低壓漏保遠程自動測試裝置的研究與應用

摘 要：隨著智能電網的普及，漏電保護開關成為用戶端電力安全防護的重要裝置，其功能的正常與否直接影響到用戶的用電安全。傳統的漏電保護開關檢查方式需依靠人工定期巡視，耗時費力且容易出現遺漏。為此，研制了一種低壓漏電保護開關遠程自動化測試裝置，該裝置不僅能夠實現遠程監控與自動化測試功能，還有效提升了巡視效率。

關鍵詞：漏電保護開關；自動檢測；遠程測試裝置

中圖分類號：TM564.8" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）06-0020-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.06.005

0" " 引言

漏電保護開關（簡稱“漏保”）是低壓配電系統中的關鍵元件，廣泛應用于家用、工業和商用電力系統中，以防范電路故障導致的電擊、火災等安全事故。漏保的工作原理是實時檢測電路中的漏電流，一旦其超過預定的安全值，立即切斷電源，從而避免危險。隨著電力網絡的逐漸復雜化和電力用戶的急劇增加，確保漏保的功能正常顯得尤為重要[1]。

傳統的漏保檢查方式主要依賴人工按壓漏保開關的測試按鈕，驗證其能否在漏電情況下正常工作。巡視人員通常每月對每個漏保進行檢查，操作流程為按下測試按鈕模擬漏電情況，再通過按復位按鈕恢復供電。雖然該方式簡單直觀，但當用戶量巨大時，逐一人工檢測的模式極其費時費力，且容易因操作不當或時間緊迫導致遺漏。此外，人工檢查的記錄也較為依賴手工填寫，容易出現信息錯誤。

文獻[2]研究設計了一套基于PLC的小型漏電保護自動操作裝置，該裝置操作簡單、運行可靠，節約了人力成本，大大提高了漏保試驗檢測效率。文獻[3]研究了一套遠方漏電保護試驗裝置，該裝置可通過遙控器來控制漏保測試、復位等試驗，提高了工作效率，但受試驗裝置之間距離的限制。

考慮到現有檢測方式的局限性，急需一種能夠遠程、自動化進行漏保測試的裝置，以提高效率并減少人工干預的錯誤率。本文提出并研制了一種低壓漏保的遠程自動測試裝置，旨在通過集成多種技術手段，實現漏保的自動化、智能化檢測，并進一步提升電力系統的安全運行水平。

1" " 問題和難點分析

在低壓配電系統中，漏電保護開關的有效運行對于保障電力安全至關重要。然而，當前傳統的漏保檢查方式存在諸多問題和難點。

從人工操作的角度來看，每月對大量漏保進行逐一檢測是一項極其繁重的任務。這不僅需要耗費大量的人力和時間成本，而且長時間的重復操作容易導致巡視人員疲勞，從而增加操作失誤的風險。操作不當可能導致誤判漏保的工作狀態，時間緊迫造成的遺漏檢查則可能使存在故障的漏保未被及時發現，留下安全隱患。此外，有時相關點位可能無法及時調配人力，或者操作人員不熟悉全部漏保位置，也需要可以遠程操作漏保。

綜上所述，傳統漏保檢查方式在操作、流程、信息記錄和管理等方面存在諸多問題和難點，而研發遠程自動測試裝置又面臨技術和成本等方面的挑戰。解決這些問題需要綜合考慮多方面因素，通過技術創新、優化流程和合理的資源配置來實現。

2" " 裝置結構及工作流程

2.1" " 裝置各模塊介紹

首先，本裝置利用小型電磁鐵或電力推桿等執行機構作為動力源，通過杠桿行程機構或螺紋等結構實現對測試和復位按鈕的非人工接觸式按壓，如圖1所示。其次，設計伸縮式可調節卡爪、磁吸等固定形式，配合內部彈簧和防滑硅膠，適應多種型號漏保并確保穩固安裝。在取電方面，基于磁吸原理從漏保開關電源側螺母處獲取或另外設計電池、太陽能電池板，滿足帶電作業條件。裝置內置了無線通信模塊，測試數據和電壓、電流信息可通過無線方式傳輸至控制終端，簡化了人工記錄的流程。

2.1.1" " 按壓結構

漏保開關的測試和復位通常依賴于人工按壓，為了實現自動化操作，本裝置采用電推桿驅動杠桿來保證按壓機構的動作準確性。選擇小型電推桿作為動力源，其優點在于體積小、響應快且功耗低。電推桿通電產生推力，驅動杠桿結構放大電推桿的動作行程，使小行程轉化為可以按動漏保按鈕的動作，實現模擬人工按壓漏保的測試與復位按鈕，達到非人工接觸式的按壓效果。同時，按壓機構采用了雙按鈕獨立控制結構，能夠分別控制測試按鈕和復位按鈕的操作，確保在任何情況下都能可靠地完成檢測任務。這一設計提高了操作的靈活性和穩定性，為后續的自動化測試提供了保障。

