淺析基于微機保護模式的城市路燈照明漏電保護研究與選型

侯文莉

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：路燈照明設施作為城市重要的公共設施，在為市民提供照明便捷的同時，也要為市民的出行提供安全保障。一個完善的、合理的漏電保護系統，是路燈照明系統安全正常運行的的條件。以廣州市目前路燈照明漏電保護技術改造實踐為例，探討基于微機保護的城市路燈照明漏電保護。

關鍵詞：路燈照明；漏電保護；微機保護；在線監測；路燈安全用電

0引言

廣州地區常年潮濕多雨，容易積水，加之臺風頻發，容易導致路燈照明設施漏電，而傳統的漏電保護難以滿足廣州地區的路燈照明安全。隨著近年來路燈漏電人身傷亡事件的發生，市政路燈的安全性受到了社會各界的高度關注。

1路燈照明系統現狀

1.1路燈數量多，漏電問題亟需解決

目前，廣州市六區共有路燈數量約24萬盞，覆蓋主干道、次干道及城中村道路等，覆蓋面廣，影響。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路漏電保護，路燈運行過程中存在人身安全隱患，亟需進行安全升級改造。

1.2傳統電磁式漏電保護無法滿足路燈漏電保護需求

根據GB50054—2011《低壓配電設計規范》[1]5.2.11可知，當TN系統相導體與無等電位聯結作用的地之間發生接地故障時，為使保護導體和與之連接的外露可導電部分的對地電壓不超過50V，其接地電阻的比值應符合公式（1）的要求：

其中，R_B為所有與系統接地及并聯的接地電阻；R_E為相導體與大地之間的接地電阻。

根據GB50054—2011《低壓配電設計規范》5.2.12可知，當不符合本規范式（1）的要求時，應補充其他的間接接觸防護措施，或采用局部TT系統。

根據這些設計標準規定，電纜絕緣層為主保護，當絕緣層破損或老化時，采用間接保護，即漏電保護。廣州市照明線路大部分已經運行多年，絕緣老化嚴重，再加上廣州地區潮濕多雨、容易積水，導致傳統電磁式漏電保護器*無法合閘，不得不退出運行。因此在一段時間內，設計沒有強制要求安裝漏電保護器。

根據運維現狀統計，全市范圍內的漏電線路處于實時動態增加中。據統計，每天持續新增1A以上漏電電流的線路達8～10條，已經治理過的漏電線路運行不久后依然會再次漏電。在這種惡劣的條件下，若采用電磁式漏電保護器，必然會導致全市范圍大面積跳閘熄燈。

近兩年，由于涉電公共安全的形勢嚴峻，設計文件重新開始要求安裝漏電保護。新建線路由于絕緣良好，安裝電磁式漏電保護器的線路，在運行初始階段尚能正常亮燈，但運行一段時間以后，隨著線路的老化、破損，也會出現無法合閘的問題，使得漏電保護器不得不退出運行。

盡管現有設計標準規定照明線路安裝漏電保護器，但由于電磁式漏電保護器的特性不適用于老舊的照明線路，因此在廣州市區范圍內的照明線路均沒有安裝電磁式漏電保護器。

2　照明線路微機保護的必要性

2.1　微機型保護的成熟經驗

路燈380V系統與10kV電壓等級的電力系統類似，10kV電力系統的單相接地故障可與380V的漏電故障類比。10kV線路的微機型保護（有零序保護、過流保護模塊）已有25年成熟的運行經驗。目前，廣州已安裝的照明線路微機保護也采用微機型保護，含有漏電保護（包括突變和幅值）、過流保護，與電力系統微機保護具有相仿的功能。

2.2　微機保護裝置與傳統電磁式漏電保護的對比

兩者構成部件對比如圖1所示。

圖1微機保護裝置與傳統電磁式漏電保護裝置構成部件對比

兩者功能對比如圖2所示。

圖2微機保護裝置與傳統電磁式漏電保護裝置的功能對比

通過這些對比可知，微機保護裝置的部件比傳統漏電保護裝置的更齊全，微機保護的功能也比傳統漏電保護的功能更多。

2.3　照明線路微機保護*性分析

2.3.1　保護動作可靠

普通漏電保護器有很大的保護盲區，在很多情況下，漏電發生后，線路上的三相合成漏電流會變小，此時普通漏電保護器不一定會保護動作。照明線路微機保護采用基于矢量突變量的保護算法，可以將故障漏電流從正常的系統漏電流中*分辨出來，從而確保可靠動作。

