摘 要：隨著智能電網(wǎng)的普及，漏電保護(hù)開關(guān)成為用戶端電力安全防護(hù)的重要裝置，其功能的正常與否直接影響到用戶的用電安全。傳統(tǒng)的漏電保護(hù)開關(guān)檢查方式需依靠人工定期巡視，耗時(shí)費(fèi)力且容易出現(xiàn)遺漏。為此，研制了一種低壓漏電保護(hù)開關(guān)遠(yuǎn)程自動(dòng)化測(cè)試裝置，該裝置不僅能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與自動(dòng)化測(cè)試功能，還有效提升了巡視效率。

關(guān)鍵詞：漏電保護(hù)開關(guān)；自動(dòng)檢測(cè)；遠(yuǎn)程測(cè)試裝置

中圖分類號(hào)：TM564.8" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2025）06-0020-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.06.005

0" " 引言

漏電保護(hù)開關(guān)（簡(jiǎn)稱“漏保”）是低壓配電系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，廣泛應(yīng)用于家用、工業(yè)和商用電力系統(tǒng)中，以防范電路故障導(dǎo)致的電擊、火災(zāi)等安全事故。漏保的工作原理是實(shí)時(shí)檢測(cè)電路中的漏電流，一旦其超過(guò)預(yù)定的安全值，立即切斷電源，從而避免危險(xiǎn)。隨著電力網(wǎng)絡(luò)的逐漸復(fù)雜化和電力用戶的急劇增加，確保漏保的功能正常顯得尤為重要[1]。

傳統(tǒng)的漏保檢查方式主要依賴人工按壓漏保開關(guān)的測(cè)試按鈕，驗(yàn)證其能否在漏電情況下正常工作。巡視人員通常每月對(duì)每個(gè)漏保進(jìn)行檢查，操作流程為按下測(cè)試按鈕模擬漏電情況，再通過(guò)按復(fù)位按鈕恢復(fù)供電。雖然該方式簡(jiǎn)單直觀，但當(dāng)用戶量巨大時(shí)，逐一人工檢測(cè)的模式極其費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易因操作不當(dāng)或時(shí)間緊迫導(dǎo)致遺漏。此外，人工檢查的記錄也較為依賴手工填寫，容易出現(xiàn)信息錯(cuò)誤。

文獻(xiàn)[2]研究設(shè)計(jì)了一套基于PLC的小型漏電保護(hù)自動(dòng)操作裝置，該裝置操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，節(jié)約了人力成本，大大提高了漏保試驗(yàn)檢測(cè)效率。文獻(xiàn)[3]研究了一套遠(yuǎn)方漏電保護(hù)試驗(yàn)裝置，該裝置可通過(guò)遙控器來(lái)控制漏保測(cè)試、復(fù)位等試驗(yàn)，提高了工作效率，但受試驗(yàn)裝置之間距離的限制。

考慮到現(xiàn)有檢測(cè)方式的局限性，急需一種能夠遠(yuǎn)程、自動(dòng)化進(jìn)行漏保測(cè)試的裝置，以提高效率并減少人工干預(yù)的錯(cuò)誤率。本文提出并研制了一種低壓漏保的遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)試裝置，旨在通過(guò)集成多種技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)漏保的自動(dòng)化、智能化檢測(cè)，并進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平。

1" " 問題和難點(diǎn)分析

在低壓配電系統(tǒng)中，漏電保護(hù)開關(guān)的有效運(yùn)行對(duì)于保障電力安全至關(guān)重要。然而，當(dāng)前傳統(tǒng)的漏保檢查方式存在諸多問題和難點(diǎn)。

從人工操作的角度來(lái)看，每月對(duì)大量漏保進(jìn)行逐一檢測(cè)是一項(xiàng)極其繁重的任務(wù)。這不僅需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間成本，而且長(zhǎng)時(shí)間的重復(fù)操作容易導(dǎo)致巡視人員疲勞，從而增加操作失誤的風(fēng)險(xiǎn)。操作不當(dāng)可能導(dǎo)致誤判漏保的工作狀態(tài)，時(shí)間緊迫造成的遺漏檢查則可能使存在故障的漏保未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，留下安全隱患。此外，有時(shí)相關(guān)點(diǎn)位可能無(wú)法及時(shí)調(diào)配人力，或者操作人員不熟悉全部漏保位置，也需要可以遠(yuǎn)程操作漏保。

綜上所述，傳統(tǒng)漏保檢查方式在操作、流程、信息記錄和管理等方面存在諸多問題和難點(diǎn)，而研發(fā)遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)試裝置又面臨技術(shù)和成本等方面的挑戰(zhàn)。解決這些問題需要綜合考慮多方面因素，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)化流程和合理的資源配置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2" " 裝置結(jié)構(gòu)及工作流程

