通信配电线路电流保护装置技术研究范文

摘要：随着社会经济的发展和科技的进步，人们对用电安全防范工作予以了更高的重视。家庭Wi-Fi网络普及，为智能家居实现创造了良好的客观条件，然而智能家居系统成本较高，且分断开关目前一般为继电器式较多，承载容量小，无分断能力，不能作短路保护使用，有一定的局限性，存在安全隐患。基于此，本文在ELEL9新型小型剩余电流断路器基础上开发了具备Wi-Fi或LoRa无线通信功能的剩余电流保护器。为此，文章结合具备通信功能剩余电流保护器项目开发的实际情况，就此类剩余电流保护器的开发应用和系统设计问题进行探究。

关键词：供电线路末端；剩余电流保护器；通信功能；设计应用

配电台区供电范围广泛、供电路径较长、供电线路较多，在经过一段时间的改造之后，发现配电台区低压设备出现故障发生停电时，故障比较集中在末端用户侧，抢修人员需要花费大量的时间及精力来排查故障点，大大降低了居民用电的可靠性、安全性及稳定性。而借助基于互联网的微功率无线通信技术，能够解决配电线路末端设备的通信问题，实现配电线路末端设备的网络实时管理。同时，还可以根据线路末端用户的用电情况提前预测现状状态，减少电力故障的发生和运维工作人员的工作量，提高了供电质量。为此，慈溪市供电有限公司和浙江某电力电子科技有限公司，就带通信功能的微小型剩余电流断路器，在弥补传统供电线路末端监控空白方面的问题进行探究，旨在能够更好地促进我国电力事业发展。

1项目概述

家庭剩余电流保护器（家保、户保）作为供电线路中剩余电流保护的最终保护设备，额定剩余电流动作值为30mA，最大分断时间小于0.1s，可作为人身电击的直接保护。而中级保安装在台区辐射线路支线上一般的额定剩余电流动作值为不超过50mA，最大分断时间小于0.2s（延时时间为0.1s或0.06s）。从技术参数上看，家保的剩余电流保护更灵敏、更有利于对用户和设备的保护，而且现阶段家保的安装虽然是全面覆盖，但是家庭剩余电流保护器的资产归属却是电力用户，电力公司不能直接对家保进行有效的管理维护。调研发现家保的损坏率比较高，更有极端用户的家保私自短接，这些状况使得家保并未发挥该有的作用，对配电台区的剩余电流动作保护装置的投运是极其不利的。经常会出现一户有故障造成整个台区无法用电的情况。所以配电台区内除了总保，只安装家庭剩余电流保护器是不利于台区供电情况改善的，还应当在配电分支线路合适的位置安装剩余电流动作保护器。配电线路中剩余电流保护器（以下简称中保）安装位置有2种。2015年前，依据DL/T736—2010《农村电网剩余电流动作保护安装运行规程》和《农村低压电网剥余电流动作保护器配置原则》，中保装设于电表箱的进线开关处。2016年后，依据QGDW10370—2016《配电网技术导则》，中保安装在表箱电能表的出线处，起到间接保护人身触电的效果。文章所研究的带通信功能的剩余电流断路器适合应用在表箱电能表的出线处单相供电保护线路中，如图1所示。依据国家标准规定，配电线路剩余电流动作保护装置剩余电流动作整定值，配电台区的剩余电流总保护器为500mA，300mA；配电线路的中级剩余电流保护器：表前为100mA，表后（配电线路末端）：50mA。我们研制的配电线路末端可通信小型剩余电流断路器，一体式结构、工艺精密，方便供电职工在电表箱内安装更换。由于它安装在用户表箱出线处，当用户侧出现以下几种情况发生时，可以有效起到隔离故障的作用。家庭剩余电流保护器未安装、私自短接、绕越、家庭剩余电流保护器质量故障。带通信功能的ELE9做到了信息传输的及时性，管理的网格细致性，使供电部门掌握了隔离故障的主动权，大大缩小了停电范围，减少了投诉电话。

