基于物联网的配电网漏电流监测系统分析

马凡琳，史浩鹏，杨轲

（国网甘肃省电力公司平凉供电公司，甘肃 平凉 744000）

国家电网有限公司科技项目（522709191001）资助。

随着智能配电台区建设的推进，目前，在配电台区中基本都安装了配电网漏电保护器，通过在配电网中安装这些设备能够有效对配电台区中的剩余电流进行实时监测和保护。但是当配电网中的泄漏电流较大时，此时，当泄漏电流达到漏电保护器设置的阈值时，则启动跳闸，造成不必要的停电。因此，有必要采用配电网漏电流检测系统，解决配电网因泄漏电流导致的频繁跳闸问题，本文首先分析了物联网技术与配电网漏电流监测之间的关联，之后阐述了基于物联网的配电网漏电流监测系统的实现原理，包括配电网漏电流检测技术和监测系统架构等，最后分析了该配电网漏电流检测系统的实际应用。

1 物联网技术与配电网漏电流监测

利用物联网技术可以实现物物互联，强化对设备终端的监测和控制，掌握设备终端的运行状态。本文介绍的基于物联网的配电网漏电流监测系统是高度智能化的信息系统，分为应用层、网络层和数据采集层，通过物联网技术和数据挖掘技术，实时对配电变压器、电缆线路和开关柜等多类配电设施漏电流进行监测。数据挖掘技术可根据所采集的配电设施运行信息，估计出配电设施的寿命，实现对配电设施的绝缘状态评估，当绝缘性能较弱时，则可以发出预警信息，防止出现绝缘击穿等严重事故。基于物联网的配电网漏电流监测系统，集配电网漏电流检测、传输和分析预警于一体，能够有效对配电网漏电流进行监测。

2 基于物联网的配电网漏电流监测系统分析

目前，在配电网漏电流管理薄弱的农村配电网中，存在配电线路或配电变压器漏电保护器频繁跳闸的问题，给电力用户的日常用电带来不便之处。为了实现对配电网漏电流的有效监测和管理，以下介绍基于物联网的配电网漏电流监测系统。

2.1 配电网漏电流检测技术

为了实现对配电网漏电流的监测及预警，首先，需要对配电网漏电流进行采集，可以采用漏电流智能检测终端，图1为配电网漏电流检测的基本原理。漏电流采集在基于物联网的漏电流监测系统中是位于最底层的数据采集层，并通过漏电流接收器进行数据汇总。

配电网漏电流检测的基本原理中，漏电流可以通过环形磁芯在二次侧感应出电流，实现对漏电流信号的检测。检测控制模块则根据所检测到的漏电流，判断数值是否达到了终端中所设定的阈值，判断是否启动执行机构，发出存在漏电流信息。在漏电流智能检测终端中，除了具有上述采集漏电流数据的传感芯片之外，还具有无线通信芯片，能够通过物联网中的ZigBee无线通信技术实现数据的发送。

2.2 基于物联网的配电网漏电流监测系统

基于物联网的配电网漏电流监测系统在硬件系统结构组成上，包括ZigBee射频模块、传感器、电源模块等。基于物联网的配电网漏电流监测系统结构图如图1所示，各个配电设施中布置的传感器所采集的数据通过串口传输到ZigBee终端节点，通过单片机控制模块对数据进行分析处理后，再逐步发往ZigBee路由器节点和ZigBee协调器节点，完成数据的传输和处理。

图1 基于物联网的配电网漏电流监测系统结构图

传感器所采集的数据需要经过处理，转换为数字量后才能进行发送和分析处理，传感器可以设置在电力用户的电表箱中。电表中的零线和火线都经过漏电流检测器中的互感线圈，这样就能够检测出线路中是否存在漏电流。路由器节点起着网络的连接和扩展作用，只有通过路由，网络中的数据才能按照路由进行发送和接收，完成无线网络通信。在ZigBee芯片的选型方面，主要考虑的指标包括引脚数、电压、芯片大小、支持的标准、输出功率、功耗等，应根据实际的应用需求，选择合适的ZigBee芯片。

此外，为了提高漏电流检测器的实际检测效果和灵敏度，应加强检测器的PCB设计和软件控制程序的设计等，其中，软件控制程序包括主程序、电压检测程序、电流检测程序和串口通信程序等，各个程序控制模块分析完成各自的检测任务，保证漏电流检测器在实际应用中具有较高的应用性能。

3 基于物联网的配电网漏电流监测系统的应用

当前，我国的配电网规模大、采用了多种不同类型的配电设备、接线情况也较为复杂，配电网漏电流问题较为突出，采用配电网漏电流监测系统是一个强化配电网漏电流管理的重要措施。目前，已经在实际中采用的配电网漏电流检测系统存在数据共享能力不足，难以掌握整体配电网的漏电流情况等问题，利用物联网技术构建配电网漏电流监测系统能够实时掌握配电网漏电流的详细运行信息，并能够根据漏电流的大小发出相关的预警信息，为完成配电网漏电流监测和配电设备更换提供了足够的数据信息。

基于物联网的配电网漏电流监测系统在投入实际应用前，应对系统的数据传输吞吐量进行分析，保证监测系统在后期运行中不会出现数据堵塞的情况，保证系统数据传输的稳定。在基于物联网的无线通信系统中，数据的吞吐曲线一般会呈现出锯齿波形，原因是配电系统中采用了大量的漏电流数据采集节点，会引起一定的网络堵塞情况，可以通过采用轮询模式解决这一问题，保证数据吞吐量指标符合系统的实际应用要求。同时，采用基于物联网的配电网漏电流监测系统，能够有效解决传统配电网漏电保护器阈值设置不合理导致的配电网频繁跳闸问题和保护失效问题，在实际应用中取得了较好的应用效果。

基于物联网的配电网漏电流监测系统，除了可以对配电区域内的配电设施漏电流进行监测之外，还可以通过监控系统发出相关的漏电流预警信息提示配电系统运维人员某个配电设施可能存在缺陷，需要安排人员进行消缺，在配电系统中具有较大的应用空间。

4 结语

为了强化对配电网中漏电流的管理，保证配电网的安全运行，应建设配电网漏电流监测系统，实时掌握各个配电设施的漏电流情况。本文系统分析了基于物联网的配电网漏电流监测系统的网络架构、设计内容和应用情况，对于保证用电安全、提高供电企业对配电网漏电流的管理水平具有一定的意义。