CN104779595B - 配网二级漏电保护监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了配网二级漏电保护监控系统，包括安装于配网终端上的监控表箱以及与监控表箱相连接的数据管理系统，所述监控表箱包括智能电能表、漏电保护器和计量电流互感器，所述漏电保护器连接智能电容器，所述漏电保护器包括剩余电流动作断路器；所述监控表箱与所述数据管理系统通过监控网络连接，所述监控网络包括本地传感器网络与远程无线网络。本方案可以提高供电可靠性和供电质量，最大限度保障人民群众生产、生活的用电需求，提高用户满意度；提高设备安全运行水平，减少人身安全事故和电气设备事故；减少用户纠纷，保障社会和谐；提高设备维护水平和劳动效率，减少人员维护工作量；该系统达到期望目标，具有推广价值。

Description

配网二级漏电保护监控系统

技术领域

本发明涉及配网自动化保护系统技术领域，尤其涉及配网二级漏电保护监控系统。

背景技术

目前的农村配电台区用户测线路老化破损严重，漏电隐患很大，人身安全事故时有发生，给安全生产和人民生命安全造成了极大的危害；因人身事故造成的经济赔偿动辄以百万计，给供电公司带来了极大的经济损失和严重的社会负面影响，更为严重的是有可能影响社会稳定。

虽然国网农网部在2012年为规范台区剩余电流保护工作器配置，提高台区的安装率和投运率，颁布了《国家电网公司农村低压电网剩余电流动作保护器配置原则》的通知，但是现场运行还存在很多难以解决的问题，典型问题包括：1. 二级漏保运行不稳定，三级保护的缺失和低质量，造成二级漏保开关频繁跳闸。部分电工无法处理，经常采取私下退出二级漏保开关保护功能的措施来规避跳闸，使整个台区处于没有漏电保护的运行状态，安全隐患极大，但上级单位也没有监视手段，无法及时发现制止。2. 三级漏保缺失，用户侧户保开关质量差，或者用户不安装三级漏电保护，使得三级保护形同虚设，用户人身安全保证实际需要二级漏保开关来承担，对其性能要求很高，但目前二级漏保开关还无法满足这个要求。3、无漏电流监测，上级管理部门和技术部门不能掌握现场漏电保护开关运行情况及漏电流运行数据，难以实施有针对性的现场技术改造和监管，只能寄希望于使用大量资金对整个台区做改造时才能解决现场问题，而目前靠人工几乎不可能进行有效防患，是农网安全的定时炸弹，急需通过技术手段治理。

发明内容

本发明的目的是提供配网二级漏电保护监控系统，它能实现二级漏保开关监视、漏电电流监视、漏电开关跳闸监视、用户端电压远程监视等功能，可以起到综合性的保护、指导、监控、通知功能。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：配网二级漏电保护监控系统，包括安装于配网终端上的监控表箱以及与监控表箱相连接的数据管理系统，所述监控表箱包括智能电能表、漏电保护器和计量电流互感器，所述漏电保护器连接智能电容器，所述数据管理系统设置于配网台区控制中心，所述漏电保护器包括剩余电流动作断路器。

所述剩余电流动作断路器包括零序电流互感器与脱扣器，所述脱扣器与零序电流互感器的二次回路之间设置电子放大器。

所述监控表箱与所述数据管理系统通过监控网络连接，所述监控网络包括本地传感器网络与远程无线网络，所述传感器网络采用电力载波传输，所述远程无线网络采用长距离点对点传输。

所述监控表箱设置环境测量点，所述环境测量点包括位于表箱上的压力传感器、振动传感器和嵌入式测温传感器，所述嵌入式测温传感器包括高精度温湿度探头及其连接的数据传输线。

所述环境测量点采用POE供电，以本地传感器网络的网络数据传输线为供源线路。

所述计量电流互感器包括闭环式霍尔传感器、计量存储器以及与两者连接的数据传输线。

所述数据管理系统包括数据采集卡，所述数据采集卡的输入端与所述监控网络连接，所述数据采集卡的输出端与所述配网台区控制中心的服务器连接，所述服务器包括若干台以太网式网络交换机。

