiàn)對保護裝置的分斷速度提升，以此解決漏電問題[1]；在面對農(nóng)村電網(wǎng)的對地電阻減低至漏電保護動作值以下情況時，相關(guān)漏電保護裝置就會實現(xiàn)漏電保護工作，從而阻止相關(guān)設備的合閘送電；保護動作靈敏且可靠性，可有效防治誤動及拒動情況放入出現(xiàn)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設計的漏電檢測系統(tǒng)，可分為層多個部分，如通信層、監(jiān)測層及監(jiān)控后臺等，其中監(jiān)測層主要實現(xiàn)了對現(xiàn)場的電流以及漏電、變壓器溫度開關(guān)狀態(tài)等相應的信息。其中，漏電監(jiān)測終端方面的通信是利用5G模塊來實現(xiàn)的，實現(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)測系統(tǒng)原理框圖設計

同時，該智能漏電監(jiān)控器在監(jiān)測到漏電保護開關(guān)斷電時，會出現(xiàn)常開開關(guān)信號或常閉開關(guān)信號等，從而將漏電保護裝置的開關(guān)信號當作負控終端或配變終端相對應的輸入端[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致的跳閘問題時，該漏電系統(tǒng)終端就會觸發(fā)變位報警信號，實現(xiàn)通過報警信號借助移動通信卡網(wǎng)絡將相關(guān)信息傳輸?shù)较鄳姆掌鳟斨?。而該服務器再通過計量自動化系統(tǒng)與短信平臺將信息自動發(fā)送到相關(guān)安全運維工作人員手中。整個過程中會有相關(guān)工作人員通過計量自動化系統(tǒng)實現(xiàn)對漏電問題的解決情況進行監(jiān)控（圖3）。

圖3 漏電低壓開關(guān)的職能監(jiān)控原理

3 功能設計及實驗驗證分析

3.1 智能監(jiān)測及保護設計

智能漏電監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測終端設計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計均是WSN技術(shù)為核心設計形成的。因此，為實現(xiàn)漏電系統(tǒng)的保護和監(jiān)測功能，還需結(jié)合單片機芯片為基礎進行設計。對該部分的設計可劃分為六個模塊構(gòu)成：三相電流檢測、溫度檢測、剩余電流檢測、信號調(diào)理及單個顯示器和通信接口。在對三相電流和溫度的檢測過程中，輸入端會對輸入單片機進行調(diào)整，同時單片機的通訊端口及模塊則是雙向的[3]。

智能用電測控終端模塊設計。該模塊的設計主要實現(xiàn)了對農(nóng)村電網(wǎng)的漏電情況進行實時的監(jiān)測和分析，然后針對漏電區(qū)域中的實際漏電情況，結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)從而給出相應的遠程操作指令。或結(jié)合設備自身的情況給出預設額動作閾值，以此來實現(xiàn)對漏電地方的隔離。

三相智能用電監(jiān)測模塊設計。該模塊的設計主要由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部分組成。當該模塊電阻分壓直接測量電壓時，可通過對突變電壓進行分析，從而為漏電故障問題提供相應的數(shù)據(jù)作為支撐。而三相智能用電監(jiān)測模塊的設計還是一種剩余電流檢測匯聚器，能實現(xiàn)對不同線路節(jié)點中剩余電流進行同步的采集，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的漏電流整定值[4]。

LoRa網(wǎng)關(guān)模塊設計。該網(wǎng)關(guān)模塊的設計，主要是由相對應的自組網(wǎng)絡及后臺數(shù)據(jù)交互的節(jié)點構(gòu)成，將現(xiàn)場的漏電情況通過利用網(wǎng)絡的的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，并且網(wǎng)關(guān)的設計可促進單個終端網(wǎng)絡設備實現(xiàn)路由功能；無線通信補盲模塊。其設計在整個智能漏電檢測系統(tǒng)網(wǎng)絡中實現(xiàn)了對覆蓋的中繼節(jié)點的保護。如終端設備和網(wǎng)關(guān)之間的距離大于3公里時，就需利用該模塊實現(xiàn)對網(wǎng)絡覆蓋面積的拓展。在實際應用過程中，該模塊還起到了重要作用，如可圍繞網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)數(shù)據(jù)路由節(jié)點的配置，使得距離較遠的設備可自動尋找網(wǎng)絡中存在的補盲節(jié)點，并和網(wǎng)關(guān)兩者之間進行數(shù)據(jù)的交互。

智能剩余電流監(jiān)控平臺設計。該模塊的設計，主要由單個或多個的LORA網(wǎng)關(guān)所上傳的數(shù)據(jù)信息，通過調(diào)度的方式實現(xiàn)對最優(yōu)路線的選擇，從而回復下行的LORa節(jié)點。該平臺的設計還可利用web的方式將人機交互界面展示出來。

