一种便携式漏电流在线监测装置的研制

国网福建省电力有限公司南平供电公司 陈明辉 葛 晶 董芳针 福州大学电气工程与自动化学院 吴 双 陈孝琪

上海宏力达信息技术股份有限公司 陈致远

随但通常难以快速找到漏电点，使得用户只能私自将用户侧的漏电保护器退出运行。这类违规操作不但增加了人身触电风险，而且随着用户漏电电流的逐步上升，最终会导致变压器侧总漏电保护器跳闸。此类停电现象具有随机性、间隙性和隐蔽性等特点，而目前检修常用的监测设备为数字型钳表，仅能根据当前的漏电流幅值判断线路漏电状态，速度慢且效果差。

针对电力设备监测性能存在缺陷问题，文献[1-3]开展了有关继电器、接触器等控制电器工作性能检测设备的开发研究；文献[4]针对绝缘子漏电问题研究了漏电故障选线判断方法，但未将其与硬件装置相结合应用于实际现场环境；文献[5]设计了一款智能监控终端，具有数据分享与报警等功能，但该终端无法传输波形数据且制作成本较高，推广普及存在一定困难。虚拟仪器技术在电力设备领域已有了广泛的应用，如风电场、变压器和绝缘子等的在线监测[6]，而对于线路漏电流状态的实时监测设备却少有研究。为保证用户的正常用电及用电安全，本研究搭建了一套便携式漏电流在线监测装置，并将虚拟仪器技术应用于配电线路的漏电流监测方向以便于后续分析故障原因，提醒值班人员及时检修。

图1 系统总体设计方案示意图

1 漏电流在线监测装置

本文研究的漏电流在线监测装置主要应用于低压配电网线路，可监测变压器出线端或用户端分支漏电流的动态变化信息；自动保存并查看故障波形，以便后续分析故障原因；当发生漏电故障、甚至在故障发生前，漏电支线的故障信息将以短信方式告知检修人员前来维修，以此提高维修效率与低压配电网的可靠性。漏电流在线监测装置主要包括硬件部分（钳形采集设备、数据采集模块、可触屏一体机）和软件部分（设备驱动软件、数据处理分析部分、通用I/O 接口部分、仪器面板控制部分）。硬件部分用于采集漏电流数据，并作为软件部分的载体；软件部分用于驱动设备接口、编程分析运算和显示监测结果。

1.1 装置硬件电路设计

图2 装置硬件结构

装置结构。装置的硬件部分由5个功能模块组成：钳形采集设备用于准确采集漏电流信息；电源模块为钳形采集设备提供所需直流电源；数据采集模块用于实现数模转换和供电；触屏一体机作为漏电流故障录波系统的载体；通讯模块采用华为USB型无线网卡，为发出告警短信提供网络支持。

装置测量电路设计。由于低压配电线路正常情况下的漏电流通常为毫安级别，电流互感器选用开口式结构，并设计了一个信号调理电路置于钳口手柄处，称为钳形采集设备。设备前端钳在漏电流为i1的低压配电线路上，而相应的二次侧感应电流i2由式（1）计算所得。由于数据采集模块输入端接收的是电压信号，故需添加内置电阻RL将电流信号转为电压信号。此时信号输出电压（1），为 减 小 信号在放大过程中受到干扰信号的影响，经放大信号测试结果和现场数据分析，钳形采集设备的匝数比N1/N2选定为1：1000，内置电阻值RL为200Ω，信号调理电路增益G 为25倍，即0～2A 的交流输入电流输出为0～10V 交流电压，满足数据采集模块输入电压范围的要求。

其他电路模块设计。数据采集模块选用凌华科技公司的USB-1901型号产品作为输入信号与触屏一体机之间连通的桥梁。该模块通过内建信号调理电路采用USB 总线供电，负责处理钳形采集设备采集的漏电流数据。数据采集模块经USB 传输线连接至触屏一体机来实现数模转换。通过安装LabVIEW 的“DAQPilot”驱动及数据采集模块的“UD-DASK”驱动，配置USB-1901型号，进而实现了LABVIEW 软件与数据采集模块之间的联通。

图3 软件平台的运行流程图

1.2 漏电流监测装置软件设计与研发

漏电流故障录波系统。采用LabVIEW 软件开发平台设计。当线路的漏电流信号经数据采集模块的数模转换处理后送至漏电流故障录波系统，进一步实现存储、显示与报警等功能；人机交互界面设计。LabVIEW 使用的是图形化编辑语言G 编写程序[7]。用户主界面是人机交互直接进行交流的平台，包括当前日期、时间、停止数据记录按钮、历史波形选择、参数设置等窗口。

