便携式低压配电台区漏电监测猫的研究与应用

冯忠奎，高瑜，李阳，郭天飞，孙琪

（国网山东省电力公司淄博供电公司，山东 淄博 255000）

漏电是由于绝缘损坏或其他原因而引起的电流泄漏，电器外壳和市电火线间由于某种原因连通后和地之间有一定的电位差就会产生漏电[1]。

漏电的设备故障表征仅仅为主断路器和住户分断路器跳闸，除此之外与正常功率过高的跳闸情况一样。面对此种情况，维修人员不确定是住户家中电器故障的情况下，只能先将线路送电，然后短时间观察无问题后返回等待下次跳闸。只有当多次发生跳闸断电后，维修人员方可判断是否为线路漏电，进行入户检查。但该过程往往会扩大停电范围，增多停电次数，严重影响用户的正常用电，降低甚至会出现客户投诉，影响公司信誉。

此外，住户中的漏电具有隐秘性，往往发生在某个异常的家用电器中，例如电饭煲、开关、微波炉等。但这些电器绝大多数都在住户家中，属于私人环境，维修人员不能长时间滞留，进一步加剧了设备漏电定位的困难程度。因此，认为有必要利用QC活动解决剩余电流保护装置越级跳闸时无法快速有效地判断出漏电居民用户，进而方便抢修人员快速排查隔离故障点的问题。

1 低压配电台区漏电监测猫的原理与结构

1.1 低压配电台区漏电监测猫总体方案选择

当发生漏电故障时，瞬间通过断路器的电流主要为50 Hz工频交流电，伴随少量其高次谐波，其数值量级在毫安级。根据现有技术手段，mA级电流可以通过多种方式准确测得。通过对检测到的信号进行数据处理，当检测到故障回路电流达到24 mA时，通过合适的单片机驱动相应的告警模块，装置可靠告警。

目前我国漏电保护技术的应用主要集中在矿井和低压农电系统，对城市配电网的漏电保护技术关注较少[2]。通过查新，提出3种实现漏电电流检测的总体方案，并进行选择。

3种方案的检测原理示意图如图1所示。根据实际需求，将方案目标定为以下3点：可以检测到稳定可靠的故障信号；误差率低；装置体积小，不能占用表箱内剩余空间。采用24、30、40、50、60 mA的电流分别测试3种方案的反映成功率，并调查分析3种方案的设备体积总和，试验结果如表1所示。

图1 3种方案检测示意图

由表1可以看出，方案一和方案三反映成功率均可达到100%，方案三体积较小，可以放入表箱柜中。因此，最终选择方案三“基于电磁感应原理的表箱漏电定位装置”为最佳方案，绘制方案三装置工作示意图如图2所示。

表1 试验结果

图2 方案三装置工作示意图

1.2 低压配电台区漏电监测猫分级方案选择

为更好实现目标值，满足漏电判断准确率100%，对最佳方案进行分解，分为检测探头单元和主体结构单元，制定最佳方案如图3所示。其中，检测探头单元包括检测元件、过流保护元件、接头结构；主体结构包括处理芯片、告警单元、输出单元和外壳模块。

图3 最佳方案分层图

2 低压配电台区漏电监测猫制作方法

根据低压配电台区漏电监测猫研发过程，按照5W1H原则制定了对策实施计划表，所有对策目标均进行量化，如表2所示。

表2 目标量化的对策实施计划表

2.1 加工控制主板

2.1.1 设计控制主板

根据数据处理准确率100%和价格便宜的原则，在淘宝选购型号为MSP430的开发板，价格80元。搭建单片机控制系统，编写控制程序，实现2个功能：（1）将经互感器解调后的数字量数据转化为数据值，并将电流数据上传至储存模块；（2）判定电流是否达到预警值，若超过预警值时实现自动断路。

2.1.2 焊接加工

由于主板io过程较为复杂须考虑的步骤较多，利用PDPC法对整个步骤可能出现的情况进行了预评估，绘制了过程图如图4所示。

图4 “主板接口位置及io状态”过程决策程序图

2.1.3 测试效果

表3为数据传输误差测试表，通过对策效果检查可以看出，响应时间均＜2 s，主控板工作可靠，达到了工作所需的要求，对策实施成功。

表3 数据传输误差测试表

2.2 整机组装与调试

按照设计思路，按照装置结构、设计要求，将检测元件、过流保护元件、接头结构、处理芯片、告警单元、输出单元和外壳模块进行内部接线[3]、整体组装与调试。装置组装整体结构如图5所示。

图5 整体组装实物图

将组装好的低压配电台区漏电监测猫进行监测范围测试，可监测电流范围为0.01～19.99 A，对策实施成功。

3 目标值完成情况检查

制作27套监测装置，经过试验验证合格后应用到表箱漏电检测中，现场应用情况如图6所示。期间共检测到10组报警信号，如表4所示。经过实际应用发现，漏电监测装置的成功率为100%，达到目标值，目标确认成功。

表4 目标检查表

图6 监测装置现场应用图

4 取得效果

漏电监测装置的顺利应用，改变了人员被动、滞后性操作的现状，实现了主动抢修，减少了停电时间及客户家中设备漏电短路的隐患存在时间，避免了因停电造成的损失。

避免了作业人员一次次送电断电的难题，每月可减少表箱巡视50人次，安全快捷，提升了运维的高效性，得到淄博市公司安质部和运检部的一致认可。

低压配电台区漏电监测装置投入运行以来，累计接收告警34条，保证了客户的正常生活和工作需要，减少了客户因停产而造成的损失，得到了广大客户的一致好评。此外，因反复停电而引起的电话投诉和咨询事件明显减少，为供电的可靠性提供了有力保证，维护了公司形象。

5 结束语

本文研制了基于电磁原理的低压配电台区漏电监测装置，包括检测探头单元和主体结构单元，通过制作互感器、加工控制主板、整机组装与调试等方案实施过程，对27套监测装置效果检查发现，该装置能够准确监测并记录泄漏电流值的装置，快速缩小故障查找范围，减少故障查找时间和工单数量，提高了配电网运维的高效性。试验验证了该装置的高效性和可靠性，具备良好的应用前景和推广价值。