通信配電線路電流保護(hù)裝置技術(shù)研究范文

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摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對用電安全防范工作予以了更高的重視。家庭Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)普及，為智能家居實現(xiàn)創(chuàng)造了良好的客觀條件，然而智能家居系統(tǒng)成本較高，且分?jǐn)嚅_關(guān)目前一般為繼電器式較多，承載容量小，無分?jǐn)嗄芰Γ荒茏鞫搪繁Ｗo(hù)使用，有一定的局限性，存在安全隱患?；诖?，本文在ELEL9新型小型剩余電流斷路器基礎(chǔ)上開發(fā)了具備Wi-Fi或LoRa無線通信功能的剩余電流保護(hù)器。為此，文章結(jié)合具備通信功能剩余電流保護(hù)器項目開發(fā)的實際情況，就此類剩余電流保護(hù)器的開發(fā)應(yīng)用和系統(tǒng)設(shè)計問題進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：供電線路末端；剩余電流保護(hù)器；通信功能；設(shè)計應(yīng)用

配電臺區(qū)供電范圍廣泛、供電路徑較長、供電線路較多，在經(jīng)過一段時間的改造之后，發(fā)現(xiàn)配電臺區(qū)低壓設(shè)備出現(xiàn)故障發(fā)生停電時，故障比較集中在末端用戶側(cè)，搶修人員需要花費(fèi)大量的時間及精力來排查故障點，大大降低了居民用電的可靠性、安全性及穩(wěn)定性。而借助基于互聯(lián)網(wǎng)的微功率無線通信技術(shù)，能夠解決配電線路末端設(shè)備的通信問題，實現(xiàn)配電線路末端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)實時管理。同時，還可以根據(jù)線路末端用戶的用電情況提前預(yù)測現(xiàn)狀狀態(tài)，減少電力故障的發(fā)生和運(yùn)維工作人員的工作量，提高了供電質(zhì)量。為此，慈溪市供電有限公司和浙江某電力電子科技有限公司，就帶通信功能的微小型剩余電流斷路器，在彌補(bǔ)傳統(tǒng)供電線路末端監(jiān)控空白方面的問題進(jìn)行探究，旨在能夠更好地促進(jìn)我國電力事業(yè)發(fā)展。

1項目概述

家庭剩余電流保護(hù)器（家保、戶保）作為供電線路中剩余電流保護(hù)的最終保護(hù)設(shè)備，額定剩余電流動作值為30mA，最大分?jǐn)鄷r間小于0.1s，可作為人身電擊的直接保護(hù)。而中級保安裝在臺區(qū)輻射線路支線上一般的額定剩余電流動作值為不超過50mA，最大分?jǐn)鄷r間小于0.2s（延時時間為0.1s或0.06s）。從技術(shù)參數(shù)上看，家保的剩余電流保護(hù)更靈敏、更有利于對用戶和設(shè)備的保護(hù)，而且現(xiàn)階段家保的安裝雖然是全面覆蓋，但是家庭剩余電流保護(hù)器的資產(chǎn)歸屬卻是電力用戶，電力公司不能直接對家保進(jìn)行有效的管理維護(hù)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)家保的損壞率比較高，更有極端用戶的家保私自短接，這些狀況使得家保并未發(fā)揮該有的作用，對配電臺區(qū)的剩余電流動作保護(hù)裝置的投運(yùn)是極其不利的。經(jīng)常會出現(xiàn)一戶有故障造成整個臺區(qū)無法用電的情況。所以配電臺區(qū)內(nèi)除了總保，只安裝家庭剩余電流保護(hù)器是不利于臺區(qū)供電情況改善的，還應(yīng)當(dāng)在配電分支線路合適的位置安裝剩余電流動作保護(hù)器。配電線路中剩余電流保護(hù)器（以下簡稱中保）安裝位置有2種。2015年前，依據(jù)DL/T736—2010《農(nóng)村電網(wǎng)剩余電流動作保護(hù)安裝運(yùn)行規(guī)程》和《農(nóng)村低壓電網(wǎng)剝余電流動作保護(hù)器配置原則》，中保裝設(shè)于電表箱的進(jìn)線開關(guān)處。2016年后，依據(jù)QGDW10370—2016《配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》，中保安裝在表箱電能表的出線處，起到間接保護(hù)人身觸電的效果。文章所研究的帶通信功能的剩余電流斷路器適合應(yīng)用在表箱電能表的出線處單相供電保護(hù)線路中，如圖1所示。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，配電線路剩余電流動作保護(hù)裝置剩余電流動作整定值，配電臺區(qū)的剩余電流總保護(hù)器為500mA，300mA；配電線路的中級剩余電流保護(hù)器：表前為100mA，表后（配電線路末端）：50mA。我們研制的配電線路末端可通信小型剩余電流斷路器，一體式結(jié)構(gòu)、工藝精密，方便供電職工在電表箱內(nèi)安裝更換。由于它安裝在用戶表箱出線處，當(dāng)用戶側(cè)出現(xiàn)以下幾種情況發(fā)生時，可以有效起到隔離故障的作用。家庭剩余電流保護(hù)器未安裝、私自短接、繞越、家庭剩余電流保護(hù)器質(zhì)量故障。帶通信功能的ELE9做到了信息傳輸?shù)募皶r性，管理的網(wǎng)格細(xì)致性，使供電部門掌握了隔離故障的主動權(quán)，大大縮小了停電范圍，減少了投訴電話。

