浅析基于微机保护模式的城市路灯照明漏电保护研究与选型
2021-08-19 08:50:49 来源：安科瑞王蒙蒙
摘要：路灯照明设施作为城市重要的公共设施，在为市民提供照明便捷的同时，也要为市民的出行提供安全保障。一个完善的、合理的漏电保护系统，是路灯照明系统安全正常运行的必不可少的条件。以广州市目前路灯照明漏电保护技术改造实践为例，探讨基于微机保护的城市路灯照明漏电保护。
关键词：路灯照明；漏电保护；微机保护；在线监测；路灯安全用电
0引言
广州地区常年潮湿多雨，容易积水，加之台风频发，容易导致路灯照明设施漏电，而传统的漏电保护难以满足广州地区的路灯照明安全。随着近年来路灯漏电人身伤亡事件的发生，市政路灯的安全性受到了社会各界的高度关注。
1路灯照明系统现状
1.1路灯数量多，漏电问题亟需解决
目前，广州市六区共有路灯数量约24万盏，覆盖主干道、次干道及城中村道路等，覆盖面广，影响人口多。除近两年新建的路灯外，由于历史原因，原有的绝大部分路灯均未安装线路漏电保护，路灯运行过程中存在人身安全隐患，亟需进行安全升级改造。
1.2传统电磁式漏电保护无法满足路灯漏电保护需求
根据GB50054—2011《低压配电设计规范》[1]5.2.11可知，当TN系统相导体与无等电位联结作用的地之间发生接地故障时，为使保护导体和与之连接的外露可导电部分的对地电压不超过50V，其接地电阻的比值应符合公式（1）的要求：
其中，RB为所有与系统接地及并联的接地电阻；RE为相导体与大地之间的接地电阻。
根据GB50054—2011《低压配电设计规范》5.2.12可知，当不符合本规范式（1）的要求时，应补充其他的间接接触防护措施，或采用局部TT系统。
根据这些设计标准规定，电缆绝缘层为主保护，当绝缘层破损或老化时，采用间接保护，即漏电保护。广州市照明线路大部分已经运行多年，绝缘老化严重，再加上广州地区潮湿多雨、容易积水，导致传统电磁式漏电保护器完全无法合闸，不得不退出运行。因此在一段时间内，设计没有强制要求安装漏电保护器。
根据运维现状统计，全市范围内的漏电线路处于实时动态增加中。据统计，每天持续新增1A以上漏电电流的线路达8～10条，已经治理过的漏电线路运行不久后依然会再次漏电。在这种恶劣的条件下，若采用电磁式漏电保护器，必然会导致全市范围大面积跳闸熄灯。
近两年，由于涉电公共安全的形势严峻，设计文件重新开始要求安装漏电保护。新建线路由于绝缘良好，安装电磁式漏电保护器的线路，在运行初始阶段尚能正常亮灯，但运行一段时间以后，随着线路的老化、破损，也会出现无法合闸的问题，使得漏电保护器不得不退出运行。
尽管现有设计标准规定照明线路安装漏电保护器，但由于电磁式漏电保护器的特性不适用于老旧的照明线路，因此在广州市区范围内的照明线路均没有安装电磁式漏电保护器。
2 照明线路微机保护的必要性
2.1 微机型保护的成熟经验
路灯380V系统与10kV电压等级的电力系统类似，10kV电力系统的单相接地故障可与380V的漏电故障类比。10kV线路的微机型保护（有零序保护、过流保护模块）已有25年成熟的运行经验。目前，广州已安装的照明线路微机保护也采用微机型保护，含有漏电保护（包括突变和幅值）、过流保护，与电力系统微机保护具有相仿的功能。
2.2 微机保护装置与传统电磁式漏电保护的对比
两者构成部件对比如图1所示。
图1微机保护装置与传统电磁式漏电保护装置构成部件对比
两者功能对比如图2所示。
图2微机保护装置与传统电磁式漏电保护装置的功能对比
通过这些对比可知，微机保护装置的部件比传统漏电保护装置的更齐全，微机保护的功能也比传统漏电保护的功能更多。
2.3 照明线路微机保护优越性分析
2.3.1 保护动作可靠
普通漏电保护器有很大的保护盲区，在很多情况下，漏电发生后，线路上的三相合成漏电流会变小，此时普通漏电保护器不一定会保护动作。照明线路微机保护采用基于矢量突变量的保护算法，可以将故障漏电流从正常的系统漏电流中完全分辨出来，从而确保可靠动作。
