淺析基于微機(jī)保護(hù)模式的城市路燈照明漏電保護(hù)研究與選型

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：路燈照明設(shè)施作為城市重要的公共設(shè)施，在為市民提供照明便捷的同時(shí)，也要為市民的出行提供保障。一個(gè)完善的、合理的漏電保護(hù)系統(tǒng)，是路燈照明系統(tǒng)正常運(yùn)行的的條件。以廣州市目前路燈照明漏電保護(hù)技術(shù)改造實(shí)踐為例，探討基于微機(jī)保護(hù)的城市路燈照明漏電保護(hù)。

關(guān)鍵詞：路燈照明；漏電保護(hù)；微機(jī)保護(hù)；在線(xiàn)監(jiān)測(cè)；路燈用電

0引言

廣州地區(qū)常年潮濕多雨，容易積水，加之臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，容易導(dǎo)致路燈照明設(shè)施漏電，而傳統(tǒng)的漏電保護(hù)難以滿(mǎn)足廣州地區(qū)的路燈照明。隨著近年來(lái)路燈漏電人身傷亡事件的發(fā)生，路燈的性受到了社會(huì)各界的高度關(guān)注。

1路燈照明系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1路燈數(shù)量多，漏電問(wèn)題亟需解決

目前，廣州市六區(qū)共有路燈數(shù)量約24萬(wàn)盞，覆蓋主干道、次干道及城中村道路等，覆蓋面廣，影響人口多。除近兩年新建的路燈外，由于歷史原因，原有的絕大部分路燈均未安裝線(xiàn)路漏電保護(hù)，路燈運(yùn)行過(guò)程中存在人身隱患，亟需進(jìn)行升級(jí)改造。

1.2傳統(tǒng)電磁式漏電保護(hù)無(wú)法滿(mǎn)足路燈漏電保護(hù)需求

根據(jù)GB50054—2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]5.2.11可知，當(dāng)TN系統(tǒng)相導(dǎo)體與無(wú)等電位聯(lián)結(jié)作用的地之間發(fā)生接地故障時(shí)，為使保護(hù)導(dǎo)體和與之連接的外露可導(dǎo)電部分的對(duì)地電壓不超過(guò)50V，其接地電阻的比值應(yīng)符合公式（1）的要求：

其中，R_B為所有與系統(tǒng)接地及并聯(lián)的接地電阻；R_E為相導(dǎo)體與大地之間的接地電阻。

根據(jù)GB50054—2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.12可知，當(dāng)不符合本規(guī)范式（1）的要求時(shí)，應(yīng)補(bǔ)充其他的間接接觸防護(hù)措施，或采用局部TT系統(tǒng)。

根據(jù)這些設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電纜絕緣層為主保護(hù)，當(dāng)絕緣層破損或老化時(shí)，采用間接保護(hù)，即漏電保護(hù)。廣州市照明線(xiàn)路大部分已經(jīng)運(yùn)行多年，絕緣老化嚴(yán)重，再加上廣州地區(qū)潮濕多雨、容易積水，導(dǎo)致傳統(tǒng)電磁式漏電保護(hù)器*無(wú)法合閘，不得不退出運(yùn)行。因此在一段時(shí)間內(nèi)，設(shè)計(jì)沒(méi)有強(qiáng)制要求安裝漏電保護(hù)器。

根據(jù)運(yùn)維現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)，全市范圍內(nèi)的漏電線(xiàn)路處于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)增加中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每天持續(xù)新增1A以上漏電電流的線(xiàn)路達(dá)8～10條，已經(jīng)治理過(guò)的漏電線(xiàn)路運(yùn)行不久后依然會(huì)再次漏電。在這種惡劣的條件下，若采用電磁式漏電保護(hù)器，必然會(huì)導(dǎo)致全市范圍大面積跳閘熄燈。

近兩年，由于涉電公共的形勢(shì)嚴(yán)峻，設(shè)計(jì)文件重新開(kāi)始要求安裝漏電保護(hù)。新建線(xiàn)路由于絕緣良好，安裝電磁式漏電保護(hù)器的線(xiàn)路，在運(yùn)行初始階段尚能正常亮燈，但運(yùn)行一段時(shí)間以后，隨著線(xiàn)路的老化、破損，也會(huì)出現(xiàn)無(wú)法合閘的問(wèn)題，使得漏電保護(hù)器不得不退出運(yùn)行。

盡管現(xiàn)有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定照明線(xiàn)路安裝漏電保護(hù)器，但由于電磁式漏電保護(hù)器的特性不適用于老舊的照明線(xiàn)路，因此在廣州市區(qū)范圍內(nèi)的照明線(xiàn)路均沒(méi)有安裝電磁式漏電保護(hù)器。

2　照明線(xiàn)路微機(jī)保護(hù)的必要性

2.1　微機(jī)型保護(hù)的成熟經(jīng)驗(yàn)

