基于微機(jī)保護(hù)模式的城市路燈照明漏電保護(hù)研究

譚卓雄

（廣州市照明建設(shè)管理中心，廣東 廣州 510000）

0 引 言

廣州地區(qū)常年潮濕多雨，容易積水，加之臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，容易導(dǎo)致路燈照明設(shè)施漏電，而傳統(tǒng)的漏電保護(hù)難以滿足廣州地區(qū)的路燈照明安全。隨著近年來(lái)路燈漏電人身傷亡事件的發(fā)生，市政路燈的安全性受到了社會(huì)各界的高度關(guān)注。

1 路燈照明系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 路燈數(shù)量多，漏電問(wèn)題亟需解決

目前，廣州市中心六區(qū)共有路燈數(shù)量約24萬(wàn)盞，覆蓋主干道、次干道及城中村道路等，覆蓋面廣，影響人口多。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(hù)，路燈運(yùn)行過(guò)程中存在人身安全隱患，亟需進(jìn)行安全升級(jí)改造[2]。

1.2 傳統(tǒng)電磁式漏電保護(hù)無(wú)法滿足路燈漏電保護(hù)需求

根據(jù)GB50054—2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]5.2.11可知，當(dāng)TN系統(tǒng)相導(dǎo)體與無(wú)等電位聯(lián)結(jié)作用的地之間發(fā)生接地故障時(shí)，為使保護(hù)導(dǎo)體和與之連接的外露可導(dǎo)電部分的對(duì)地電壓不超過(guò)50 V，其接地電阻的比值應(yīng)符合公式（1）的要求：

其中，RB為所有與系統(tǒng)接地極并聯(lián)的接地電阻；RE為相導(dǎo)體與大地之間的接地電阻。

根據(jù)GB50054—2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.12可知，當(dāng)不符合本規(guī)范式（1）的要求時(shí)，應(yīng)補(bǔ)充其他有效的間接接觸防護(hù)措施，或采用局部TT系統(tǒng)。

根據(jù)這些設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電纜絕緣層為主保護(hù)，當(dāng)絕緣層破損或老化時(shí)，必須采用間接保護(hù)，即漏電保護(hù)。廣州市照明線路大部分已經(jīng)運(yùn)行多年，絕緣老化嚴(yán)重，再加上廣州地區(qū)潮濕多雨、容易積水，導(dǎo)致傳統(tǒng)電磁式漏電保護(hù)器完全無(wú)法合閘，不得不退出運(yùn)行。因此在一段時(shí)間內(nèi)，設(shè)計(jì)沒(méi)有強(qiáng)制要求安裝漏電保護(hù)器。

根據(jù)運(yùn)維現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)，全市范圍內(nèi)的漏電線路處于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)增加中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每天持續(xù)新增1 A以上漏電電流的線路達(dá)8～10條，已經(jīng)治理過(guò)的漏電線路運(yùn)行不久后依然會(huì)再次漏電。在這種惡劣的條件下，若采用電磁式漏電保護(hù)器，必然會(huì)導(dǎo)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(shì)嚴(yán)峻，設(shè)計(jì)文件重新開(kāi)始要求必須安裝漏電保護(hù)。新建線路由于絕緣良好，安裝電磁式漏電保護(hù)器的線路，在運(yùn)行初始階段尚能正常亮燈，但運(yùn)行一段時(shí)間以后，隨著線路的老化、破損，也會(huì)出現(xiàn)無(wú)法合閘的問(wèn)題，使得漏電保護(hù)器不得不退出運(yùn)行。

盡管現(xiàn)有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定照明線路必須安裝漏電保護(hù)器，但由于電磁式漏電保護(hù)器的特性不適用于老舊的照明線路，因此在廣州市區(qū)范圍內(nèi)的照明線路均沒(méi)有安裝電磁式漏電保護(hù)器。

2 照明線路微機(jī)保護(hù)的必要性

2.1 微機(jī)型保護(hù)的成熟經(jīng)驗(yàn)

路燈380 V系統(tǒng)與10 kV電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)類似，10 kV電力系統(tǒng)的單相接地故障可與380 V的漏電故障類比。10 kV線路的微機(jī)型保護(hù)（有零序保護(hù)、過(guò)流保護(hù)模塊）已有25年成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。目前，廣州已安裝的照明線路微機(jī)保護(hù)也采用微機(jī)型保護(hù)，含有漏電保護(hù)（包括突變和幅值）、過(guò)流保護(hù)，與電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)具有相仿的功能。

2.2 微機(jī)保護(hù)裝置與傳統(tǒng)電磁式漏電保護(hù)的對(duì)比

兩者構(gòu)成部件對(duì)比如表1所示。

兩者功能對(duì)比如表2所示。

表1 微機(jī)保護(hù)裝置與傳統(tǒng)電磁式漏電保護(hù)裝置構(gòu)成部件對(duì)比

表2 微機(jī)保護(hù)裝置與傳統(tǒng)電磁式漏電保護(hù)裝置的功能對(duì)比

通過(guò)這些對(duì)比可知，微機(jī)保護(hù)裝置的部件比傳統(tǒng)漏電保護(hù)裝置的更齊全，微機(jī)保護(hù)的功能也比傳統(tǒng)漏電保護(hù)的功能更多。