2.3.2 计算精度高
路灯线路本身存在正常的系统漏电流，通常大于100mA，如果是普通漏电保护，定值要设定到300～500mA，才能不经常误跳，而人触电电流30mA以上就会发生危险，普通漏电保护无法跳闸，所以起不到保护人身安全的作用。照明线路微机保护采用高精度的漏电流采样和计算方法，精度可以准确到2mA，并且采用矢量突变原理，可以从系统漏电流中分辨出30mA的人员触电漏电流，并在100ms内断开，从而在根本上起到保护人身安全的作用。
2.3.3可以躲开瞬间启动电流
路灯线路末端短路时，短路电流通常只有额定电流的2～3倍，普通C型脱扣曲线的短路保护器通常要到10倍以上额定电流才能跳闸，因此如果采用普通短路保护器，线路会一直过流发热，导致线路老化，出现绝缘损坏而漏电。照明线路微机保护可以根据实际额定电流躲开瞬间启动电流，待路灯开启正常运行后，投入2倍额定电流的过流保护，从而保护线路安全。
2.3.4具有自动重合闸功能
普通漏电保护没有重合闸功能，当发生由于雷击等导致的误跳时，不能及时恢复供电，导致长时间灭灯，照明线路微机保护具有自动重合闸功能，如果发生误跳，能够自动重合，保证正常亮灯。
2.3.5具有数据远传功能
普通漏电保护通常没有数据远传功能，后台无法获得现场数据和状态，照明线路微机保护具有现场通信接口，可以与后台通信，实现保护设备的四遥控制，遥测，可以远程测量线路电压、电流、漏电流等信息；遥控可以远程进行合闸、分闸操作；遥信可以采集开关状态信息；遥设，远程灵活设定保护定值。
2.3.6可录取跳闸瞬间实时数据
普通漏电保护没有跳闸录波数据，无法分析故障原因。照明线路微机保护可以录取跳闸瞬间的电气实时数据，并上传到后台，进行故障分析，可采取相应措施，避免再次出现同类故障。
2.3.7可构建综合系统
照明线路微机保护结合后台系统，可以构建一套完整的城市照明漏电、监控及管理综合系统，通过系统级的应用，管理城市配电安全，通过数据积累，还可以提升线路、变压器及灯具等设备的养护方案。
3微机保护可实现功能
3.1保护功能
微机保护能起到漏电流幅值保护和漏电流突变保护作用。
3.2测量功能
微机保护能测量线路漏电流和三相电压，其中线路漏电流测量精度达到5%，三相电压测量精度达到2%。
3.3监视功能
微机保护能通过监视断路器位置触点信号来实现对分合闸状态的监视。
3.4 控制功能
装置提供了2个输出继电器，用于控制断路器电操机构合闸、分闸。
3.5重合闸功能
交流线路漏电保护控制器需具有三次重合闸功能。
3.6事件记录
交流线路漏电保护控制器支持保护事件记录功能，可在线记录保护事件10条，掉电不丢失，便于故障原因分析和诊断。
3.7人机接口
交流线路漏电保护控制器的人机接口需完全符合人机工程设计要求。
3.8通信功能
交流线路漏电保护控制器作为配电保护的基础设备，具有可靠的通信功能。
4安科瑞路灯安全用电平台介绍
4.1平台架构
对路灯控制箱进行监测，通过监测路灯线路的电流和电压值来判断路灯的工作情况
直接接入ARCM310仪表，监控每个路灯的电压、电流等电参量进行预警和报警，也可设置定时通断时间并远程控制路灯通断
4.2平台介绍
安科瑞路灯安全用电监测预警系统通过物联网技术对安装在城市各区域路灯的用电状态进行不间断地数据监测。安全用电通过监测路灯线路的电流和电压值来判断路灯的工作情况，任何不正常的工作状态，平台都能进行监测和预警，预警信息通过手机APP推送，短信，语音电话和邮件等，时间到达责任人的身边，提醒运行人员接触器跳闸，电源失压等等。平台也可以设置开合闸时间，每天定时控制路灯控制器的启动和关闭。
1.监测路灯的开闭，使用时长，非工作时间开启，或开启时间过短，则进行预警；
2.监测路灯的电流电压工作状态，可以分级设置预警值和报警值，当超出阈值范围时进行预警和报警，
