摘要：针对变电站400V交流系统频繁发生剩余电流保护器跳闸的问题，本研究设计了一套智能化的分布式剩余电流监测系统。该系统利用CT传感器采集400V系统各负载端的剩余电流数据，经过运算处理后，将信息传递给交流绝缘监测装置。随后，交流绝缘监测装置将数据传输至智能微机监控模块。智能微机监控模块允许为每个监测点设置特定的保护阈值，一旦电流超过设定的阈值，系统将触发声光报警，从而为变电站400V交流系统的剩余电流监测提供了一个可靠的参考依据。
0 引言
变电站交流系统为一次监测和二次保护设备供电，对电力系统安全至关重要。剩余电流是其主要安全隐患，可能导致系统异常。目前，使用剩余电流动作保护器预防过大的剩余电流，但其误操作会影响供电可靠性。技术人员通常需手动排查故障，过程繁琐且易出错。因此，开发智能化监测系统实时监控剩余电流，对确保变电站安全稳定运行具有重大意义。例如，国网浙江建德市供电公司为400V交流系统设计了智能化剩余电流监测系统，实时传输数据至监控主机，并在风险出现时进行保护和报警，有效提升供电可靠性。+fantasy_city2016
1低压电网剩余电流产生的原因分析
剩余电流，亦称漏电流，指的是在低压交流系统中，各相电流矢量之和[5]。在标准供电条件下，以单相电为例，相线流入的电流与中性线流出的电流应当是等量且矢量和为零的。但是，当导电体通过用电设备与相线接触时，部分电流会绕过用电设备直接流入大地，造成相线电流与中性线电流不匹配，并产生剩余电流。剩余电流产生的主要原因包括以下几点。
1）输电线路老化
老化后的输电线路可能会引起绝缘层的损坏，导致相线与导体、潮湿的空气或地面等接触，从而产生漏电流。
2）输电线路安装不规范
不规范的输电线路安装可能会引起导线与其它金属导体、潮湿空气或地面之间产生不期望的剩余电流。+fantasy_city2016
3）用电设备内部存在质量隐患
当电气设备内部的元件存在质量问题或因长期使用而老化，导致设备内部绝缘性能下降时，可能会通过外壳或水等导电介质与地面形成短路，从而产生剩余电流。
4）操作人员无意识形成产生剩余电流
操作人员在无意识的情况下接触到用电设备的金属外壳，或在电气维修过程中因工具摆放不当而触碰到相线，都可能导致剩余电流的产生。
2. 400V交流智能剩余电流监测系统的设计
2.1系统结构
本文描述的400V交流智能剩余电流监测系统的总体结构如图1所示。图中展示了在线监测IED子系统通过RS485串口与CT传感器和采集终端相连，负责测量不同位置的交流电流。测量完成后，数据将传输至站端监控系统，并进一步发送至主站系统，由主站系统执行响应和决策过程。
图1 总体结构示意图
2.2硬件系统设计
本文介绍的400V交流智能剩余电流监测系统采用分布式设计，其原理图如图2所示。分布式采集终端位于400V母线段与负载端之间，利用CT传感器采集系统各节点的剩余电流信号。这些信号经过数据处理后，传输至交流绝缘监测装置，并最终送至智能微机监控模块。该模块允许设置保护阈值，一旦电流超出阈值，系统将发出声光报警，提示技术人员进行检查处理。+fantasy_city2016
图2 剩余电流监控原理示意图
剩余电流有效值采集电路如图3所示，主要由运放DPA604、运放OP27、芯片AD637JRZ和芯片ADS1286组成。AD637芯片基于波峰因数补偿方案，能计算任意波形均方值，误差小于1%。ADS1286是一款低功耗的12位模数转换器，能实现差分输入和采样保持功能，仅需250μA电流。在图3中，输入信号首先被运放DPA604放大，然后由AD637测量均方值，再经运放OP27放大，最后通过ADS1286芯片采样和保持，得到剩余电流值。ADS1286的高精度和低功耗特性解决了频繁更换电池的问题。
图3 数据有效值采集电路
2.3软件系统设计
本软件系统的设计采用了Java语言进行开发，并利用Oracle数据库来存储和管理节点数据。软件系统的功能模块构成如表1所示，主要包括数据监测、实时监控、运行管理和控制面板四个部分。
1）数据监测
数据监测模块主要负责每隔5分钟对变电站400V交流系统的运行状态参数进行监测，包括系统的实时电压/电流值、剩余电流、实时漏电压和漏电流，并实时监控系统中设备的运行状态。
2）实时监控