所述监控表箱上设置查询WEB视窗，所述WEB视窗显示当前表箱的开关状态、电压数据、温湿度数据和漏电电流数据，配网台区以太网线路上的任一计算机均可通过输入监测表箱的IP地址远程访问WEB页面。

本方案中漏电保护监控的重点在于漏电保护器的选取，漏电保护器包括剩余电流动作断路器，传统型的剩余电流动作保护器为电磁式，零序电流互感器的二次回路输出电压不经任何放大，直接激励剩余电流脱扣器，这样就会造成保护器的灵敏度略低，且制作工艺复杂、成本高；本方案中的剩余电流动作断路器包括零序电流互感器与脱扣器，并且零序电流互感器的二次回路和脱扣器之间接入一个电子放大线路，互感器二次回路的输出电压经过电子线路放大后再激励剩余电流脱扣器，这样保护器的灵敏度高、整定误差小、制作工艺简单、成本低。

计量电流互感器包括闭环式霍尔传感器、计量存储器以及与两者连接的数据传输线，闭环式霍尔电流传感器可采用TBC-LTA系列，灵敏度高且计量精度准确，计量存储器不仅可以记录电流互感器电流值，还可以通过与监控表箱的其他元件连接，进行信号监测数据的记录；这些信号监测数据主要包括保护开关动作信息，漏电保护开关动作时记录动作时间、位置等相关信息，进行告警，实现远方监视的应用功能；漏电流值，可以为后续排查解决问题提供依据，为用户安全用电保驾护航；还有智能电能表所采集的线路电压值、电流值和功率值，这主要可以为研究农村用户线路故障预警和故障排查技术提供数据，为本地区的农村安全用电提供技术指导，从而提高整个地区的农村安全用电水平。

监控表箱与数据管理系统通过监控网络连接，监控网络包括本地传感器网络与远程无线网络，传感器网络采用电力载波传输，远程无线网络采用长距离点对点传输。信息传输方式是保证监控信息及时传递的基础，电力载波不依托辅助元件，可实现直接性的线路传输，很适用于小范围内互联的传感器网络；远程无线网络既可以采用GSM无线传输，可以与各种公用通信网络互联，抗干扰性强，通信质量高，不受距离限制，也可以采用长距离点对点传输，通过数据管理系统使用一次GSM传输，相比于GSM无线传输而言，不必使用SIM卡，大大降低了长期使用费用。

数据管理系统设置于配网台区控制中心，包括数据采集卡，数据采集卡的输入端与监控网络连接，为与数据采集卡配合使用，监控表箱与监控网络的连接处可以设置无线状态量采集器，进行数据的一次汇集，并传输至数据采集卡进行数据的二次汇集；数据采集卡的输出端与配网台区控制中心的服务器连接，服务器包括若干台以太网式网络交换机，这种后台监控管理模式在传统配变终端的基础上，利用本地传感器网络和远程无线网络拓展配变终端监测的内容和监视范围，使原来局限于配变本身电气参数监测的设备升级为整个台区监视、控制中心，借助先进的电力物联网技术升级为台区微系统的控制中心，为将来扩展监测功能打下了很好的通讯网络基础，从而在根本上保证了智能台区在整个台区范围内的应用。

对于漏电保护动作信息及跳闸告警方式，传统方案是通过运维平台，即漏电保护开关发生动作时通过监控平台向运维管理部门反馈现场漏保动作信息，但其需要专人实时监控、信息反馈时效性差；本方案中可以优选GSM短信方式，即漏电保护开关发生动作时通过手机短信向管理部门反馈现场漏保动作信息，虽然通讯费用较高，但可以及时告警，时效性高；漏电保护器连接智能电容器，主要其智能保护作用，在对系统进行漏电保护时，可以通过二次调试的方式，将漏电电流降至安全值，可以在安装设备一次调试阶段泄漏电流降至100mA及以下，二次调试阶段调试泄露电流降至50mA及以下。

