國網福建省電力有限公司南平供電公司 陳明輝 葛 晶 董芳針 福州大學電氣工程與自動化學院 吳 雙 陳孝琪

上海宏力達信息技術股份有限公司 陳致遠

隨但通常難以快速找到漏電點，使得用戶只能私自將用戶側的漏電保護器退出運行。這類違規(guī)操作不但增加了人身觸電風險，而且隨著用戶漏電電流的逐步上升，最終會導致變壓器側總漏電保護器跳閘。此類停電現象具有隨機性、間隙性和隱蔽性等特點，而目前檢修常用的監(jiān)測設備為數字型鉗表，僅能根據當前的漏電流幅值判斷線路漏電狀態(tài)，速度慢且效果差。

針對電力設備監(jiān)測性能存在缺陷問題，文獻[1-3]開展了有關繼電器、接觸器等控制電器工作性能檢測設備的開發(fā)研究；文獻[4]針對絕緣子漏電問題研究了漏電故障選線判斷方法，但未將其與硬件裝置相結合應用于實際現場環(huán)境；文獻[5]設計了一款智能監(jiān)控終端，具有數據分享與報警等功能，但該終端無法傳輸波形數據且制作成本較高，推廣普及存在一定困難。虛擬儀器技術在電力設備領域已有了廣泛的應用，如風電場、變壓器和絕緣子等的在線監(jiān)測[6]，而對于線路漏電流狀態(tài)的實時監(jiān)測設備卻少有研究。為保證用戶的正常用電及用電安全，本研究搭建了一套便攜式漏電流在線監(jiān)測裝置，并將虛擬儀器技術應用于配電線路的漏電流監(jiān)測方向以便于后續(xù)分析故障原因，提醒值班人員及時檢修。

圖1 系統(tǒng)總體設計方案示意圖

1 漏電流在線監(jiān)測裝置

本文研究的漏電流在線監(jiān)測裝置主要應用于低壓配電網線路，可監(jiān)測變壓器出線端或用戶端分支漏電流的動態(tài)變化信息；自動保存并查看故障波形，以便后續(xù)分析故障原因；當發(fā)生漏電故障、甚至在故障發(fā)生前，漏電支線的故障信息將以短信方式告知檢修人員前來維修，以此提高維修效率與低壓配電網的可靠性。漏電流在線監(jiān)測裝置主要包括硬件部分（鉗形采集設備、數據采集模塊、可觸屏一體機）和軟件部分（設備驅動軟件、數據處理分析部分、通用I/O 接口部分、儀器面板控制部分）。硬件部分用于采集漏電流數據，并作為軟件部分的載體；軟件部分用于驅動設備接口、編程分析運算和顯示監(jiān)測結果。

1.1 裝置硬件電路設計

圖2 裝置硬件結構

裝置結構。裝置的硬件部分由5個功能模塊組成：鉗形采集設備用于準確采集漏電流信息；電源模塊為鉗形采集設備提供所需直流電源；數據采集模塊用于實現數模轉換和供電；觸屏一體機作為漏電流故障錄波系統(tǒng)的載體；通訊模塊采用華為USB型無線網卡，為發(fā)出告警短信提供網絡支持。

裝置測量電路設計。由于低壓配電線路正常情況下的漏電流通常為毫安級別，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鉗口手柄處，稱為鉗形采集設備。設備前端鉗在漏電流為i1的低壓配電線路上，而相應的二次側感應電流i2由式（1）計算所得。由于數據采集模塊輸入端接收的是電壓信號，故需添加內置電阻RL將電流信號轉為電壓信號。此時信號輸出電壓（1），為 減 小 信號在放大過程中受到干擾信號的影響，經放大信號測試結果和現場數據分析，鉗形采集設備的匝數比N1/N2選定為1：1000，內置電阻值RL為200Ω，信號調理電路增益G 為25倍，即0～2A 的交流輸入電流輸出為0～10V 交流電壓，滿足數據采集模塊輸入電壓范圍的要求。

其他電路模塊設計。數據采集模塊選用凌華科技公司的USB-1901型號產品作為輸入信號與觸屏一體機之間連通的橋梁。該模塊通過內建信號調理電路采用USB 總線供電，負責處理鉗形采集設備采集的漏電流數據。數據采集模塊經USB 傳輸線連接至觸屏一體機來實現數模轉換。通過安裝LabVIEW 的“DAQPilot”驅動及數據采集模塊的“UD-DASK”驅動，配置USB-1901型號，進而實現了LABVIEW 軟件與數據采集模塊之間的聯通。

圖3 軟件平臺的運行流程圖

1.2 漏電流監(jiān)測裝置軟件設計與研發(fā)

漏電流故障錄波系統(tǒng)。采用LabVIEW 軟件開發(fā)平臺設計。當線路的漏電流信號經數據采集模塊的數模轉換處理后送至漏電流故障錄波系統(tǒng)，進一步實現存儲、顯示與報警等功能；人機交互界面設計。LabVIEW 使用的是圖形化編輯語言G 編寫程序[7]。用戶主界面是人機交互直接進行交流的平臺，包括當前日期、時間、停止數據記錄按鈕、歷史波形選擇、參數設置等窗口。

