《農村低壓電力技術規程》中要求，農村電網應使用漏電保護器。因其能有效避免觸電造成的人身傷害，漏電造成的爆燃災害，保障農村用電安全。目前農網多采用三級漏保保護模式，分別安裝在公用變壓器、電表箱和客戶端，或跳過電表箱的二級漏保保護模式。目前農村家庭電線布置多隱藏在墻內，由于線路質量和施工工藝等因素的影響，線路容易產生漏電流。

用戶端漏電保護裝置在陰雨天氣頻繁脫扣，加之暗線布局方式難以查找發生漏電故障的線路，導致部分用戶私自移除家用漏保。此時，用于變壓器的總漏保裝置直接保護到用戶節點，致使變壓器總保護裝置頻繁跳閘。

線路停電影響多戶居民，供電可靠性得不到保障，供電公司面臨故障排查困難問題，工作量增大。部分職工選擇將變壓器低壓側漏保退出運行，饋電線路失去漏電保護，整個臺區的供電安全受到影響，形成惡性循環。部分臺區漏保投運率不足70%，客戶端漏保完好率不足75%，嚴重威脅農村電網安全運行。

農村電網輸電方式多采用三相四線制，10kV輸電線路多采用16mm2或25mm2線徑，并部分存在裸線問題。尤其是山區農村電網易受到泥石流，樹木折斷傾軋等自然災害影響，輸電線路時常發生漏電、短路等故障情況。由于農村電網地域寬廣，用電客戶分散，且多為單相用電。發生故障時受影響的家庭用戶數量少，農村用戶未能及時上報故障，故障線路未能得到處理，導致周邊居民及動物均存在觸電風險。

針對上述情況，有研究提出在合適的位置安裝漏電保護裝置；有研究提出加強農村電網管理人員對漏電保護器的認知，使農村電網的管理人員可以加強對漏電保護器的管理以及維護水平；有研究分別在提升電網管理措施和增強設備技術上指出若干可行意見。但上述方法并未從根本上解決定位問題，維修人員難以選定故障區域，排查故障線路的問題依舊突出。

針對上述問題，本文提出一種應用“國網芯”智能漏電監測系統的方法，以泛在電力物聯網思想作為指導，在傳統漏電保護的基礎上，增添平臺數據上傳、分析、設備位置分享等功能，縮小故障范圍，為故障處理效率提供有力支撐。

1 泛在電力物聯網的概念與特征

本節將首先介紹物聯網的概念，在此基礎上延伸至泛在電力物聯網，最后在此框架下，分析針對農村電網實際情況的解決辦法。

1.1 物聯網

國際標準化組織/國際電工委員會（ISO/IEC）將物聯網定義為“一種物、人、系統和信息資源互聯的基礎設施，結合智能服務，使其能夠處理物理和虛擬世界的信息并做出響應”。通過在監測實物上安裝感應裝置，完成各種類型數據采集，經由通信網傳輸至數據平臺進行分析，完成對實物動作的合理決策。甚至在此實物-平臺單對單的基礎上，增添其他實物節點，完成實物-實物的信息交流，組成網絡。

一般來說，物聯網的層次結構從下至上包括帶有傳感器元件和裝置的感知層、將傳感器與互聯網連接的接入層、處理信息交換和共享的網絡層、負責信息管理的管理層，對信息進行整合分析的應用層，如圖1所示。

圖1 物聯網的層次結構

1.2 泛在電力物聯網

推進泛在電力物聯網建設由國家電網公司領導在2019年“兩會”上正式提出，建設泛在電力物聯網是實現能源互聯網的重要舉措。“泛在電力物聯網”包含泛在、電力、物聯網3個關鍵詞，可從“泛在網”、“電力網”、“物聯網”3方面對其解讀。

其中，物聯網是泛在電力物聯網的具體表現形式，即泛在電力物聯網是一種特殊的物聯網；電力網大到電力設備、小至家用電器，是物聯網技術具體的應用對象；泛在即無處不在，從某種程度上說，泛在網與物聯網的概念相近但更廣。泛在一詞描述了未來電力物聯網的基本特征，能夠實現在任何時間、地點、人與物的順暢通信。