2可通信的配电线路末端剩余电流采集、控制装置ELE9的系统设计

可通信的配电线路末端剩余电流采集、控制装置ELE9，即在剩余电流断路器内集成了线路电参数采样、故障保护和RS485通信功能，另外为了通信的方便还内置了可插拔的和无线网关配套通信的LoRa无线模块（或Wi-Fi接收模块、GSM通信模块），如图2所示。台区内数据传输如果不使用采集器加RS485的通信方案还可使用更加便捷的LoRa无线通信。该LoRa无线通信方案具有以下优点：每个网关根据通信地址自动设定有不同的通信频段，避免相同台区的同频干扰；台区内的所有剩余电流保护器内无线模块节点采用自组网的模式，现场安装后不需要对剩余电流保护器做设定即可使剩余电流保护器和台区网关建立数据链接。台区网关设定有白名单限制，未在白名单内的剩余电流保护器不允许和台区网关建立通信链接，防止不同台区的剩余电流保护数据传输出现交叉错误；每个剩余电流保护器内的无线模块节点均自带中继功能，最多可进行14级中继，大大延长剩余电流保护与台区网关的通信距离；每个剩余电流保护器内的无线模块节点的频率不是固定的，根据现场的无线环境进行自适应，当出现同频干扰的情况，可及时切换到其他信道，即提高了数据传输的安全性也保障了通信的稳定。

2.1硬件设计

带通信功能的剩余电流断路器硬件包含电源、剩余电流互感器、信号调制电路、MCU、人机交互接口、无线通信模块、天线和动作执行单元等。基于无线通信技术的剩余电流断路器采用PIC-SI18F65JI0单片机作为基本控制中心，单片机采用Harvard基本结构，在运行的时候具备单个周期的RISC指令系统和四种类型的串行通信接口，使得带通信功能的剩余电流断路器应用体现出低成本、高性能的特点。带通信功能的剩余电流断路器无线通信模块采用的是nRF2401射频收发芯片，工作频率段在2.4～2.5G之间，在技术的支持下能够实现畅通无阻的通信。

2.2软件设计

可通信的配电线路末端剩余电流采集、控制装置ELE9的软件设计要求是剩余电流动作数值和动作时间。在具体加工设计的时候需要严格按照国家标准进行，尽可能多地设置多个额定剩余动作电流档位，将档位上剩余电流脱扣动作数值设定为档位电流的七成，并在考虑电流采样误差、采样时间段的情况下来将脱扣动作数值的精准度控制在60%～80%之间。可通信的配电线路末端剩余电流采集、控制装置ELE9实现了对系统主站或手机App远程信息传送，作为低压配电线路保护，可以广泛应用在智能家居，工业自动化设备等领域，产品自带的制开发。

3可通信的配电线路末端剩余电流采集、控制装置ELE9的实施方式

带无线通信的新型ELE9-63A小型剩余电流断路器为2P型，主要是小型剩余电流断路器一次本体2、拨动按钮3、电子线路组件板4、微功率无线模块5、盖6、显示窗标牌7、通过螺钉9固定的电源挡板8和组合铆钉1组成，如图3所示。本体2中的剩余电流互感器信号线、脱扣器信号线、开关状态信号线、试跳线从本体2的孔2-4中穿过与电子组件板4连接；电子组件板4的电源取自进线端，用挡板8挡住裸露导线。家用新型带通信功能剩余电流保护器的中性线和相线均可同时断开，实现对保护极的有效保护。家用新型带通信功能剩余电流保护器的基本操作手柄采用的是手动分闸、合闸操作流程，在窗口上会设置滑板，在出现剩余电流跳闸的时候系统会显示红色。带无线通信的新型ELE9-63A小型剩余电流断路器的试验按钮2-3用于模拟检测剩余电流保护功能是否失效。小型剩余电流断路器的剩余电流保护功能投入/检修功能，通过拨动开关4-1的2个档位控制实现，其中一档使剩余电流保护功能投入，检修功能档位使剩余电流保护功能退出，可用于线路或用电设备有剩余电流故障时，便于带电检修；拨动开关4-1通过拨动按钮3手动控制。

4结束语

在时代的进步下，人身安全、节能减排都得到了人们的进一步关注。当前大多数家庭中的供电线路采用的是分路接线，插座、照明、厨房、空调、热水器等均有独立的空气开关，期待对家庭中各种用电器的用电情况可通过这些分路空气开关和剩余电流保护器进行收集，再通过某种通信方式传递至用户的手机或平板电脑上。但是从使用情况来看，空气开关和传统的剩余电流保护器均不具有这些功能，无法实现用户对家用电器用电情况的监督。怎样利用最新科学技术来收集这些用电数据和保证供电的安全性、可靠性是当下人们需要思考和解决的问题。文章在分析带可通信的配电线路末端剩余电流采集、控制装置ELE9项目的基础上，就带通信功能的剩余电流断路器的系统设计问题进行了探究，并结合实际情况探讨了新型带通信功能剩余电流保护器的实施方式，旨在能够在以往的基础上进一步增强新型带通信功能的小型剩余电流保护器的功能，促进我国电力事业的长远、稳定的发展。

作者：王亮 单位：国网浙江慈溪市供电有限公司