2.3.2　計算精度高

路燈線路本身存在正常的系統漏電流，通常大于100mA，如果是普通漏電保護，定值要設定到300～500mA，才能不經常誤跳，而人觸電電流30mA以上就會發生危險，普通漏電保護無法跳閘，所以起不到保護人身安全的作用。照明線路微機保護采用高精度的漏電流采樣和計算方法，精度可以準確到2mA，并且采用矢量突變原理，可以從系統漏電流中分辨出30mA的人員觸電漏電流，并在100ms內斷開，從而在根本上起到保護人身安全的作用。

2.3.3可以躲開瞬間啟動電流

路燈線路末端短路時，短路電流通常只有額定電流的2～3倍，普通C型脫扣曲線的短路保護器通常要到10倍以上額定電流才能跳閘，因此如果采用普通短路保護器，線路會一直過流發熱，導致線路老化，出現絕緣損壞而漏電。照明線路微機保護可以根據實際額定電流躲開瞬間啟動電流，待路燈開啟正常運行后，投入2倍額定電流的過流保護，從而保護線路安全。

2.3.4具有自動重合閘功能

普通漏電保護沒有重合閘功能，當發生由于雷擊等導致的誤跳時，不能及時恢復供電，導致長時間滅燈，照明線路微機保護具有自動重合閘功能，如果發生誤跳，能夠自動重合，保證正常亮燈。

2.3.5具有數據遠傳功能

普通漏電保護通常沒有數據遠傳功能，后臺無法獲得現場數據和狀態，照明線路微機保護具有現場通信接口，可以與后臺通信，實現保護設備的四遙控制，遙測，可以遠程測量線路電壓、電流、漏電流等信息；遙控可以遠程進行合閘、分閘操作；遙信可以采集開關狀態信息；遙設，遠程靈活設定保護定值。

2.3.6可錄取跳閘瞬間實時數據

普通漏電保護沒有跳閘錄波數據，無法分析故障原因。照明線路微機保護可以錄取跳閘瞬間的電氣實時數據，并上傳到后臺，進行故障分析，可采取相應措施，避免再次出現同類故障。

2.3.7可構建綜合系統

照明線路微機保護結合后臺系統，可以構建一套完整的城市照明漏電、監控及管理綜合系統，通過系統級的應用，管理城市配電安全，通過數據積累，還可以提升線路、變壓器及燈具等設備的養護方案。

3微機保護可實現功能

3.1保護功能

微機保護能起到漏電流幅值保護和漏電流突變保護作用。

3.2測量功能

微機保護能測量線路漏電流和三相電壓，其中線路漏電流測量精度達到5%，三相電壓測量精度達到2%。

3.3監視功能

微機保護能通過監視斷路器位置觸點信號來實現對分合閘狀態的監視。

3.4　控制功能

裝置提供了2個輸出繼電器，用于控制斷路器電操機構合閘、分閘。

3.5重合閘功能

交流線路漏電保護控制器需具有三次重合閘功能。

3.6事件記錄

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

3.7人機

交流線路漏電保護控制器的人機需*符合人機工程設計要求。

3.8通信功能

交流線路漏電保護控制器作為配電保護的基礎設備，具有可靠的通信功能。

4安科瑞路燈安全用電平臺介紹

4.1平臺架構

對路燈控制箱進行監測，通過監測路燈線路的電流和電壓值來判斷路燈的工作情況

直接接入ARCM310儀表，監控每個路燈的電壓、電流等電參量進行預警和報警，也可設置定時通斷時間并遠程控制路燈通斷

4.2平臺介紹

安科瑞路燈安全用電監測預警系統通過物聯網技術對安裝在城市各區域路燈的用電狀態進行不間斷地數據監測。安全用電通過監測路燈線路的電流和電壓值來判斷路燈的工作情況，任何不正常的工作狀態，平臺都能進行監測和預警，預警信息通過手機APP推送，短信，語音電話和郵件等，時間到達責任人的身邊，提醒運行人員接觸器跳閘，電源失壓等等。平臺也可以設置開合閘時間，每天定時控制路燈控制器的啟動和關閉。