监控表箱设置环境测量点，环境测量点包括位于表箱上的压力传感器、振动传感器和嵌入式测温传感器，嵌入式测温传感器包括高精度温湿度探头及其连接的数据传输线；环境测量点采用POE供电，以本地传感器网络的网络数据传输线为供源线路；POE供电是采用以太网作为数据传输通道，不需要专门架设服务器，部署简单，使用方便，各监控节点以无线状态量采集器为基础，将采集到的温湿度、电流等信息转化为数字信号，通过TCP/IP协议将数据发送到监控软件。同时，监控表箱上设置查询WEB视窗， WEB视窗显示当前表箱的开关状态、电压数据、温湿度数据和漏电电流数据，监控软件不用固定在某一台主机，任何以太网联网的主机运行该软件均能获取到每个节点的监测数据，即配网台区以太网线路上的任一计算机均可通过输入监测表箱的IP地址远程访问WEB页面。

本方案的配网二级漏电保护监控系统有益效果主要体现在以下几个方面：

1.能及时发现台区剩余电流值超限客户并自动隔离，保障台区总保护安全稳定运行，保证供电质量，保障用户人身安全，有效预防触电伤亡事故发生；

2.将剩余电流值超限客户信息通过短信形式及时提醒工作人员，便于抢修人员快速到达现场进行抢修；

3.实现农网配电台区电流、电压、环境温湿度的远程监控、数据采集，远程运维和漏电保护 等多种功能，利用采集数据对配电台区进行各项技术、性能分析，为节能降损，可靠供电提供数据支持，提高运维水平和安全供电能力

4.本发明方案能产生可观的经济效益：按一个200KVA的台区，电价0.50元计算测算：每年平均减少因开关跳闸、故障查找造成的停电时间3天以上，每年多售电7200元；每年可以减少人工巡检设备的工作量50%，人均设备看护数量可提高1倍，提高人均劳动效率1倍。每50个台区每年可节约人工维护成本3万元；避免因为用户人身安全事故支出的额外费用。

5.通过本方案可以提高供电可靠性和供电质量，最大限度保障人民群众生产、生活的用电需求，提高用户满意度；提高设备安全运行水平，减少人身安全事故和电气设备事故；减少用户纠纷，保障社会和谐；提高设备维护水平和劳动效率，减少人员维护工作量；该系统达到期望目标，具有推广价值。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

图2是本发明实施例中监控表箱WEB主视窗图。

图3是本发明实施例中监控表箱漏电保护数据状态图。

图4是本发明实施例中监控表箱漏电保护数据曲线图。

图5是本发明实施例中GSM报警通知图。

具体实施方式

实施例

如图1至图5所示，配网二级漏电保护监控系统，包括安装于配网终端上的监控表箱以及与监控表箱相连接的数据管理系统，监控表箱包括智能电能表1、漏电保护器2和计量电流互感器3，漏电保护器连接智能电容器4，数据管理系统5设置于配网台区控制中心，漏电保护器包括剩余电流动作断路器；剩余电流动作断路器包括零序电流互感器9与脱扣器10，脱扣器与零序电流互感器的二次回路之间设置电子放大器11；监控表箱与数据管理系统通过监控网络8连接，监控网络包括本地传感器网络6与远程无线网络7，传感器网络采用电力载波传输，远程无线网络采用长距离点对点传输；监控表箱设置环境测量点12，环境测量点包括位于表箱上的压力传感器13、振动传感器14和嵌入式测温传感器15，嵌入式测温传感器包括高精度温湿度探头及其连接的数据传输线；环境测量点采用POE供电，以本地传感器网络的网络数据传输线为供源线路；计量电流互感器包括闭环式霍尔传感器、计量存储器以及与两者连接的数据传输线；数据管理系统5包括数据采集卡18，数据采集卡的输入端与监控网络连接，数据采集卡的输出端与配网台区控制中心的服务器16连接，服务器包括若干台以太网式网络交换机；监控表箱上设置查询WEB视窗17，WEB视窗显示当前表箱的开关状态、电压数据、温湿度数据和漏电电流数据，配网台区以太网线路上的任一计算机均可通过输入监测表箱的IP地址远程访问WEB页面。