漏電保護模塊設計。該模塊的設計可將分為絕緣電阻和漏電方向等兩部分監(jiān)測電路。首先，漏電開關(guān)系統(tǒng)在設計過程中是結(jié)合了漏電保護原理和開關(guān)的構(gòu)成共同組成的。因此在設計時附加的直流源、分開關(guān)保護原理均是零序功率。其原理是通過對判斷選線的方式進行絕緣電阻值監(jiān)測。所以當農(nóng)村電網(wǎng)的絕緣電阻值小于保護動作值時，總的開關(guān)會向分開關(guān)發(fā)出相應的漏電保護中斷信息。從而可通過分開關(guān)對零序電壓、零序電流的大小及其方向等方面進行相應的判斷，接著使用零序電壓及零序電流的大小及其功率方向等進行選擇性的漏電保護方法判斷。

3.2 軟件設計

3.2.1 監(jiān)控后臺設計

該程序的設計不僅實現(xiàn)對農(nóng)村電網(wǎng)的漏電問題進行遠程監(jiān)控，還能實現(xiàn)對漏電的遠程保護。其功能設計主要由8部分構(gòu)成：查詢狀態(tài)、運行闡述、歷史報警數(shù)據(jù)及設定參數(shù)、故障速報、查詢參數(shù)設定和設定時間控制、合閘等多個部分。能進一步方便相關(guān)人員及時對農(nóng)村電網(wǎng)漏電問題進行監(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)控后臺設計過程當中，故障信息的設備狀態(tài)及運行參數(shù)，在漏電智能監(jiān)測系統(tǒng)的上電復位中運行時，主程序就會自動進入初始化節(jié)點，從而實現(xiàn)時鐘信號、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。然后會進入到系統(tǒng)參數(shù)方面對其進行修改，從而實現(xiàn)對電壓和漏電電流閾值配置。當系統(tǒng)進入正常的工作狀態(tài)時，系統(tǒng)就會對農(nóng)村電網(wǎng)的電流、電壓參數(shù)進行計算、判斷，從而得出是否需要發(fā)出報警信號（圖4）。

圖4 智能漏電檢測系統(tǒng)主程序流程圖

當該設備在農(nóng)村電網(wǎng)安裝成功之后，只需要將設備和接入地云平臺的邏輯地址，在漏電監(jiān)測系統(tǒng)當中進行錄入即可，這樣不僅可實現(xiàn)對電網(wǎng)低壓開關(guān)的分閘或合閘短信接收通知功能的實現(xiàn)，還可利用該系統(tǒng)平臺與監(jiān)測終端通訊模塊建立起相應的通信聯(lián)系，最后利用系統(tǒng)將所監(jiān)測的漏電信息通過平臺傳輸?shù)较鄳陌踩\維人員的終端上，從而方便運維人員對相關(guān)信息的查閱。

3.2.2 漏電檢測程序設計

漏電低壓開關(guān)在完成相應的合閘或分閘動作時，首先需要對農(nóng)村電網(wǎng)的漏電問題進行檢測，然后借助總開關(guān)或者分開關(guān)的方式，對漏電檢測工作和漏電閉鎖檢測工作，進行附加直流源的方法進行檢測，從而測量出相應的零序電壓。然后通過零序電流的大小和功率進行對比，實現(xiàn)農(nóng)村電網(wǎng)的漏電保護。例如，當電網(wǎng)的電壓等級漏電保護值配置在1200V電壓時，該漏電保護值則為30KQ；而當電壓為660V時，那么該漏電保護值應當配置為11KQ。

3.3 實驗驗證分析

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)測系統(tǒng)，通過在西部農(nóng)村試點安裝了10套，并全部調(diào)試成功后，現(xiàn)如今在應用過程當中。結(jié)合供電所運維人員反映，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，配電監(jiān)測計量系統(tǒng)終端就會接收到的遙信報警信息，從而在約5min時間內(nèi)，通過計量自動化系統(tǒng)信息服務平臺將結(jié)果發(fā)送給指定漏電安全運維工作人員。這樣安全運行運維工作人員可第一時間掌握相關(guān)區(qū)域的漏電、停電信息，并立即前往查看，故障定位準確，極大地縮短了搶修復電時間，提高了現(xiàn)場工作效率，保障了農(nóng)村電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

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)，不僅可以實現(xiàn)對漏電位置的智能迅速定位、問題診斷，還能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)村電網(wǎng)的監(jiān)控和控制，從而促進農(nóng)村電網(wǎng)的用電智能化管理水平和可靠性得到進一步的提高。同時，該系統(tǒng)既可以針對農(nóng)村電網(wǎng)復雜的情況，以及漏電問題進行實時的監(jiān)測和做出漏電保護動作，還能夠有效縮短農(nóng)村電網(wǎng)的漏電問題處理時間，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。由此可見，該系統(tǒng)的設計在農(nóng)村電網(wǎng)的漏電保護安全運行維護方面具有廣闊的發(fā)展前景。