2.1" " 裝置各模塊介紹

首先，本裝置利用小型電磁鐵或電力推桿等執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為動(dòng)力源，通過(guò)杠桿行程機(jī)構(gòu)或螺紋等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試和復(fù)位按鈕的非人工接觸式按壓，如圖1所示。其次，設(shè)計(jì)伸縮式可調(diào)節(jié)卡爪、磁吸等固定形式，配合內(nèi)部彈簧和防滑硅膠，適應(yīng)多種型號(hào)漏保并確保穩(wěn)固安裝。在取電方面，基于磁吸原理從漏保開關(guān)電源側(cè)螺母處獲取或另外設(shè)計(jì)電池、太陽(yáng)能電池板，滿足帶電作業(yè)條件。裝置內(nèi)置了無(wú)線通信模塊，測(cè)試數(shù)據(jù)和電壓、電流信息可通過(guò)無(wú)線方式傳輸至控制終端，簡(jiǎn)化了人工記錄的流程。

2.1.1" " 按壓結(jié)構(gòu)

漏保開關(guān)的測(cè)試和復(fù)位通常依賴于人工按壓，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，本裝置采用電推桿驅(qū)動(dòng)杠桿來(lái)保證按壓機(jī)構(gòu)的動(dòng)作準(zhǔn)確性。選擇小型電推桿作為動(dòng)力源，其優(yōu)點(diǎn)在于體積小、響應(yīng)快且功耗低。電推桿通電產(chǎn)生推力，驅(qū)動(dòng)杠桿結(jié)構(gòu)放大電推桿的動(dòng)作行程，使小行程轉(zhuǎn)化為可以按動(dòng)漏保按鈕的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)模擬人工按壓漏保的測(cè)試與復(fù)位按鈕，達(dá)到非人工接觸式的按壓效果。同時(shí)，按壓機(jī)構(gòu)采用了雙按鈕獨(dú)立控制結(jié)構(gòu)，能夠分別控制測(cè)試按鈕和復(fù)位按鈕的操作，確保在任何情況下都能可靠地完成檢測(cè)任務(wù)。這一設(shè)計(jì)提高了操作的靈活性和穩(wěn)定性，為后續(xù)的自動(dòng)化測(cè)試提供了保障。

模擬按壓漏保所需的力Fp可由杠桿原理計(jì)算得到：

Fp=Fe" " " " " " "（1）

式中：Fp表示按壓漏保所需的力；Fe表示電推桿產(chǎn)生的力；l1表示電推桿的運(yùn)動(dòng)行程；l2為杠桿運(yùn)動(dòng)行程。

2.1.2" " 伸縮式卡爪結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的固定式結(jié)構(gòu)可能在不同型號(hào)的漏保上存在不適配的問題，為適應(yīng)多種型號(hào)漏保開關(guān)，裝置設(shè)計(jì)了一個(gè)伸縮式卡爪結(jié)構(gòu)?？ㄗνㄟ^(guò)內(nèi)置彈簧來(lái)調(diào)節(jié)寬度使其能夠適應(yīng)各種漏保型號(hào)，并提供足夠的夾緊力。此外，卡爪與漏保接觸的表面貼有硅膠，起到防滑和保護(hù)漏保表面的作用，確?？ㄗεc漏保開關(guān)接觸時(shí)不會(huì)滑動(dòng)，保證了裝置在各種安裝環(huán)境下都能穩(wěn)定工作。

2.1.3" " 磁吸式接線取電機(jī)構(gòu)

傳統(tǒng)的電力設(shè)備通常需要外部電源供電，而這種供電方式在實(shí)際操作中可能面臨電池更換不便、供電線路復(fù)雜等問題。為了簡(jiǎn)化操作流程并提升設(shè)備的適應(yīng)性，本裝置設(shè)計(jì)了一套磁吸式取電機(jī)構(gòu)（圖2），通過(guò)磁吸方式從漏保開關(guān)的電源側(cè)直接取電，避免了額外的供電需求。這種設(shè)計(jì)不僅避免了電池供電帶來(lái)的不便，還能夠在帶電條件下進(jìn)行取電操作，提升了裝置的便捷性與安全性。

2.1.4" " 自動(dòng)播報(bào)和顯示模塊

為了使巡視人員能夠及時(shí)掌握測(cè)試結(jié)果，本裝置集成了語(yǔ)音播報(bào)和LCD信息顯示模塊。在完成一次測(cè)試按鈕按壓操作后，裝置會(huì)自動(dòng)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)，告知測(cè)試成功或失敗的狀態(tài)。此功能尤其適用于巡檢人員不在現(xiàn)場(chǎng)的情況，確保了漏保狀態(tài)能被用電戶主及時(shí)了解。LCD顯示模塊則能夠?qū)崟r(shí)顯示裝置的運(yùn)行狀態(tài)，包括近2次測(cè)試時(shí)間、電壓、電流等參數(shù)信息。通過(guò)低功耗設(shè)計(jì)，LCD顯示屏即使在長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)狀態(tài)下也能持續(xù)提供必要的信息。