查看实时波形。实时波形显示功能通过打开漏电流通道选项，便可观察漏电流动态波形信息，并定位故障线路。编程界面如图4所示，将设置好的相关参数信息送至通道子程序中实现初始设置，进而将设置的采样频率与通道子程序所接收的漏电流等信息送至采样频率设置子程序进行采样。最终将采样的漏电流信息送至波形显示图，以此实现前面板的波形显示。

图4 实时波形显示功能

查询历史波形功能。是基于故障波形数据存储模块和历史数据读取编程模块所设计，以对后续故障统计和分析研究提供相关数据支撑。故障波形数据存储模块用于保存超过设定漏电阈值的故障数据，当漏电流信号增大至设定阈值时，触发故障波形数据储存模块，并持续保持触发状态至采样到设定的采样点数为止，进一步将自动录波的波形数据以TDMS 文件格式送至储存模块，并以计算机系统的“当前日期和当前时间”命名文件。历史数据读取编程模块用于调出指定的故障历史波形，将历史波形TDMS 文件所在位置的路径名赋给文件打开模块，进而读取模块读取故障波形文件夹，并将数据送给历史波形显示界面。

发送告警短信。该功能旨在发生漏电流越限时，可通过远程通讯告知检修人员目前线路的漏电情况。该功能是基于腾讯云平台注册短信账户，并调用Python 编程的发送短信程序而实现的。将参数设置中的漏电流值、漏电通道和运维人员手机号码等字符串输入至Python 节点，并结合腾讯云平台的短信控制台，向运维人员发送相应的故障信息。

2 装置的试验与应用

基于上述对漏电流在线监测装置的硬件、软件结构和功能的介绍，下面通过测试装置功能，以检验该装置的应用价值。将继保测试仪作为漏电流信号发生器产生漏电流信号。测试平台结构如图5所示，钳形采集设备的前端钳在线路上，输出端连接至在线监测装置面板的电流钳输入端子。

图5 测试平台结构

实时监测功能旨在直观实时同步监测多条动态漏电流波形。装置的测量电路具有高精度的钳形采集设备和高采样率的录波技术，无需开断被测量回路，具备较高的测量精度。漏电流故障录波软件的采样频率可设置为256Hz 的整数倍，本测试将采样频率默认为2048Hz。采样最小值和最大值为-10V和10V，采样模式为RSE 单端输入模式。利用继保测试仪分别产生3路不同的漏电流信号。点击录波软件的“实时波形显示”选项卡并打开对应线路的通道，即可查看相应线路的漏电流波形。钳形采集设备能够正常并准确地采集漏电流信号，且实时波形显示采用滚动模式，显示的波形没有死区，不会丢失数据。

历史波形查询显示旨在对后续相关故障原因分析研究提供相关波形数据。实验前需提前配置触发与门限模块的参数值。设置触发自动录波功能的启动阈值为30mA，并保存故障前后各205个采样点。利用继保测试仪模拟第1通道的线路出现50mA 的漏电流，系统即自动触发故障录波功能。实验显示，故障数据自动保存在了自定义的文件夹内，并以“当前日期+时间”命名，验证了在实际运行中自动保存的故障波形与设置的参数保持一致。

故障告警短信功能将线路的漏电情况通过短信方式发送至检修人员的手机，及时提醒检修人员前去检修。漏电信息通过丢包重发通讯机制发送至相关工作人员，其信号抗干扰能力强。利用继保测试仪模拟第2通道的线路出现了20mA 的漏电流，该装置可根据当天值班情况更改运维人员手机号，点击“发送”按钮即可发送告警短信。手机收到的短信如：【ZZ 智能用电】漏电流值为20，智能用电设备监测到2通道用电异常，请立即至现场处理。

3 结语

低压配电网下的漏电保护器的实际安装和运行过程中，漏电流越过漏保阈值引起的跳闸现象屡屡发生，不及时处理甚至会引发火灾和触电事故。本文基于漏电保护技术原理搭建了一套漏电流在线监测装置，用于实时监测低压配电线路的漏电流情况，自动保存漏电故障信息、识别触电类型及发送故障告警短信等。测试结果表明，该装置能够正确实现实时波形查看，历史波形查询和故障告警短信发送等功能，满足对漏电流线路监测的需求。该装置实用性强，对于设备或线路漏电情况的及时处理、研究漏电现象的有效防范措施等都具有重要的实际意义和实用价值。