摘要：針對變電站400V交流系統(tǒng)頻繁發(fā)生剩余電流保護器跳閘的問題，本研究設計了一套智能化的分布式剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用CT傳感器采集400V系統(tǒng)各負載端的剩余電流數據，經過運算處理后，將信息傳遞給交流絕緣監(jiān)測裝置。隨后，交流絕緣監(jiān)測裝置將數據傳輸至智能微機監(jiān)控模塊。智能微機監(jiān)控模塊允許為每個監(jiān)測點設置特定的保護閾值，一旦電流超過設定的閾值，系統(tǒng)將觸發(fā)聲光報警，從而為變電站400V交流系統(tǒng)的剩余電流監(jiān)測提供了一個可靠的參考依據。

0 引言

變電站交流系統(tǒng)為一次監(jiān)測和二次保護設備供電，對電力系統(tǒng)安全至關重要。剩余電流是其主要安全隱患，可能導致系統(tǒng)異常。目前，使用剩余電流動作保護器預防過大的剩余電流，但其誤操作會影響供電可靠性。技術人員通常需手動排查故障，過程繁瑣且易出錯。因此，開發(fā)智能化監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)控剩余電流，對確保變電站安全穩(wěn)定運行具有重大意義。例如，國網浙江建德市供電公司為400V交流系統(tǒng)設計了智能化剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)，實時傳輸數據至監(jiān)控主機，并在風險出現(xiàn)時進行保護和報警，有效提升供電可靠性。+fantasy_city2016

1低壓電網剩余電流產生的原因分析

剩余電流，亦稱漏電流，指的是在低壓交流系統(tǒng)中，各相電流矢量之和[5]。在標準供電條件下，以單相電為例，相線流入的電流與中性線流出的電流應當是等量且矢量和為零的。但是，當導電體通過用電設備與相線接觸時，部分電流會繞過用電設備直接流入大地，造成相線電流與中性線電流不匹配，并產生剩余電流。剩余電流產生的主要原因包括以下幾點。

1）輸電線路老化

老化后的輸電線路可能會引起絕緣層的損壞，導致相線與導體、潮濕的空氣或地面等接觸，從而產生漏電流。

2）輸電線路安裝不規(guī)范

不規(guī)范的輸電線路安裝可能會引起導線與其它金屬導體、潮濕空氣或地面之間產生不期望的剩余電流。+fantasy_city2016

3）用電設備內部存在質量隱患

當電氣設備內部的元件存在質量問題或因長期使用而老化，導致設備內部絕緣性能下降時，可能會通過外殼或水等導電介質與地面形成短路，從而產生剩余電流。

4）操作人員無意識形成產生剩余電流

操作人員在無意識的情況下接觸到用電設備的金屬外殼，或在電氣維修過程中因工具擺放不當而觸碰到相線，都可能導致剩余電流的產生。

2. 400V交流智能剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)的設計

2.1系統(tǒng)結構

本文描述的400V交流智能剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)的總體結構如圖1所示。圖中展示了在線監(jiān)測IED子系統(tǒng)通過RS485串口與CT傳感器和采集終端相連，負責測量不同位置的交流電流。測量完成后，數據將傳輸至站端監(jiān)控系統(tǒng)，并進一步發(fā)送至主站系統(tǒng)，由主站系統(tǒng)執(zhí)行響應和決策過程。

圖1 總體結構示意圖

2.2硬件系統(tǒng)設計

本文介紹的400V交流智能剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)采用分布式設計，其原理圖如圖2所示。分布式采集終端位于400V母線段與負載端之間，利用CT傳感器采集系統(tǒng)各節(jié)點的剩余電流信號。這些信號經過數據處理后，傳輸至交流絕緣監(jiān)測裝置，并最終送至智能微機監(jiān)控模塊。該模塊允許設置保護閾值，一旦電流超出閾值，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報警，提示技術人員進行檢查處理。+fantasy_city2016

圖2 剩余電流監(jiān)控原理示意圖

剩余電流有效值采集電路如圖3所示，主要由運放DPA604、運放OP27、芯片AD637JRZ和芯片ADS1286組成。AD637芯片基于波峰因數補償方案，能計算任意波形均方值，誤差小于1%。ADS1286是一款低功耗的12位模數轉換器，能實現(xiàn)差分輸入和采樣保持功能，僅需250μA電流。在圖3中，輸入信號首先被運放DPA604放大，然后由AD637測量均方值，再經運放OP27放大，最后通過ADS1286芯片采樣和保持，得到剩余電流值。ADS1286的高精度和低功耗特性解決了頻繁更換電池的問題。

圖3 數據有效值采集電路

2.3軟件系統(tǒng)設計

本軟件系統(tǒng)的設計采用了Java語言進行開發(fā)，并利用Oracle數據庫來存儲和管理節(jié)點數據。軟件系統(tǒng)的功能模塊構成如表1所示，主要包括數據監(jiān)測、實時監(jiān)控、運行管理和控制面板四個部分。

1）數據監(jiān)測

數據監(jiān)測模塊主要負責每隔5分鐘對變電站400V交流系統(tǒng)的運行狀態(tài)參數進行監(jiān)測，包括系統(tǒng)的實時電壓/電流值、剩余電流、實時漏電壓和漏電流，并實時監(jiān)控系統(tǒng)中設備的運行狀態(tài)。