2.1.5" " 無(wú)線通信模塊

為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)收集，裝置內(nèi)置了藍(lán)牙通信模塊。測(cè)試數(shù)據(jù)和電壓、電流信息可通過(guò)無(wú)線方式傳輸至控制終端，簡(jiǎn)化了人工記錄的流程，如圖3所示。通過(guò)遠(yuǎn)程遙控可直接控制裝置完成既定動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)漏保的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

信號(hào)強(qiáng)度指示和距離數(shù)據(jù)之間的數(shù)學(xué)公式如下所示：

p（d）=p（d0）-10ηlg（d/d0）+X" " " "（2）

式中：p（d）和p（d0）分別表示數(shù)據(jù)發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)距離為d和d0時(shí)接收點(diǎn)的新RSSI值；d0為參考距離；η為路徑損耗指數(shù)；X為一個(gè)平均值為0的隨機(jī)變量，數(shù)值符合高斯分布，以dBm為單位，這個(gè)值反映了當(dāng)距離不變時(shí)，接收到的能量的變化情況。

實(shí)際應(yīng)用中式（2）通?？珊?jiǎn)化為以下模型：

p（d）=p（d0）-10ηlg（d/d0）" " " " " " " " （3）

為了計(jì)算方便，可以將d0設(shè)為1 m，就可得到公式：

p（d）=A-10ηlg d" " " " " " " （4）

如果把 p（d）寫成RSSI的形式，就得到公式：

RSSI=A-10ηlg d" " " " " " " "（5）

在無(wú)線測(cè)距技術(shù)中，存在一個(gè)關(guān)鍵因素：當(dāng)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)間距為1 m時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)收到的RSSI值用A表示。式（5）呈現(xiàn)了典型的RSSI測(cè)距模型，清晰展示了RSSI與距離d的函數(shù)關(guān)系。憑借已知的接收機(jī)所接收的RSSI值，能推算出它和發(fā)射機(jī)的距離。而路徑損耗指數(shù)η通常通過(guò)實(shí)際測(cè)量獲得，與障礙物密切相關(guān)，障礙物越多η值越大，這意味著距離越遠(yuǎn)[4]，接收的平均能量下降越快。A和η皆為經(jīng)驗(yàn)值，與無(wú)線信號(hào)傳播環(huán)境以及所使用的硬件節(jié)點(diǎn)緊密相連，不同環(huán)境下其參數(shù)設(shè)置各異。總之，采集到RSSI值并加以處理，就能確定目標(biāo)位置[5]，具體流程圖如圖4所示。這種技術(shù)為精準(zhǔn)定位提供了有力支持。

2.2" " 裝置功能介紹

本裝置的主要用途是通過(guò)自動(dòng)化手段對(duì)漏保開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試和復(fù)位，以減少人工操作，從而實(shí)現(xiàn)更加高效、安全的漏保檢測(cè)工作。設(shè)計(jì)中，考慮到漏保開關(guān)的型號(hào)多樣、安裝環(huán)境復(fù)雜，裝置應(yīng)具備通用性強(qiáng)、安裝便捷、測(cè)試可靠的特點(diǎn)。實(shí)物如圖5所示。

3" " 裝置操作過(guò)程及可行性試驗(yàn)

3.1" " 裝置操作流程

在裝置現(xiàn)場(chǎng)，低壓漏保遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)試裝置操作流程簡(jiǎn)便且高效，具體操作流程如下：

1）巡視人員將裝置通過(guò)伸縮式卡爪結(jié)構(gòu)固定在漏保上。

2）通過(guò)磁吸式接電機(jī)構(gòu)從漏保開關(guān)的電源側(cè)直接取電，確保裝置始終有電源供給。

3）根據(jù)設(shè)定的時(shí)間或遠(yuǎn)程指令，裝置啟動(dòng)自動(dòng)測(cè)試程序。小型電推桿驅(qū)動(dòng)按壓機(jī)構(gòu)模擬人工按壓漏保的測(cè)試按鈕，觸發(fā)漏保進(jìn)行漏電檢測(cè)。測(cè)試完成后通過(guò)另一電推桿驅(qū)動(dòng)按壓機(jī)構(gòu)按壓復(fù)位按鈕恢復(fù)供電。