路燈380V系統(tǒng)與10kV電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)類(lèi)似，10kV電力系統(tǒng)的單相接地故障可與380V的漏電故障類(lèi)比。10kV線(xiàn)路的微機(jī)型保護(hù)（有零序保護(hù)、過(guò)流保護(hù)模塊）已有25年成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。目前，廣州已安裝的照明線(xiàn)路微機(jī)保護(hù)也采用微機(jī)型保護(hù)，含有漏電保護(hù)（包括突變和幅值）、過(guò)流保護(hù)，與電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)具有相仿的功能。

2.2　微機(jī)保護(hù)裝置與傳統(tǒng)電磁式漏電保護(hù)的對(duì)比

兩者構(gòu)成部件對(duì)比如圖1所示。

圖1微機(jī)保護(hù)裝置與傳統(tǒng)電磁式漏電保護(hù)裝置構(gòu)成部件對(duì)比

兩者功能對(duì)比如圖2所示。

圖2微機(jī)保護(hù)裝置與傳統(tǒng)電磁式漏電保護(hù)裝置的功能對(duì)比

通過(guò)這些對(duì)比可知，微機(jī)保護(hù)裝置的部件比傳統(tǒng)漏電保護(hù)裝置的更齊全，微機(jī)保護(hù)的功能也比傳統(tǒng)漏電保護(hù)的功能更多。

2.3　照明線(xiàn)路微機(jī)保護(hù)*性分析

2.3.1　保護(hù)動(dòng)作可靠

普通漏電保護(hù)器有很大的保護(hù)盲區(qū)，在很多情況下，漏電發(fā)生后，線(xiàn)路上的三相合成漏電流會(huì)變小，此時(shí)普通漏電保護(hù)器不一定會(huì)保護(hù)動(dòng)作。照明線(xiàn)路微機(jī)保護(hù)采用基于矢量突變量的保護(hù)算法，可以將故障漏電流從正常的系統(tǒng)漏電流中*分辨出來(lái)，從而確?？煽縿?dòng)作。

2.3.2　計(jì)算精度高

路燈線(xiàn)路本身存在正常的系統(tǒng)漏電流，通常大于100mA，如果是普通漏電保護(hù)，定值要設(shè)定到300～500mA，才能不經(jīng)常誤跳，而人觸電電流30mA以上就會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，普通漏電保護(hù)無(wú)法跳閘，所以起不到保護(hù)人身的作用。照明線(xiàn)路微機(jī)保護(hù)采用高精度的漏電流采樣和計(jì)算方法，精度可以準(zhǔn)確到2mA，并且采用矢量突變?cè)恚梢詮南到y(tǒng)漏電流中分辨出30mA的人員觸電漏電流，并在100ms內(nèi)斷開(kāi)，從而在根本上起到保護(hù)人身的作用。

2.3.3可以躲開(kāi)瞬間啟動(dòng)電流

路燈線(xiàn)路末端短路時(shí)，短路電流通常只有額定電流的2～3倍，普通C型脫扣曲線(xiàn)的短路保護(hù)器通常要到10倍以上額定電流才能跳閘，因此如果采用普通短路保護(hù)器，線(xiàn)路會(huì)一直過(guò)流發(fā)熱，導(dǎo)致線(xiàn)路老化，出現(xiàn)絕緣損壞而漏電。照明線(xiàn)路微機(jī)保護(hù)可以根據(jù)實(shí)際額定電流躲開(kāi)瞬間啟動(dòng)電流，待路燈開(kāi)啟正常運(yùn)行后，投入2倍額定電流的過(guò)流保護(hù)，從而保護(hù)線(xiàn)路。

2.3.4具有自動(dòng)重合閘功能

普通漏電保護(hù)沒(méi)有重合閘功能，當(dāng)發(fā)生由于雷擊等導(dǎo)致的誤跳時(shí)，不能及時(shí)恢復(fù)供電，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間滅燈，照明線(xiàn)路微機(jī)保護(hù)具有自動(dòng)重合閘功能，如果發(fā)生誤跳，能夠自動(dòng)重合，保證正常亮燈。

2.3.5具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能

普通漏電保護(hù)通常沒(méi)有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能，后臺(tái)無(wú)法獲得現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和狀態(tài)，照明線(xiàn)路微機(jī)保護(hù)具有現(xiàn)場(chǎng)通信接口，可以與后臺(tái)通信，實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備的四遙控制，遙測(cè)，可以遠(yuǎn)程測(cè)量線(xiàn)路電壓、電流、漏電流等信息；遙控可以遠(yuǎn)程進(jìn)行合閘、分閘操作；遙信可以采集開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息；遙設(shè)，遠(yuǎn)程靈活設(shè)定保護(hù)定值。