2）實時監(jiān)控

實時監(jiān)控模塊負責遠程試跳、分合閘操作、線路異常警報和總保復位。遠程試跳可手動或定時執(zhí)行。遠程分合閘允許遠程操作總保，解決突發(fā)停電問題，可即時或預約操作。線路異常警報實時通知主站異常位置，便于及時處理?？偙臀还δ茉诒Ｗo器故障時恢復其正常運行。

3）運行管理

運行管理模塊負責設備校對、短信通知、試跳定時設定和剩余電流警報等關鍵功能。設備校對確保電力設備定時校準，保障其可靠運行。短信通知實時傳送異常警報至運維人員，以便及時處理。試跳定時設定保證保護器每30天試跳一次，運維人員可自設試跳時間。

4）控制面板

控制面板用于查詢系統(tǒng)信息和記錄檢索。跳閘記錄查詢功能記錄保護器跳閘時的參數，如時間、電壓、電流和剩余電流，幫助分析原因。漏電記錄查詢記錄超過門限的剩余電流，并提供查詢權限。剩余電流查詢記錄電流值并繪制曲線，供分析。設備運行記錄查詢記錄關鍵設備狀態(tài)，供運維人員分析+fantasy_city2016

3. 400V交流智能剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)的應用效果

本文所述的400V交流智能剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)已在國網浙江建德市供電公司的多個變電站進行了測試應用。

3.1故障定位測試

經測試，在新安江變電站、更樓變電站和下涯變電站發(fā)生剩余電流故障時，系統(tǒng)均能精確定位，便于技術人員迅速定位和維修，有效減少了跳閘時間。

3.2剩余電流采集誤差測試

在新安江變電站、更樓變電站和下涯變電站發(fā)生剩余電流故障時，對一次側加載的剩余電流值和監(jiān)測系統(tǒng)顯示值的記錄如表2所示。測試結果表明，相較于一次側加載的剩余電流值，監(jiān)測系統(tǒng)顯示的值具有更高的精度，測試誤差均小于1.5%，能夠滿足剩余電流保護的要求。

4.安科瑞Acrel-2000A/L絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)

4.1功能介紹

Acrel-2000L/A絕緣監(jiān)測系統(tǒng)設備采用壁掛式安裝方式，便于安裝于墻壁上。該系統(tǒng)通過通訊總線采集現(xiàn)場絕緣監(jiān)測儀的監(jiān)測數據，實現(xiàn)遠程故障報警等功能。具體功能包括：+fantasy_city2016

回路監(jiān)測

Acrel-2000L/A絕緣監(jiān)測系統(tǒng)設備通電并進入工作狀態(tài)后，默認顯示“回路監(jiān)測”界面，在此界面上可以查看現(xiàn)場的一次系統(tǒng)圖和詳細的數據信息。

參數設置

參數設置要求用戶點擊“用戶登錄”，其中默認的用戶名為admin，初始登錄密碼為0001。用戶可通過登錄界面更改密碼。

此界面允許用戶設置并修改系統(tǒng)時間。若主界面顯示的時間有誤，用戶可在登錄后進行時間更改，并在完成后點擊保存以確認修改。

登錄后，系統(tǒng)將展示當前用戶的名稱。此時，用戶可點擊“參數設置”按鈕進入參數設置界面，在此可以單獨調整每個回路絕緣監(jiān)測儀的預警值和告警值。當絕緣阻值測量結果超出預設閾值時，觸摸屏將顯示告警信息，并且蜂鳴器會發(fā)出警報聲。參數調整完成后，用戶需點擊“設置”按鈕以保存絕緣監(jiān)測儀的設定值。

報警信息

點擊報警記錄按鈕，即可進入報警記錄界面，該界面將展示告警發(fā)生的具體情況。當儀表觸發(fā)報警時，主界面將顯示報警信息，并伴有蜂鳴器的鳴叫聲，同時此界面會提供報警提示。一旦報警被處理，蜂鳴器將停止鳴叫。

曲線查看

點擊曲線查詢按鈕后，您將進入“曲線查看”界面，在這里，每個頁面展示4條曲線，這些曲線會根據現(xiàn)場實際情況動態(tài)顯示。系統(tǒng)每小時記錄一次溫度數據，并能夠保存長達30天的歷史記錄。您還可以根據需要在屏幕上自行調整具體的曲線顯示要求。

4.2產品選型

5結束語

本文介紹的400V交流智能剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)，通過實時監(jiān)控剩余電流的波動，并將這些數據傳輸至監(jiān)控主機。在檢測到用戶端存在潛在風險時，系統(tǒng)能夠及時提供保護和發(fā)出警報。該系統(tǒng)不僅能夠有效限制斷電的范圍，從而提升變電站供電服務的可靠性，還能在剩余電流超出安全閾值時減少對人力和物力的依賴，進而降低電力公司的運營成本。+fantasy_city2016

參考文獻

[1]陳長根，王建偉，殳菊明.剩余電流動作保護器遠程智能監(jiān)測系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)[C]//浙江省電力學會2012年年會優(yōu)秀論文集，2012：51-58.

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[3]劉炬，廖玄，羅皓文，等.變電站站用交流電源典型配置及剩余電流保護問題研究[J].東北電力技術，2022，43（7）：16-19.

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[6]安科瑞企業(yè)微電網設計應用手冊.2020.06版.