4）測(cè)試結(jié)束后，裝置會(huì)通過(guò)語(yǔ)音播報(bào)測(cè)試結(jié)果。如果測(cè)試成功，裝置繼續(xù)按壓復(fù)位按鈕恢復(fù)漏保的正常狀態(tài)；如果測(cè)試失敗，裝置會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，提醒巡視人員注意處理。

5）現(xiàn)場(chǎng)巡視人員可通過(guò)LCD顯示屏查看本次測(cè)試的時(shí)間、狀態(tài)等基礎(chǔ)信息。裝置內(nèi)部的無(wú)線通信模塊會(huì)將測(cè)試結(jié)果、檢測(cè)的電壓/電流信息傳輸至遠(yuǎn)程終端，供后臺(tái)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析使用。

3.2" " 裝置現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果及可行性分析

為驗(yàn)證該裝置的性能，還需要對(duì)裝置進(jìn)行多組試驗(yàn)。試驗(yàn)對(duì)象包括不同型號(hào)的漏保開關(guān)，測(cè)試內(nèi)容涵蓋自動(dòng)按壓、復(fù)位、數(shù)據(jù)傳輸、實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)等。測(cè)試動(dòng)作準(zhǔn)確，誤差率低于0.1%；單次測(cè)試操作耗時(shí)約為25 s，完全符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，測(cè)試數(shù)據(jù)能夠成功通過(guò)無(wú)線通信模塊傳輸至控制終端，信息顯示和語(yǔ)音播報(bào)功能也表現(xiàn)良好，整體裝置運(yùn)行穩(wěn)定，測(cè)試效率顯著提升。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，遠(yuǎn)程操作下令按壓動(dòng)作執(zhí)行50次，50次全部成功，成功率達(dá)100%，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。試驗(yàn)表明，裝置能可靠完成遠(yuǎn)程操作和就地操作。

根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程（配電部分）》，當(dāng)室內(nèi)、室外10 kV設(shè)備接地時(shí)，人員應(yīng)分別遠(yuǎn)離接地點(diǎn)4、8 m以上，這意味著室內(nèi)和室外人員在配電設(shè)備接地時(shí)的安全距離為4 m和8 m以外。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)遙控模塊采用紅外發(fā)射和接收方式進(jìn)行測(cè)試，其理論最遠(yuǎn)遙控距離為15 m，設(shè)置6～20 m的不同遙控距離來(lái)測(cè)試裝置動(dòng)作的成功率。測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

4" " 本裝置主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

1）自動(dòng)定時(shí)測(cè)試：裝置可根據(jù)設(shè)定的時(shí)間周期自動(dòng)按壓漏保測(cè)試按鈕，確保每月定時(shí)檢查漏保功能。

2）實(shí)時(shí)語(yǔ)音提醒：測(cè)試過(guò)程中，裝置會(huì)發(fā)出語(yǔ)音提醒，提示人員測(cè)試進(jìn)度；若出現(xiàn)測(cè)試失敗，裝置會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，保證人員及時(shí)處理。

3）無(wú)須外接電源：本裝置通過(guò)磁吸式取電技術(shù)直接從漏保開關(guān)電源側(cè)取電，避免了電池維護(hù)或外電源帶來(lái)的不便。

4）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)反饋：通過(guò)內(nèi)置的無(wú)線通信模塊，裝置能夠?qū)y(cè)試數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程終端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

5）適應(yīng)多型號(hào)漏保：伸縮式卡爪結(jié)構(gòu)使得裝置能夠適應(yīng)不同型號(hào)的漏保，安裝簡(jiǎn)單且安全。

5" " 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并研制了一種低壓漏保遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)試裝置，能夠有效替代人工操作，實(shí)現(xiàn)漏保的自動(dòng)化測(cè)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控。裝置的多功能性、便捷性和高效性不僅提高了巡視工作的效率，還降低了操作成本。該裝置具有顯著的推廣價(jià)值，它不僅解決了人工巡視耗時(shí)費(fèi)力、易遺漏的問題，還憑借其便捷、高效、低成本的特點(diǎn)，有望在相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，提升電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 滕松林，楊校生.觸電漏電保護(hù)器及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[2] 陳金汕.家用小型漏電保護(hù)開關(guān)電性能試驗(yàn)自動(dòng)操作裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究，2014（2）：6-10.

[3] 賈鑫.運(yùn)用遠(yuǎn)方合閘裝置進(jìn)行漏電保護(hù)試驗(yàn)的研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2021，36（7）：146-148.

[4] 馬靜敏.一種基于藍(lán)牙技術(shù)的低功耗室內(nèi)定位物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2021.

[5] 王琦.基于RSSI測(cè)距的室內(nèi)定位技術(shù)[J].電子科技，2012，25（6）：64-66.

收稿日期：2024-11-27

作者簡(jiǎn)介：李登雕（1984—），男，貴州銅仁人，高級(jí)工程師，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。