2.3.6可錄取跳閘瞬間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

普通漏電保護(hù)沒(méi)有跳閘錄波數(shù)據(jù)，無(wú)法分析故障原因。照明線(xiàn)路微機(jī)保護(hù)可以錄取跳閘瞬間的電氣實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并上傳到后臺(tái)，進(jìn)行故障分析，可采取相應(yīng)措施，避免再次出現(xiàn)同類(lèi)故障。

2.3.7可構(gòu)建綜合系統(tǒng)

照明線(xiàn)路微機(jī)保護(hù)結(jié)合后臺(tái)系統(tǒng)，可以構(gòu)建一套完整的城市照明漏電、監(jiān)控及管理綜合系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)級(jí)的應(yīng)用，管理城市配電，通過(guò)數(shù)據(jù)積累，還可以提升線(xiàn)路、變壓器及燈具等設(shè)備的養(yǎng)護(hù)方案。

3微機(jī)保護(hù)可實(shí)現(xiàn)功能

3.1保護(hù)功能

微機(jī)保護(hù)能起到漏電流幅值保護(hù)和漏電流突變保護(hù)作用。

3.2測(cè)量功能

微機(jī)保護(hù)能測(cè)量線(xiàn)路漏電流和三相電壓，其中線(xiàn)路漏電流測(cè)量精度達(dá)到5%，三相電壓測(cè)量精度達(dá)到2%。

3.3監(jiān)視功能

微機(jī)保護(hù)能通過(guò)監(jiān)視斷路器位置觸點(diǎn)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)分合閘狀態(tài)的監(jiān)視。

3.4　控制功能

裝置提供了2個(gè)輸出繼電器，用于控制斷路器電操機(jī)構(gòu)合閘、分閘。

3.5重合閘功能

交流線(xiàn)路漏電保護(hù)控制器需具有三次重合閘功能。

3.6事件記錄

交流線(xiàn)路漏電保護(hù)控制器支持保護(hù)事件記錄功能，可在線(xiàn)記錄保護(hù)事件10條，掉電不丟失，便于故障原因分析和診斷。

3.7人機(jī)接口

交流線(xiàn)路漏電保護(hù)控制器的人機(jī)接口需*符合人機(jī)工程設(shè)計(jì)要求。

3.8通信功能

交流線(xiàn)路漏電保護(hù)控制器作為配電保護(hù)的基礎(chǔ)設(shè)備，具有可靠的通信功能。

4安科瑞路燈用電平臺(tái)介紹

4.1平臺(tái)架構(gòu)

對(duì)路燈控制箱進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)路燈線(xiàn)路的電流和電壓值來(lái)判斷路燈的工作情況

直接接入ARCM310儀表，監(jiān)控每個(gè)路燈的電壓、電流等電參量進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警，也可設(shè)置定時(shí)通斷時(shí)間并遠(yuǎn)程控制路燈通斷

4.2平臺(tái)介紹

安科瑞路燈用電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)安裝在城市各區(qū)域路燈的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。用電通過(guò)監(jiān)測(cè)路燈線(xiàn)路的電流和電壓值來(lái)判斷路燈的工作情況，任何不正常的工作狀態(tài)，平臺(tái)都能進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警，預(yù)警信息通過(guò)手機(jī)APP推送，短信，語(yǔ)音電話(huà)和郵件等，時(shí)間到達(dá)責(zé)任人的身邊，提醒運(yùn)行人員接觸器跳閘，電源失壓等等。平臺(tái)也可以設(shè)置開(kāi)合閘時(shí)間，每天定時(shí)控制路燈控制器的啟動(dòng)和關(guān)閉。

1.監(jiān)測(cè)路燈的開(kāi)閉，使用時(shí)長(zhǎng)，非工作時(shí)間開(kāi)啟，或開(kāi)啟時(shí)間過(guò)短，則進(jìn)行預(yù)警；

2.監(jiān)測(cè)路燈的電流電壓工作狀態(tài)，可以分級(jí)設(shè)置預(yù)警值和報(bào)警值，當(dāng)超出閾值范圍時(shí)進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警，

3.判斷路燈功率和線(xiàn)路損耗，當(dāng)電流超出閾值范圍時(shí)進(jìn)行預(yù)警；

4.可以設(shè)置路燈的異常個(gè)數(shù)，超出異常個(gè)數(shù)進(jìn)行預(yù)警通知；

5.對(duì)路燈回路的漏電流和導(dǎo)線(xiàn)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果漏電過(guò)大，線(xiàn)纜溫度過(guò)高則進(jìn)行預(yù)警或報(bào)警；

6.可以設(shè)置開(kāi)合閘時(shí)間，定時(shí)對(duì)路燈控制器進(jìn)行操作，觸發(fā)頻率可以設(shè)置成一次或者每天。

7.多種開(kāi)關(guān)燈執(zhí)行方案設(shè)定，可設(shè)置普通（平時(shí)）方案、周末方案、節(jié)（假）日方案、臨時(shí)方案，并可設(shè)定方案執(zhí)行的方式和優(yōu)先級(jí)；