本方案中漏电保护监控的重点在于漏电保护器的选取，漏电保护器包括剩余电流动作断路器，传统型的剩余电流动作保护器为电磁式，零序电流互感器的二次回路输出电压不经任何放大，直接激励剩余电流脱扣器，这样就会造成保护器的灵敏度略低，且制作工艺复杂、成本高；本方案中的剩余电流动作断路器包括零序电流互感器与脱扣器，并且零序电流互感器的二次回路和脱扣器之间接入一个电子放大线路，互感器二次回路的输出电压经过电子线路放大后再激励剩余电流脱扣器，这样保护器的灵敏度高、整定误差小、制作工艺简单、成本低。

计量电流互感器包括闭环式霍尔传感器、计量存储器以及与两者连接的数据传输线，闭环式霍尔电流传感器可采用TBC-LTA系列，灵敏度高且计量精度准确，计量存储器不仅可以记录电流互感器电流值，还可以通过与监控表箱的其他元件连接，进行信号监测数据的记录；这些信号监测数据主要包括保护开关动作信息，漏电保护开关动作时记录动作时间、位置等相关信息，进行告警，实现远方监视的应用功能；漏电流值，可以为后续排查解决问题提供依据，为用户安全用电保驾护航；还有智能电能表所采集的线路电压值、电流值和功率值，这主要可以为研究农村用户线路故障预警和故障排查技术提供数据，为本地区的农村安全用电提供技术指导，从而提高整个地区的农村安全用电水平。

监控表箱与数据管理系统通过监控网络连接，监控网络包括本地传感器网络与远程无线网络，传感器网络采用电力载波传输，远程无线网络采用长距离点对点传输。信息传输方式是保证监控信息及时传递的基础，电力载波不依托辅助元件，可实现直接性的线路传输，很适用于小范围内互联的传感器网络；远程无线网络既可以采用GSM无线传输，可以与各种公用通信网络互联，抗干扰性强，通信质量高，不受距离限制，也可以采用长距离点对点传输，通过数据管理系统使用一次GSM传输，相比于GSM无线传输而言，不必使用SIM卡，大大降低了长期使用费用。

数据管理系统设置于配网台区控制中心，包括数据采集卡，数据采集卡的输入端与监控网络连接，为与数据采集卡配合使用，监控表箱与监控网络的连接处可以设置无线状态量采集器，进行数据的一次汇集，并传输至数据采集卡进行数据的二次汇集；数据采集卡的输出端与配网台区控制中心的服务器连接，服务器包括若干台以太网式网络交换机，这种后台监控管理模式在传统配变终端的基础上，利用本地传感器网络和远程无线网络拓展配变终端监测的内容和监视范围，使原来局限于配变本身电气参数监测的设备升级为整个台区监视、控制中心，借助先进的电力物联网技术升级为台区微系统的控制中心，为将来扩展监测功能打下了很好的通讯网络基础，从而在根本上保证了智能台区在整个台区范围内的应用。

对于漏电保护动作信息及跳闸告警方式，传统方案是通过运维平台，即漏电保护开关发生动作时通过监控平台向运维管理部门反馈现场漏保动作信息，但其需要专人实时监控、信息反馈时效性差；本方案中可以优选GSM短信方式，即漏电保护开关发生动作时通过手机短信向管理部门反馈现场漏保动作信息，虽然通讯费用较高，但可以及时告警，时效性高；漏电保护器连接智能电容器，主要其智能保护作用，在对系统进行漏电保护时，可以通过二次调试的方式，将漏电电流降至安全值，可以在安装设备一次调试阶段泄漏电流降至100mA及以下，二次调试阶段调试泄露电流降至50mA及以下。

监控表箱设置环境测量点，环境测量点包括位于表箱上的压力传感器、振动传感器和嵌入式测温传感器，嵌入式测温传感器包括高精度温湿度探头及其连接的数据传输线；环境测量点采用POE供电，以本地传感器网络的网络数据传输线为供源线路；POE供电是采用以太网作为数据传输通道，不需要专门架设服务器，部署简单，使用方便，各监控节点以无线状态量采集器为基础，将采集到的温湿度、电流等信息转化为数字信号，通过TCP/IP协议将数据发送到监控软件。同时，监控表箱上设置查询WEB视窗， WEB视窗显示当前表箱的开关状态、电压数据、温湿度数据和漏电电流数据，监控软件不用固定在某一台主机，任何以太网联网的主机运行该软件均能获取到每个节点的监测数据，即配网台区以太网线路上的任一计算机均可通过输入监测表箱的IP地址远程访问WEB页面。