模擬按壓漏保所需的力Fp可由杠桿原理計算得到：

Fp=Fe" " " " " " "（1）

式中：Fp表示按壓漏保所需的力；Fe表示電推桿產生的力；l1表示電推桿的運動行程；l2為杠桿運動行程。

2.1.2" " 伸縮式卡爪結構

傳統的固定式結構可能在不同型號的漏保上存在不適配的問題，為適應多種型號漏保開關，裝置設計了一個伸縮式卡爪結構?？ㄗνㄟ^內置彈簧來調節寬度使其能夠適應各種漏保型號，并提供足夠的夾緊力。此外，卡爪與漏保接觸的表面貼有硅膠，起到防滑和保護漏保表面的作用，確保卡爪與漏保開關接觸時不會滑動，保證了裝置在各種安裝環境下都能穩定工作。

2.1.3" " 磁吸式接線取電機構

傳統的電力設備通常需要外部電源供電，而這種供電方式在實際操作中可能面臨電池更換不便、供電線路復雜等問題。為了簡化操作流程并提升設備的適應性，本裝置設計了一套磁吸式取電機構（圖2），通過磁吸方式從漏保開關的電源側直接取電，避免了額外的供電需求。這種設計不僅避免了電池供電帶來的不便，還能夠在帶電條件下進行取電操作，提升了裝置的便捷性與安全性。

2.1.4" " 自動播報和顯示模塊

為了使巡視人員能夠及時掌握測試結果，本裝置集成了語音播報和LCD信息顯示模塊。在完成一次測試按鈕按壓操作后，裝置會自動進行語音播報，告知測試成功或失敗的狀態。此功能尤其適用于巡檢人員不在現場的情況，確保了漏保狀態能被用電戶主及時了解。LCD顯示模塊則能夠實時顯示裝置的運行狀態，包括近2次測試時間、電壓、電流等參數信息。通過低功耗設計，LCD顯示屏即使在長時間待機狀態下也能持續提供必要的信息。

2.1.5" " 無線通信模塊

為實現遠程控制和數據收集，裝置內置了藍牙通信模塊。測試數據和電壓、電流信息可通過無線方式傳輸至控制終端，簡化了人工記錄的流程，如圖3所示。通過遠程遙控可直接控制裝置完成既定動作，實現對漏保的遠程監控和管理。

信號強度指示和距離數據之間的數學公式如下所示：

p（d）=p（d0）-10ηlg（d/d0）+X" " " "（2）

式中：p（d）和p（d0）分別表示數據發射點和接收點距離為d和d0時接收點的新RSSI值；d0為參考距離；η為路徑損耗指數；X為一個平均值為0的隨機變量，數值符合高斯分布，以dBm為單位，這個值反映了當距離不變時，接收到的能量的變化情況。

實際應用中式（2）通?？珊喕癁橐韵履Ｐ停?/p>

p（d）=p（d0）-10ηlg（d/d0）" " " " " " " " （3）

為了計算方便，可以將d0設為1 m，就可得到公式：

p（d）=A-10ηlg d" " " " " " " （4）

如果把 p（d）寫成RSSI的形式，就得到公式：

RSSI=A-10ηlg d" " " " " " " "（5）

在無線測距技術中，存在一個關鍵因素：當無線收發節點間距為1 m時，接收節點收到的RSSI值用A表示。式（5）呈現了典型的RSSI測距模型，清晰展示了RSSI與距離d的函數關系。憑借已知的接收機所接收的RSSI值，能推算出它和發射機的距離。而路徑損耗指數η通常通過實際測量獲得，與障礙物密切相關，障礙物越多η值越大，這意味著距離越遠[4]，接收的平均能量下降越快。A和η皆為經驗值，與無線信號傳播環境以及所使用的硬件節點緊密相連，不同環境下其參數設置各異?？傊?，采集到RSSI值并加以處理，就能確定目標位置[5]，具體流程圖如圖4所示。這種技術為精準定位提供了有力支持。

2.2" " 裝置功能介紹

本裝置的主要用途是通過自動化手段對漏保開關進行遠程測試和復位，以減少人工操作，從而實現更加高效、安全的漏保檢測工作。設計中，考慮到漏保開關的型號多樣、安裝環境復雜，裝置應具備通用性強、安裝便捷、測試可靠的特點。實物如圖5所示。