8.自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈管理可選擇定時(shí)模式、按季節(jié)變化的日出日落自動(dòng)跟隨模式、光照度輔助開(kāi)關(guān)燈模式；

9.能夠自動(dòng)進(jìn)行亮燈率計(jì)算，形成亮燈率報(bào)表首頁(yè)

消息提醒顯示需要處理的任務(wù)及報(bào)警消息

隱患統(tǒng)計(jì)以曲線(xiàn)圖的方式展示當(dāng)月隱患數(shù)量

地圖顯示相關(guān)點(diǎn)位

監(jiān)控模塊提供數(shù)據(jù)監(jiān)控監(jiān)控功能，包含大數(shù)據(jù)調(diào)度和統(tǒng)計(jì)。

地圖顯示

設(shè)備監(jiān)控可以按監(jiān)控設(shè)備識(shí)別號(hào)、項(xiàng)目篩選，顯示設(shè)備識(shí)別號(hào)、設(shè)備詳情、設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)擊“設(shè)備"后進(jìn)入設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)頁(yè)面?？刹榭礆v史曲線(xiàn)，巡檢記錄，報(bào)警信息，控制日志和、視頻監(jiān)控

隱患管理包括隱患巡查、隱患派發(fā)、隱患處理、隱患分析

運(yùn)維管理

能耗分析

4.3產(chǎn)品選型介紹

智慧用電在線(xiàn)監(jiān)控裝置是針對(duì)0.4kV以下的TT、TN系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能電力裝置，具有單、三相交流電測(cè)量、四象限電能計(jì)量、諧波分析、遙信輸入、遙信輸出功能，以及RS485通訊或GPRS無(wú)線(xiàn)通訊功能，通過(guò)對(duì)配電回路的剩余電流、導(dǎo)線(xiàn)溫度等火災(zāi)危險(xiǎn)參數(shù)實(shí)施監(jiān)控和管理。4.4功能介紹

應(yīng)用：用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國(guó)家消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等

ARCM310功能：ARCM310智慧用電在線(xiàn)監(jiān)控裝置（以下簡(jiǎn)稱(chēng)裝置）是針對(duì)0.4kV以下的TT、TN系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能電力裝置，具有單相交流電測(cè)量、漏電監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、內(nèi)控開(kāi)合閘以及RS485通訊或GPRS無(wú)線(xiàn)通訊功能，通過(guò)對(duì)配電回路的剩余電流、導(dǎo)線(xiàn)溫度等火災(zāi)危險(xiǎn)參數(shù)實(shí)施監(jiān)控和管理。

裝置采用先進(jìn)的微控制器技術(shù)，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化于一身，是建筑監(jiān)控裝置預(yù)防監(jiān)控、系統(tǒng)絕緣老化預(yù)估等的理想選擇。作為一種先進(jìn)的智能化、數(shù)字化的采集元件，該裝置已廣泛應(yīng)用于學(xué)校、醫(yī)院、商場(chǎng)、銀行、古建筑等眾多場(chǎng)所。

ARCM310圖片

AF-GSM400-4G功能：AF-GSM是安科瑞電氣推出的新型的4G遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，采用嵌入式設(shè)計(jì)，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，同時(shí)采用了功能強(qiáng)大的微處理芯片，配合內(nèi)置看門(mén)狗，性能可靠穩(wěn)定。

本產(chǎn)品提供標(biāo)準(zhǔn)RS485數(shù)據(jù)接口，可以方便的連接RTU、PLC、工控機(jī)等設(shè)備，僅需一次性完成初始化配置，就可以完成對(duì)MODBUS設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，并且與安科瑞服務(wù)器進(jìn)行通訊，

AF-GSM400-4G圖片

4.5用戶(hù)體驗(yàn)

4.6現(xiàn)場(chǎng)安裝

5結(jié)論

為保障人民群眾的財(cái)產(chǎn)與生命，選用可靠性高、已有成熟運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的照明線(xiàn)路微機(jī)保護(hù)是必要且的。通過(guò)改造后就地模擬人身觸電試驗(yàn)，證明該保護(hù)能快速切斷電源。該批照明線(xiàn)路微機(jī)保護(hù)有一年半運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)證明其具有可靠性和性，可地提高風(fēng)險(xiǎn)管控能力，既保障，又滿(mǎn)足亮燈率的要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]譚卓雄.基于微機(jī)保護(hù)模式的城市路燈照明漏電保護(hù)研究

[2]中華人民共和國(guó)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部 .GB50054—2011 低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范 [S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2020.06版

作者簡(jiǎn)介：劉細(xì)鳳，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事用電研究發(fā)展