1.監測路燈的開閉，使用時長，非工作時間開啟，或開啟時間過短，則進行預警；

2.監測路燈的電流電壓工作狀態，可以分級設置預警值和報警值，當超出閾值范圍時進行預警和報警，

3.判斷路燈功率和線路損耗，當電流超出閾值范圍時進行預警；

4.可以設置路燈的異常個數，超出異常個數進行預警通知；

5.對路燈回路的漏電流和導線溫度進行監測，如果漏電過大，線纜溫度過高則進行預警或報警；

6.可以設置開合閘時間，定時對路燈控制器進行操作，觸發頻率可以設置成一次或者每天。

7.多種開關燈執行方案設定，可設置普通（平時）方案、周末方案、節（假）日方案、臨時方案，并可設定方案執行的方式和優先級；

8.自動開關燈管理可選擇定時模式、按季節變化的日出日落自動跟隨模式、光照度輔助開關燈模式；

9.能夠自動進行亮燈率計算，形成亮燈率報表首頁

消息提醒顯示需要處理的任務及報警消息

隱患統計以曲線圖的方式展示當月隱患數量

地圖顯示相關點位

監控模塊提供數據監控監控功能，包含大數據調度和統計。

地圖顯示

設備監控可以按監控設備識別號、項目篩選，顯示設備識別號、設備詳情、設備實時數據點擊“設備"后進入設備實時數據頁面。可查看歷史曲線，巡檢記錄，報警信息，控制日志和、視頻監控

隱患管理包括隱患巡查、隱患派發、隱患處理、隱患分析

運維管理

能耗分析

4.3產品選型介紹

智慧用電在線監控裝置是針對0.4kV以下的TT、TN系統設計的智能電力裝置，具有單、三相交流電測量、四象限電能計量、諧波分析、遙信輸入、遙信輸出功能，以及RS485通訊或GPRS無線通訊功能，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度等火災危險參數實施監控和管理。4.4功能介紹

應用：用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、國家消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等

ARCM310功能：ARCM310智慧用電在線監控裝置（以下簡稱裝置）是針對0.4kV以下的TT、TN系統設計的智能電力裝置，具有單相交流電測量、漏電監測、溫度監測、內控開合閘以及RS485通訊或GPRS無線通訊功能，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度等火災危險參數實施監控和管理。

裝置采用先進的微控制器技術，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數字化，網絡化于一身，是建筑監控裝置預防監控、系統絕緣老化預估等的理想選擇。作為一種先進的智能化、數字化的采集元件，該裝置已廣泛應用于學校、醫院、商場、銀行、古建筑等眾多場所。

ARCM310圖片

AF-GSM400-4G功能：AF-GSM是安科瑞電氣推出的新型的4G遠程無線數據采集設備，采用嵌入式設計，內嵌TCP/IP協議棧，同時采用了功能強大的微處理芯片，配合內置看門狗，性能可靠穩定。

本產品提供標準RS485數據，可以方便的連接RTU、PLC、工控機等設備，僅需一次性完成初始化配置，就可以完成對MODBUS設備的數據采集，并且與安科瑞服務器進行通訊，

AF-GSM400-4G圖片

4.5用戶體驗

4.6現場安裝

5結論

為保障人民群眾的財產與生命安全，選用安全可靠性高、已有成熟運行經驗的照明線路微機保護是必要且的。通過改造后就地模擬人身觸電試驗，證明該保護能快速切斷電源。該批照明線路微機保護有一年半運行和維護經驗證明其具有可靠性和性，可地提高安全風險管控能力，既保障安全，又滿足亮燈率的要求。

【參考文獻】

[1]譚卓雄.基于微機保護模式的城市路燈照明漏電保護研究

[2]中華人民共和國住房與城鄉建設部 .GB50054—2011 低壓配電設計規范 [S]. 北京：中國計劃出版社，2011.

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2020.06版

作者簡介：侯文莉，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事安全用電研究發展，