3.判断路灯功率和线路损耗，当电流超出阈值范围时进行预警；
4.可以设置路灯的异常个数，超出异常个数进行预警通知；
5.对路灯回路的漏电流和导线温度进行监测，如果漏电过大，线缆温度过高则进行预警或报警；
6.可以设置开合闸时间，定时对路灯控制器进行操作，触发频率可以设置成一次或者每天。
7.多种开关灯执行方案设定，可设置普通（平时）方案、周末方案、节（假）日方案、临时方案，并可设定方案执行的方式和优先级；
8.自动开关灯管理可选择定时模式、按季节变化的日出日落自动跟随模式、光照度辅助开关灯模式；
9.能够自动进行亮灯率计算，形成亮灯率报表首页
消息提醒显示需要处理的任务及报警消息
隐患统计以曲线图的方式展示当月隐患数量
地图显示相关点位
监控模块提供数据监控监控功能，包含大数据调度和统计。
地图显示
设备监控可以按监控设备识别号、项目筛选，显示设备识别号、设备详情、设备实时数据点击“设备”后进入设备实时数据页面。可查看历史曲线，巡检记录，报警信息，控制日志和、视频监控
隐患管理包括隐患巡查、隐患派发、隐患处理、隐患分析
运维管理
能耗分析
4.3产品选型介绍
智慧用电在线监控装置是针对0.4kV以下的TT、TN系统设计的智能电力装置，具有单、三相交流电测量、四象限电能计量、谐波分析、遥信输入、遥信输出功能，以及RS485通讯或GPRS无线通讯功能，通过对配电回路的剩余电流、导线温度等火灾危险参数实施监控和管理。4.4功能介绍
应用：用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、国家消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等
ARCM310功能：ARCM310智慧用电在线监控装置（以下简称装置）是针对0.4kV以下的TT、TN系统设计的智能电力装置，具有单相交流电测量、漏电监测、温度监测、内控开合闸以及RS485通讯或GPRS无线通讯功能，通过对配电回路的剩余电流、导线温度等火灾危险参数实施监控和管理。
装置采用先进的微控制器技术，集成度高，体积小巧，安装方便，集智能化，数字化，网络化于一身，是建筑监控装置预防监控、系统绝缘老化预估等的理想选择。作为一种先进的智能化、数字化的采集元件，该装置已广泛应用于学校、医院、商场、银行、古建筑等众多场所。
ARCM310图片
AF-GSM400-4G功能：AF-GSM是安科瑞电气推出的新型的4G远程无线数据采集设备，采用嵌入式设计，内嵌TCP/IP协议栈，同时采用了功能强大的微处理芯片，配合内置看门狗，性能可靠稳定。
本产品提供标准RS485数据接口，可以方便的连接RTU、PLC、工控机等设备，仅需一次性完成初始化配置，就可以完成对MODBUS设备的数据采集，并且与安科瑞服务器进行通讯，
AF-GSM400-4G图片
4.5用户体验
4.6现场安装
5结论
为保障人民群众的财产与生命安全，选用安全可靠性高、已有成熟运行经验的照明线路微机保护是必要且的。通过改造后就地模拟人身触电试验，证明该保护能快速切断电源。该批照明线路微机保护有一年半运行和维护经验证明其具有可靠性和性，可地提高安全风险管控能力，既保障安全，又满足亮灯率的要求。
【参考文献】
[1]谭卓雄.基于微机保护模式的城市路灯照明漏电保护研究
[2]中华人民共和国住房与城乡建设部 .GB50054—2011 低压配电设计规范 [S]. 北京：中国计划出版社，2011.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版
作者简介：王蒙蒙，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事安全用电研究发展，
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