2可通信的配電線路末端剩余電流采集、控制裝置ELE9的系統(tǒng)設(shè)計

可通信的配電線路末端剩余電流采集、控制裝置ELE9，即在剩余電流斷路器內(nèi)集成了線路電參數(shù)采樣、故障保護(hù)和RS485通信功能，另外為了通信的方便還內(nèi)置了可插拔的和無線網(wǎng)關(guān)配套通信的LoRa無線模塊（或Wi-Fi接收模塊、GSM通信模塊），如圖2所示。臺區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸如果不使用采集器加RS485的通信方案還可使用更加便捷的LoRa無線通信。該LoRa無線通信方案具有以下優(yōu)點：每個網(wǎng)關(guān)根據(jù)通信地址自動設(shè)定有不同的通信頻段，避免相同臺區(qū)的同頻干擾；臺區(qū)內(nèi)的所有剩余電流保護(hù)器內(nèi)無線模塊節(jié)點采用自組網(wǎng)的模式，現(xiàn)場安裝后不需要對剩余電流保護(hù)器做設(shè)定即可使剩余電流保護(hù)器和臺區(qū)網(wǎng)關(guān)建立數(shù)據(jù)鏈接。臺區(qū)網(wǎng)關(guān)設(shè)定有白名單限制，未在白名單內(nèi)的剩余電流保護(hù)器不允許和臺區(qū)網(wǎng)關(guān)建立通信鏈接，防止不同臺區(qū)的剩余電流保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)交叉錯誤；每個剩余電流保護(hù)器內(nèi)的無線模塊節(jié)點均自帶中繼功能，最多可進(jìn)行14級中繼，大大延長剩余電流保護(hù)與臺區(qū)網(wǎng)關(guān)的通信距離；每個剩余電流保護(hù)器內(nèi)的無線模塊節(jié)點的頻率不是固定的，根據(jù)現(xiàn)場的無線環(huán)境進(jìn)行自適應(yīng)，當(dāng)出現(xiàn)同頻干擾的情況，可及時切換到其他信道，即提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩砸脖Ｕ狭送ㄐ诺姆€(wěn)定。

2.1硬件設(shè)計

帶通信功能的剩余電流斷路器硬件包含電源、剩余電流互感器、信號調(diào)制電路、MCU、人機(jī)交互接口、無線通信模塊、天線和動作執(zhí)行單元等?；跓o線通信技術(shù)的剩余電流斷路器采用PIC-SI18F65JI0單片機(jī)作為基本控制中心，單片機(jī)采用Harvard基本結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行的時候具備單個周期的RISC指令系統(tǒng)和四種類型的串行通信接口，使得帶通信功能的剩余電流斷路器應(yīng)用體現(xiàn)出低成本、高性能的特點。帶通信功能的剩余電流斷路器無線通信模塊采用的是nRF2401射頻收發(fā)芯片，工作頻率段在2.4～2.5G之間，在技術(shù)的支持下能夠?qū)崿F(xiàn)暢通無阻的通信。

