低压配电网漏电保护及自取能装置研发

低压配电网漏电保护及自取能装置研发

彭语婧1，何楚培1，虞雨田1，苏慧1，何俊杰1，喻欣1

(1. 湖南城市学院机械与电气工程学院，湖南  益阳  413000)

摘要：本产品基于电磁感应原理设计一种无源高灵敏度漏电监测与预警装置，旨在实现漏电流监测系统自取能与预警功能，降低复杂环境和天气对取电性能的负面影响，以及降低因漏电流引起的巡检人员触电事故的发生率，实现mA级漏电故障可靠监测、取电、准确隔离、及时预警功能。其研究成果可以直接用于漏电流监测系统，提升电力系统稳定运行能力与监测性能。

关键词：漏电监测装置；自取能；预警功能

0 引言

随着光伏发电的日益增加，光伏发电将分布在人群密集区域，当发生光伏漏电事故时，周围地表电位剧增，很大程度上增加了由于跨步电压触电造成人身安全的隐患[1]。因此，需要监测设备在光伏系统发生漏电事故时，能及时可靠地发出预警信号。然而，目前监测预警设备主要供电方法是提供外部电源，或者使用太阳能电池、采用取能线圈从地线导线取能的方式等[2]。但光伏安装数量多，且地处环境复杂，使用传统供电方式存在维护成本高、可靠性低等问题[3]。因此，对无源自启动光伏漏电流监测预警装置的设计，具有重要意义.

供电电源是监测预警装置稳定运行的关键，但由于装置所处环境的特殊性和复杂性，给供电可靠性和稳定性带来了巨大挑战[4]。为此，近年来不少学者提出了太阳能、磁场和电场感应等取电方式[5]。但太阳能取电受地域和环境影响，致使夜间无法工作和供电可靠性差[6]。

针对上述问题，开展漏电流跨步电压取电原理研究，搭建COMSOL物理场仿真模型，确定取电电极材料、形状、尺寸和安装位置，实现漏电监测装置的无源自启动，减少能耗，避免外接电源自身漏电风险。

1 产品原理与特点

原理：以漏电取能及预警装置作为导体与大地形成回路，将2个电极埋入不同的电位点，电极之间形成跨步电势Ek，根据跨步电压原理，为漏电取能及预警装置供电，实现无源自启动。

图1 取电原理图

特点：

1）实时监测：漏电监测装置能够实时监测每条输电线路的状态，及时反馈异常情况；

2）高精度监测：借助高精度传感器，漏电监测装置能够准确地采集公交站台和杆塔等公共场所输电线路内部的电参数和温度等信息；

3）取电模式创新：漏电流取能的方法，降低天气对供能可靠性的影响；

4）漏电预警创新：针对取到的mW级漏电功率，设计一种低功耗的能量存储和转化电路，供漏电信号的发送，实现发生漏电现象时的声光预警；

5）易于安装：监测装置采用模块化设计，易于安装和维护。

2 设计方案

本产品基于电磁感应原理设计一种漏电流监测系统自取能与预警装置，旨在实现漏电监测自取能与预警功能，降低复杂环境和天气对取电性能的负面影响，以及降低因漏电流引起的公共场所路过人员触电事故的发生率。其研究成果可以直接用于漏电流监测系统，提升输电线路的健康能力与监测性能。

图2设备结构方案图

图3 取能电路设计图

4 参考文献

[1]黎国扬.非隔离型光伏并网逆变器的漏电流抑制研究[D].四川：西南交通大学.2021.

[2]陶亚光，肖怀硕，林金涛，等.表层块状土壤对接地网性能的影响研究[J].高压电器，2019，55 (8): 149-156.

[3] MENENDEZ O, CHEEIN F. A.A, RODRIGUEZ J. Displacementcurrent-based energy harvesters in power grids: Topologies andperformance evaluation[J]. leee Industrial Electronics Magazine, 2021.

[4]熊兰，何友忠，宋道军，等。输变电线路在线监测设备供电电源的设计[J]. 高电压技术，2010，36(9): 2252-2257.

[5] 朱永灿，黄新波，张冠军，等．输电线路在线监测设备供电电源应用分析[J]．高压电器，2018，54(7)：231-236．

[6] QU Jialong，HE Liangxi，TANG Niang，et al. Wireless power transfer using Domino-Resonator for 110 kV power grid online monitoring equipment[J]. IEEE Transactions on Power Electronics，2020，35(11)：11380-11390.