下面以某配网四个台区进行实施，台区分别为袁黄、白庄、康庄、姚庄，共安装二级漏电保护监控系统201套，首先，2014年 3 月3日，小组共16次对4个台区进行测试，如表1所示：

表1

从表1中可以看出，漏电流在50mA以上的户数较少，不存在大规模超范围故障与困难，台区线路整体环境良好，所以使用配网二级漏保监控系统将用户侧泄露电流减少至50mA及以下的目标是可行的，故于2014年6月开始进行4个台区的智能综合配电柜安装，安装调试完成后，供电运行，安装情况如表2所示：

表2

在设备调试阶段，漏电保护器安装后，存在泄漏电流值较大的用户较多，尽可能减少保护器动作次数，确保用户正常用电，分两阶段进行设备调试，第一阶段将漏电电流调试在100mA，第二阶段将漏电电流调试在50mA及以下：第一阶段，每台剩余电流保护器泄漏电流值设定为100mA，漏电分段时间设定为300ms；以袁黄台区为例，安装60台漏电保护器，投运后有18台保护器动作跳闸，组织人员对用户的用电设备进行检查、治理，发现用户潜水泵较多年旧失修，泄漏电流大于100mA，导致剩余电流保护器动作跳闸；6月至9月期间，小组成员对存在泄漏电流较大的用户逐户用电设备进行检查、治理，确保用户漏电保护值在100mA以下。第二阶段，根据第一段经验，以漏电保护监控系统采集数据为依据，对现场对漏电保护装置进行调试，均调至50mA以下，设备运行正常，如表3所示。

2014年10月基本上完成了二级漏保监测系统的后台系统部署和数据采集，能对台区二级漏保的漏电流、三相电压、三相电流进行数据采集并分析。利用采集数据对配电台区进行各项技术、性能分析，为节能降损，可靠供电提供数据支持，提高运维水平和安全供电能力。

表3

Claims (5)

1.配网二级漏电保护监控系统，其特征在于：包括安装于配网终端上的监控表箱以及与监控表箱相连接的数据管理系统，所述监控表箱包括智能电能表、漏电保护器和计量电流互感器，所述漏电保护器连接智能电容器，所述数据管理系统设置于配网台区控制中心，所述漏电保护器包括剩余电流动作断路器；所述监控表箱与所述数据管理系统通过监控网络连接，所述监控网络包括本地传感器网络与远程无线网络，所述传感器网络采用电力载波传输，所述远程无线网络采用长距离点对点传输；所述监控表箱设置环境测量点，所述环境测量点包括位于表箱上的压力传感器、振动传感器和嵌入式测温传感器，所述嵌入式测温传感器包括高精度温湿度探头及其连接的数据传输线；所述环境测量点采用POE供电，以本地传感器网络的网络数据传输线为供源线路。

2.如权利要求1所述的配网二级漏电保护监控系统，其特征在于：所述剩余电流动作断路器包括零序电流互感器与脱扣器，所述脱扣器与零序电流互感器的二次回路之间设置电子放大器。

3.如权利要求1所述的配网二级漏电保护监控系统，其特征在于：所述计量电流互感器包括闭环式霍尔传感器、计量存储器以及与两者连接的数据传输线。

4.如权利要求1所述的配网二级漏电保护监控系统，其特征在于：所述数据管理系统包括数据采集卡，所述数据采集卡的输入端与所述监控网络连接，所述数据采集卡的输出端与所述配网台区控制中心的服务器连接，所述服务器包括若干台以太网式网络交换机。

5.如权利要求1所述的配网二级漏电保护监控系统，其特征在于：所述监控表箱上设置查询WEB视窗，所述WEB视窗显示当前表箱的开关状态、电压数据、温湿度数据和漏电电流数据，配网台区以太网线路上的任一计算机均可通过输入监测表箱的IP地址远程访问WEB页面。