实时监控模块负责远程试跳、分合闸操作、线路异常警报和总保复位。远程试跳可手动或定时执行。远程分合闸允许远程操作总保，解决突发停电问题，可即时或预约操作。线路异常警报实时通知主站异常位置，便于及时处理。总保复位功能在保护器故障时恢复其正常运行。
3）运行管理
运行管理模块负责设备校对、短信通知、试跳定时设定和剩余电流警报等关键功能。设备校对确保电力设备定时校准，保障其可靠运行。短信通知实时传送异常警报至运维人员，以便及时处理。试跳定时设定保证保护器每30天试跳一次，运维人员可自设试跳时间。
4）控制面板
控制面板用于查询系统信息和记录检索。跳闸记录查询功能记录保护器跳闸时的参数，如时间、电压、电流和剩余电流，帮助分析原因。漏电记录查询记录超过门限的剩余电流，并提供查询权限。剩余电流查询记录电流值并绘制曲线，供分析。设备运行记录查询记录关键设备状态，供运维人员分析+fantasy_city2016
3. 400V交流智能剩余电流监测系统的应用效果
本文所述的400V交流智能剩余电流监测系统已在国网浙江建德市供电公司的多个变电站进行了测试应用。
3.1故障定位测试
经测试，在新安江变电站、更楼变电站和下涯变电站发生剩余电流故障时，系统均能精确定位，便于技术人员迅速定位和维修，有效减少了跳闸时间。
3.2剩余电流采集误差测试
在新安江变电站、更楼变电站和下涯变电站发生剩余电流故障时，对一次侧加载的剩余电流值和监测系统显示值的记录如表2所示。测试结果表明，相较于一次侧加载的剩余电流值，监测系统显示的值具有更高的精度，测试误差均小于1.5%，能够满足剩余电流保护的要求。
4.安科瑞Acrel-2000A/L绝缘监测及故障定位系统
4.1功能介绍
Acrel-2000L/A绝缘监测系统设备采用壁挂式安装方式，便于安装于墙壁上。该系统通过通讯总线采集现场绝缘监测仪的监测数据，实现远程故障报警等功能。具体功能包括：+fantasy_city2016
回路监测
Acrel-2000L/A绝缘监测系统设备通电并进入工作状态后，默认显示“回路监测”界面，在此界面上可以查看现场的一次系统图和详细的数据信息。
参数设置
参数设置要求用户点击“用户登录”，其中默认的用户名为admin，初始登录密码为0001。用户可通过登录界面更改密码。
此界面允许用户设置并修改系统时间。若主界面显示的时间有误，用户可在登录后进行时间更改，并在完成后点击保存以确认修改。
登录后，系统将展示当前用户的名称。此时，用户可点击“参数设置”按钮进入参数设置界面，在此可以单独调整每个回路绝缘监测仪的预警值和告警值。当绝缘阻值测量结果超出预设阈值时，触摸屏将显示告警信息，并且蜂鸣器会发出警报声。参数调整完成后，用户需点击“设置”按钮以保存绝缘监测仪的设定值。
报警信息
点击报警记录按钮，即可进入报警记录界面，该界面将展示告警发生的具体情况。当仪表触发报警时，主界面将显示报警信息，并伴有蜂鸣器的鸣叫声，同时此界面会提供报警提示。一旦报警被处理，蜂鸣器将停止鸣叫。
曲线查看
点击曲线查询按钮后，您将进入“曲线查看”界面，在这里，每个页面展示4条曲线，这些曲线会根据现场实际情况动态显示。系统每小时记录一次温度数据，并能够保存长达30天的历史记录。您还可以根据需要在屏幕上自行调整具体的曲线显示要求。
4.2产品选型
5结束语
本文介绍的400V交流智能剩余电流监测系统，通过实时监控剩余电流的波动，并将这些数据传输至监控主机。在检测到用户端存在潜在风险时，系统能够及时提供保护和发出警报。该系统不仅能够有效限制断电的范围，从而提升变电站供电服务的可靠性，还能在剩余电流超出安全阈值时减少对人力和物力的依赖，进而降低电力公司的运营成本。+fantasy_city2016
参考文献
[1]陈长根，王建伟，殳菊明.剩余电流动作保护器远程智能监测系统的设计和实现[C]//浙江省电力学会2012年年会优秀论文集，2012：51-58.
[2]李铭，黄申茂.一种具有剩余电流实时监测功能的新型智能电能表设计方案[J].电力需求侧管理，2015，17（5）：54-57.
[3]刘炬，廖玄，罗皓文，等.变电站站用交流电源典型配置及剩余电流保护问题研究[J].东北电力技术，2022，43（7）：16-19.
[4]伍丹.基于短距无线通信的农网用户剩余电流在线监测技术研究及应用[D].南京：东南大学，2016
[5]钮月峰,程 鹏,周晗越.400 V交流智能剩余电流监测系统设计与应用
[6]安科瑞企业微电网设计应用手册.2020.06版.