2.3 照明線路微機(jī)保護(hù)優(yōu)越性分析

2.3.1 保護(hù)動(dòng)作可靠

普通漏電保護(hù)器有很大的保護(hù)盲區(qū)，在很多情況下，漏電發(fā)生后，線路上的三相合成漏電流會(huì)變小，此時(shí)普通漏電保護(hù)器不一定會(huì)保護(hù)動(dòng)作。照明線路微機(jī)保護(hù)采用基于矢量突變量的保護(hù)算法，可以將故障漏電流從正常的系統(tǒng)漏電流中完全分辨出來(lái)，從而確保可靠動(dòng)作[3]。

2.3.2 計(jì)算精度高

路燈線路本身存在正常的系統(tǒng)漏電流，通常大于100 mA，如果是普通漏電保護(hù)，定值要設(shè)定到300～500 mA，才能不經(jīng)常誤跳，而人觸電電流30 mA以上就會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，普通漏電保護(hù)無(wú)法跳閘，所以起不到保護(hù)人身安全的作用。照明線路微機(jī)保護(hù)采用高精度的漏電流采樣和計(jì)算方法，精度可以準(zhǔn)確到2 mA，并且采用矢量突變?cè)恚梢詮南到y(tǒng)漏電流中分辨出30 mA的人員觸電漏電流，并在100 ms內(nèi)斷開(kāi)，從而在根本上起到保護(hù)人身安全的作用。

2.3.3 可以躲開(kāi)瞬間啟動(dòng)電流

路燈線路末端短路時(shí)，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(hù)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(hù)器，線路會(huì)一直過(guò)流發(fā)熱，導(dǎo)致線路老化，出現(xiàn)絕緣損壞而漏電。照明線路微機(jī)保護(hù)可以根據(jù)實(shí)際額定電流躲開(kāi)瞬間啟動(dòng)電流，待路燈開(kāi)啟正常運(yùn)行后，投入2倍額定電流的過(guò)流保護(hù)，從而保護(hù)線路安全。

2.3.4 具有自動(dòng)重合閘功能

普通漏電保護(hù)沒(méi)有重合閘功能，當(dāng)發(fā)生由于雷擊等導(dǎo)致的誤跳時(shí)，不能及時(shí)恢復(fù)供電，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間滅燈，照明線路微機(jī)保護(hù)具有自動(dòng)重合閘功能，如果發(fā)生誤跳，能夠自動(dòng)重合，保證正常亮燈。

2.3.5 具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能

普通漏電保護(hù)通常沒(méi)有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能，后臺(tái)無(wú)法獲得現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和狀態(tài)，照明線路微機(jī)保護(hù)具有現(xiàn)場(chǎng)通信接口，可以與后臺(tái)通信，實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備的四遙控制，遙測(cè)，可以遠(yuǎn)程測(cè)量線路電壓、電流、漏電流等信息；遙控可以遠(yuǎn)程進(jìn)行合閘、分閘操作；遙信可以采集開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息；遙設(shè)，遠(yuǎn)程靈活設(shè)定保護(hù)定值。

2.3.6 可錄取跳閘瞬間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

普通漏電保護(hù)沒(méi)有跳閘錄波數(shù)據(jù)，無(wú)法分析故障原因。照明線路微機(jī)保護(hù)可以錄取跳閘瞬間的電氣實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并上傳到后臺(tái)，進(jìn)行故障分析，可采取相應(yīng)措施，避免再次出現(xiàn)同類故障。

2.3.7 可構(gòu)建一體化綜合系統(tǒng)

照明線路微機(jī)保護(hù)結(jié)合后臺(tái)系統(tǒng)，可以構(gòu)建一套完整的城市照明漏電、監(jiān)控及管理一體化綜合系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)級(jí)的應(yīng)用，管理城市配電安全，通過(guò)數(shù)據(jù)積累，還可以提升線路、變壓器及燈具等設(shè)備的養(yǎng)護(hù)方案。

3 微機(jī)保護(hù)可實(shí)現(xiàn)功能

3.1 保護(hù)功能

微機(jī)保護(hù)能起到漏電流幅值保護(hù)和漏電流突變保護(hù)作用。

3.2 測(cè)量功能

微機(jī)保護(hù)能測(cè)量線路漏電流和三相電壓，其中線路漏電流測(cè)量精度達(dá)到5%，三相電壓測(cè)量精度達(dá)到2%。

3.3 監(jiān)視功能

微機(jī)保護(hù)能通過(guò)監(jiān)視斷路器位置觸點(diǎn)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)分合閘狀態(tài)的監(jiān)視。

3.4 控制功能

裝置提供了2個(gè)輸出繼電器，用于控制斷路器電操機(jī)構(gòu)合閘、分閘。

3.5 重合閘功能

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

3.7 人機(jī)接口

交流線路漏電保護(hù)控制器的人機(jī)接口需完全符合人機(jī)工程設(shè)計(jì)要求。

3.8 通信功能

交流線路漏電保護(hù)控制器作為配電保護(hù)的基礎(chǔ)設(shè)備，具有可靠的通信功能。

4 結(jié) 論

為保障人民群眾的財(cái)產(chǎn)與生命安全，選用安全可靠性高、已有成熟運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的照明線路微機(jī)保護(hù)是必要且必須的。通過(guò)改造后就地模擬人身觸電試驗(yàn)，證明該保護(hù)能快速切斷電源。該批照明線路微機(jī)保護(hù)有一年半運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)證明其具有可靠性和有效性，可極大地提高安全風(fēng)險(xiǎn)管控能力，既保障安全，又滿足亮燈率的要求。