查看實時波形。實時波形顯示功能通過打開漏電流通道選項，便可觀察漏電流動態(tài)波形信息，并定位故障線路。編程界面如圖4所示，將設置好的相關參數信息送至通道子程序中實現初始設置，進而將設置的采樣頻率與通道子程序所接收的漏電流等信息送至采樣頻率設置子程序進行采樣。最終將采樣的漏電流信息送至波形顯示圖，以此實現前面板的波形顯示。

圖4 實時波形顯示功能

查詢歷史波形功能。是基于故障波形數據存儲模塊和歷史數據讀取編程模塊所設計，以對后續(xù)故障統(tǒng)計和分析研究提供相關數據支撐。故障波形數據存儲模塊用于保存超過設定漏電閾值的故障數據，當漏電流信號增大至設定閾值時，觸發(fā)故障波形數據儲存模塊，并持續(xù)保持觸發(fā)狀態(tài)至采樣到設定的采樣點數為止，進一步將自動錄波的波形數據以TDMS 文件格式送至儲存模塊，并以計算機系統(tǒng)的“當前日期和當前時間”命名文件。歷史數據讀取編程模塊用于調出指定的故障歷史波形，將歷史波形TDMS 文件所在位置的路徑名賦給文件打開模塊，進而讀取模塊讀取故障波形文件夾，并將數據送給歷史波形顯示界面。

發(fā)送告警短信。該功能旨在發(fā)生漏電流越限時，可通過遠程通訊告知檢修人員目前線路的漏電情況。該功能是基于騰訊云平臺注冊短信賬戶，并調用Python 編程的發(fā)送短信程序而實現的。將參數設置中的漏電流值、漏電通道和運維人員手機號碼等字符串輸入至Python 節(jié)點，并結合騰訊云平臺的短信控制臺，向運維人員發(fā)送相應的故障信息。

2 裝置的試驗與應用

基于上述對漏電流在線監(jiān)測裝置的硬件、軟件結構和功能的介紹，下面通過測試裝置功能，以檢驗該裝置的應用價值。將繼保測試儀作為漏電流信號發(fā)生器產生漏電流信號。測試平臺結構如圖5所示，鉗形采集設備的前端鉗在線路上，輸出端連接至在線監(jiān)測裝置面板的電流鉗輸入端子。

圖5 測試平臺結構

實時監(jiān)測功能旨在直觀實時同步監(jiān)測多條動態(tài)漏電流波形。裝置的測量電路具有高精度的鉗形采集設備和高采樣率的錄波技術，無需開斷被測量回路，具備較高的測量精度。漏電流故障錄波軟件的采樣頻率可設置為256Hz 的整數倍，本測試將采樣頻率默認為2048Hz。采樣最小值和最大值為-10V和10V，采樣模式為RSE 單端輸入模式。利用繼保測試儀分別產生3路不同的漏電流信號。點擊錄波軟件的“實時波形顯示”選項卡并打開對應線路的通道，即可查看相應線路的漏電流波形。鉗形采集設備能夠正常并準確地采集漏電流信號，且實時波形顯示采用滾動模式，顯示的波形沒有死區(qū)，不會丟失數據。

歷史波形查詢顯示旨在對后續(xù)相關故障原因分析研究提供相關波形數據。實驗前需提前配置觸發(fā)與門限模塊的參數值。設置觸發(fā)自動錄波功能的啟動閾值為30mA，并保存故障前后各205個采樣點。利用繼保測試儀模擬第1通道的線路出現50mA 的漏電流，系統(tǒng)即自動觸發(fā)故障錄波功能。實驗顯示，故障數據自動保存在了自定義的文件夾內，并以“當前日期+時間”命名，驗證了在實際運行中自動保存的故障波形與設置的參數保持一致。

故障告警短信功能將線路的漏電情況通過短信方式發(fā)送至檢修人員的手機，及時提醒檢修人員前去檢修。漏電信息通過丟包重發(fā)通訊機制發(fā)送至相關工作人員，其信號抗干擾能力強。利用繼保測試儀模擬第2通道的線路出現了20mA 的漏電流，該裝置可根據當天值班情況更改運維人員手機號，點擊“發(fā)送”按鈕即可發(fā)送告警短信。手機收到的短信如：【ZZ 智能用電】漏電流值為20，智能用電設備監(jiān)測到2通道用電異常，請立即至現場處理。

3 結語

低壓配電網下的漏電保護器的實際安裝和運行過程中，漏電流越過漏保閾值引起的跳閘現象屢屢發(fā)生，不及時處理甚至會引發(fā)火災和觸電事故。本文基于漏電保護技術原理搭建了一套漏電流在線監(jiān)測裝置，用于實時監(jiān)測低壓配電線路的漏電流情況，自動保存漏電故障信息、識別觸電類型及發(fā)送故障告警短信等。測試結果表明，該裝置能夠正確實現實時波形查看，歷史波形查詢和故障告警短信發(fā)送等功能，滿足對漏電流線路監(jiān)測的需求。該裝置實用性強，對于設備或線路漏電情況的及時處理、研究漏電現象的有效防范措施等都具有重要的實際意義和實用價值。