泛在電力物聯網的組織架構與物聯網類似，包括感知層、網絡層、平臺層和應用層。

• 感知層利用各式各樣的傳感器元件采集電力或能源設備的狀態、安全變量等。目前設備變量的采集在輸電線路中配套較為完善，配電系統中僅有智能電表作為典型的傳感采集元件，感知用戶的基本用電情況。但這對配電系統的數據采樣遠遠不夠，后續還需增設電壓、溫度、濕度等變量的傳感器元件。
• 網絡層為了滿足不同類型傳感器的通信要求，目前有移動通信，有線光纜，無線局域網等通信架構可供選擇，分別對應不同的的通信協議。
• 平臺層則將傳輸后的數據進行處理，儲存和管理，部分數據可跨主體、跨行業共享，實現數據的深度挖掘。
• 應用層是泛在電力物聯網價值的核心體現，聯通萬物信息。通過挖掘出的數據價值，對用戶，售電商，電網操作人員等提供合理的決策建議，在此基礎上孵化新業務、新模式、新業態。

2 “國網芯”智能漏電監測系統

“國網芯”智能漏電監控系統采用的是B型漏電流檢測方法，由監控層、通信層、應用層3部分組成。監控層主要以磁調制技術的監控裝置為基礎，核心器件是高集成度的漏電流檢測芯片，產品為智能監控終端，用于檢測漏電流信號；通信層使用無線低功耗的LoRa無線傳輸技術，將信號從監控終端收集，并通過4G信號上傳至服務器進行處理及存儲；應用層包括監測平臺和APP應用，便于用戶及時查看及接收漏電及保護動作信息。

2.1 B型剩余電流保護裝置

漏電流抑制方法可從軟、硬件兩方面著手。目前，我國常見的剩余電流保護裝置為A型及AC型。但隨著電力設備的多樣化，農村電網結構改變較大。傳統剩余電流檢測方式已無法滿足現有要求。B型剩余電流保護裝置在A型、AC型基礎上，還可對平滑直流剩余電流進行監測及保護，其核心部件是B型剩余電流保護器，主要由高導磁率的軟磁材料和高度集成的IC芯片制成。

各種剩余電流檢測裝置適用的漏電流類型如圖2所示。國際上以德國為首的西歐國家對B型剩余電流保護的研究較早。如ABB、GE等企業相繼研發推廣可監測平滑直流剩余電流的B型保護器，并在光伏、電動汽車充電等直流用電領域得到廣泛應用。

圖2 各類剩余電流檢測裝置脫扣特性

B型剩余電流保護的工作原理如圖3所示，環形磁心是由高導磁率、小矯頑力和良好的矩形磁滯特性的軟磁材料制成。自適應方波激勵源能夠根據所接收的翻轉信號輸出絕對值相等極性相反的勵磁電壓。檢測控制模塊除了判斷勵磁電流是否到達閾值外，還要分析勵磁電壓或勵磁電流波形。由于可以檢測各種復雜電流的存在，并且具備高可靠性、高靈敏度的特點，其能適應目前農村電網的復雜配用電情況。

2.2 監測數據的傳輸和處理

“國網芯”智能漏電監測系統對電力系統的三級保護上主要作用于二、三級設備。二級、三級的漏電監控數據傳輸方式采用一種基于擴頻技術的無線傳輸方案“LoRa通信”，主要在全球免費頻段運行，包括433MHz、868MHz、915MHz等。

采集信號為實時的漏電流大小，環境溫度、濕度，漏電流的趨勢曲線圖。由漏電流檢測與保護裝置在檢測點檢測漏電的具體大小值，通過Lora發送模塊向Lora基站發送實時漏電數據。Lora通信基站通過蜂窩電話網GSM，與互聯網上的數據采集服務器連接，用于將監控點采集到的數據發送到數據服務器。

圖3 B型剩余電流保護工作原理

服務器通過處理上傳得到的數據，對設備狀態進行實時、全面監控。并且通過此數據繪制趨勢曲線，根據數據發展趨勢預測未來設備狀態。當系統判定存在危險時發出報警信號，通知運維搶修人員。當設備變量危及到運行安全時，完成設備的自動跳閘。“國網芯”智能漏電監測系統的數據傳輸模式如圖4所示。