2.2軟件設(shè)計

可通信的配電線路末端剩余電流采集、控制裝置ELE9的軟件設(shè)計要求是剩余電流動作數(shù)值和動作時間。在具體加工設(shè)計的時候需要嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，盡可能多地設(shè)置多個額定剩余動作電流檔位，將檔位上剩余電流脫扣動作數(shù)值設(shè)定為檔位電流的七成，并在考慮電流采樣誤差、采樣時間段的情況下來將脫扣動作數(shù)值的精準(zhǔn)度控制在60%～80%之間。可通信的配電線路末端剩余電流采集、控制裝置ELE9實現(xiàn)了對系統(tǒng)主站或手機(jī)App遠(yuǎn)程信息傳送，作為低壓配電線路保護(hù)，可以廣泛應(yīng)用在智能家居，工業(yè)自動化設(shè)備等領(lǐng)域，產(chǎn)品自帶的制開發(fā)。

3可通信的配電線路末端剩余電流采集、控制裝置ELE9的實施方式

帶無線通信的新型ELE9-63A小型剩余電流斷路器為2P型，主要是小型剩余電流斷路器一次本體2、撥動按鈕3、電子線路組件板4、微功率無線模塊5、蓋6、顯示窗標(biāo)牌7、通過螺釘9固定的電源擋板8和組合鉚釘1組成，如圖3所示。本體2中的剩余電流互感器信號線、脫扣器信號線、開關(guān)狀態(tài)信號線、試跳線從本體2的孔2-4中穿過與電子組件板4連接；電子組件板4的電源取自進(jìn)線端，用擋板8擋住裸露導(dǎo)線。家用新型帶通信功能剩余電流保護(hù)器的中性線和相線均可同時斷開，實現(xiàn)對保護(hù)極的有效保護(hù)。家用新型帶通信功能剩余電流保護(hù)器的基本操作手柄采用的是手動分閘、合閘操作流程，在窗口上會設(shè)置滑板，在出現(xiàn)剩余電流跳閘的時候系統(tǒng)會顯示紅色。帶無線通信的新型ELE9-63A小型剩余電流斷路器的試驗按鈕2-3用于模擬檢測剩余電流保護(hù)功能是否失效。小型剩余電流斷路器的剩余電流保護(hù)功能投入/檢修功能，通過撥動開關(guān)4-1的2個檔位控制實現(xiàn)，其中一檔使剩余電流保護(hù)功能投入，檢修功能檔位使剩余電流保護(hù)功能退出，可用于線路或用電設(shè)備有剩余電流故障時，便于帶電檢修；撥動開關(guān)4-1通過撥動按鈕3手動控制。

4結(jié)束語

在時代的進(jìn)步下，人身安全、節(jié)能減排都得到了人們的進(jìn)一步關(guān)注。當(dāng)前大多數(shù)家庭中的供電線路采用的是分路接線，插座、照明、廚房、空調(diào)、熱水器等均有獨(dú)立的空氣開關(guān)，期待對家庭中各種用電器的用電情況可通過這些分路空氣開關(guān)和剩余電流保護(hù)器進(jìn)行收集，再通過某種通信方式傳遞至用戶的手機(jī)或平板電腦上。但是從使用情況來看，空氣開關(guān)和傳統(tǒng)的剩余電流保護(hù)器均不具有這些功能，無法實現(xiàn)用戶對家用電器用電情況的監(jiān)督。怎樣利用最新科學(xué)技術(shù)來收集這些用電數(shù)據(jù)和保證供電的安全性、可靠性是當(dāng)下人們需要思考和解決的問題。文章在分析帶可通信的配電線路末端剩余電流采集、控制裝置ELE9項目的基礎(chǔ)上，就帶通信功能的剩余電流斷路器的系統(tǒng)設(shè)計問題進(jìn)行了探究，并結(jié)合實際情況探討了新型帶通信功能剩余電流保護(hù)器的實施方式，旨在能夠在以往的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)新型帶通信功能的小型剩余電流保護(hù)器的功能，促進(jìn)我國電力事業(yè)的長遠(yuǎn)、穩(wěn)定的發(fā)展。

作者：王亮 單位：國網(wǎng)浙江慈溪市供電有限公司