3" " 裝置操作過程及可行性試驗

3.1" " 裝置操作流程

在裝置現場，低壓漏保遠程自動測試裝置操作流程簡便且高效，具體操作流程如下：

1）巡視人員將裝置通過伸縮式卡爪結構固定在漏保上。

2）通過磁吸式接電機構從漏保開關的電源側直接取電，確保裝置始終有電源供給。

3）根據設定的時間或遠程指令，裝置啟動自動測試程序。小型電推桿驅動按壓機構模擬人工按壓漏保的測試按鈕，觸發漏保進行漏電檢測。測試完成后通過另一電推桿驅動按壓機構按壓復位按鈕恢復供電。

4）測試結束后，裝置會通過語音播報測試結果。如果測試成功，裝置繼續按壓復位按鈕恢復漏保的正常狀態；如果測試失敗，裝置會發出聲光報警，提醒巡視人員注意處理。

5）現場巡視人員可通過LCD顯示屏查看本次測試的時間、狀態等基礎信息。裝置內部的無線通信模塊會將測試結果、檢測的電壓/電流信息傳輸至遠程終端，供后臺監控和數據分析使用。

3.2" " 裝置現場試驗結果及可行性分析

為驗證該裝置的性能，還需要對裝置進行多組試驗。試驗對象包括不同型號的漏保開關，測試內容涵蓋自動按壓、復位、數據傳輸、實時語音播報等。測試動作準確，誤差率低于0.1%；單次測試操作耗時約為25 s，完全符合設計要求。同時，測試數據能夠成功通過無線通信模塊傳輸至控制終端，信息顯示和語音播報功能也表現良好，整體裝置運行穩定，測試效率顯著提升。

根據試驗結果可知，遠程操作下令按壓動作執行50次，50次全部成功，成功率達100%，試驗數據如表1所示。試驗表明，裝置能可靠完成遠程操作和就地操作。

根據《國家電網公司電力安全工作規程（配電部分）》，當室內、室外10 kV設備接地時，人員應分別遠離接地點4、8 m以上，這意味著室內和室外人員在配電設備接地時的安全距離為4 m和8 m以外。在此基礎上，針對遙控模塊采用紅外發射和接收方式進行測試，其理論最遠遙控距離為15 m，設置6～20 m的不同遙控距離來測試裝置動作的成功率。測試結果如圖6所示。

4" " 本裝置主要創新點

1）自動定時測試：裝置可根據設定的時間周期自動按壓漏保測試按鈕，確保每月定時檢查漏保功能。

2）實時語音提醒：測試過程中，裝置會發出語音提醒，提示人員測試進度；若出現測試失敗，裝置會發出聲光報警，保證人員及時處理。

3）無須外接電源：本裝置通過磁吸式取電技術直接從漏保開關電源側取電，避免了電池維護或外電源帶來的不便。

4）遠程數據反饋：通過內置的無線通信模塊，裝置能夠將測試數據傳輸至遠程終端，實現遠程監控和管理。

5）適應多型號漏保：伸縮式卡爪結構使得裝置能夠適應不同型號的漏保，安裝簡單且安全。

5" " 結束語

本文設計并研制了一種低壓漏保遠程自動測試裝置，能夠有效替代人工操作，實現漏保的自動化測試與遠程監控。裝置的多功能性、便捷性和高效性不僅提高了巡視工作的效率，還降低了操作成本。該裝置具有顯著的推廣價值，它不僅解決了人工巡視耗時費力、易遺漏的問題，還憑借其便捷、高效、低成本的特點，有望在相關領域得到廣泛應用，提升電力系統的安全性和穩定性。

[參考文獻]

[1] 滕松林，楊校生.觸電漏電保護器及其應用[M].北京：機械工業出版社，1994.

[2] 陳金汕.家用小型漏電保護開關電性能試驗自動操作裝置的設計與應用[J].質量技術監督研究，2014（2）：6-10.

[3] 賈鑫.運用遠方合閘裝置進行漏電保護試驗的研究[J].機械管理開發，2021，36（7）：146-148.

[4] 馬靜敏.一種基于藍牙技術的低功耗室內定位物聯網系統設計[D].南京：南京航空航天大學，2021.

[5] 王琦.基于RSSI測距的室內定位技術[J].電子科技，2012，25（6）：64-66.

收稿日期：2024-11-27

作者簡介：李登雕（1984—），男，貴州銅仁人，高級工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。