圖4 數據傳輸模式

3 監測系統在農村電網中的應用

農村電網受到環境、經濟等因素的影響，在配電設備狀態和用電安全上仍存在很大的問題。農村電網地形條件復雜，具有線路長，維護周期長，地處偏僻等特點，造成農村電網維護頻次低，難度大，供電安全性和可靠性存在較大隱患。部分線纜施工不規范，并且隨使用年限的增長，容易出現絕緣損壞現象。偏遠地區樹木生長繁茂，時常觸碰裸露電線，當遇上陰雨天氣時容易導致線路產生漏電流。惡劣天氣甚至會使樹木壓垮輸電線路。

加之農村電網用電客戶少，反映問題不及時，并多采用三相四線制輸電方式，單相線路故障時影響范圍小，使得傳統漏電保護器在脫扣動作后無法及時上報，線路維護效率低下。尤其是帶電狀態的故障線路一旦掉落在地，存在極大的安全隱患。

因農村電網中家裝線路質量參差，施工工藝無固定標準，導致漏電頻發，漏電保護器跳閘頻繁。部分客戶未正確認識安全隱患，私自移除末端漏電保護裝置，因而家庭漏電流直接影響到總臺變壓器。變壓器總保護裝置頻繁脫扣，工作人員卻難以查詢到故障原因，定位故障區域。

以2019年4月11日贛州南康10kV南山二線漏電導致裝置跳閘為例。該段線路由于使用年限較長，絕緣破損嚴重；且周圍樹木生長繁茂，已觸碰線路。由于陰雨天氣導致環境濕度上升，樹木導電性能增強，致使南山二線漏電流增大。

14:33左右，安裝在南山二線配電柜的“國網芯”智能漏電監測裝置監測到漏電流已達10mA，通過手機端APP發出報警信息。僅2min后，漏電流達到20mA，保護裝置于14:35跳閘，并再次通過APP發送報警信息告知工作人員，如圖5所示。

圖5 報警界面

由于本套設備的實時監控及報警功能，電網工作人員可在第一時間得知設備故障狀態，進行搶修。工作人員趕赴現場后，排查確定是周圍樹木觸碰線路，導致漏電流過大，從而致使保護裝置脫扣，臺區失電。在修剪完導電枝干后，于16:21左右完成合閘，恢復送電。從故障發生到搶修完成僅耗時1h46min。

根據APP數據顯示，搶修完成后，漏電流大小低于1mA，設備狀態安全。“國網芯”智能漏電流監測裝置還可每30s上傳一次漏電流數據，讓工作人員實時掌握設備安全狀態，如圖6所示。

圖6 實時數據界面

對于農村電網中出現的類似問題，均可采用“國網芯”智能漏電監測系統解決。感知層采集線路剩余電流、溫度及濕度數據。這些數據通過LoRa技術上傳至服務器。系統處理傳輸得到的漏電流數據，判斷設備是否發生故障。當漏電流達到一定大小時，B型漏電保護裝置脫扣，保證故障線路斷電。并把故障設備信息，通過APP或PC端監測平臺告知運維搶修人員。

由于設備漏電流數值，環境變量信息在系統內可查，并且內置的地圖清晰注明B型剩余電流保護裝置的位置信息，極大程度上方便搶修人員作業。當設備的漏電流狀態并未達到“國網芯”B型剩余漏電流保護裝置脫扣值時，系統也會結合溫度、濕度信息，對設備的將來狀態做出預判。對于存在危險的設備，系統也會發出預警信號，以維修的方式代替搶修。運行流程如圖7所示。

圖7 系統在農村電網中的運行流程

總結

農村電網復雜的配用電環境對漏電保護裝置提出了新的要求。“國網芯”智能漏電監控裝置能夠適應復雜的農村電網負荷情況，對含直流分量的漏電流進行高靈敏度監測，必要時做出脫扣保護動作，保障居民用電安全。本套系統還能結合溫度、濕度及漏電流大小等信息，分析歷史數據變化趨勢，對設備漏電狀態提前做出預判。

此外，開發的PC端及APP應用，結合遠程通信和故障定位功能，有助于電網維護人員第一時間得知設備狀態，并做出相應決策，及早排除故障，降低配電網絡網損。這對提升居民用電可靠性，助力農村電網日常維護，降低漏電流觸電事故具有重大意義，同時也印證了本套系統在農村電網中有很好的應用推廣價值。