低压电力线载波通信信号与漏电保护器兼容性分析.pdf

第 5 1卷第 8期 2 0 1 4年4月 2 5日 电测与仪表 EI e c t r i c a l M e a s ur e m e n t& I ns t r u m e nt a t i o n Vo 1 5 1 NO 8 Apr 2 5 ， 2 01 4 低压 电力线载波通信信号与漏 电保护器兼容性分析 田海亭1 ，刘昊洁 ， 袁瑞铭 ， 巨汉基 ， 李斯琪1，朱 晓蕾1，李建岐 ( 1 国网冀北电力有限公司电力科学研究院计量中心， 北京 1 0 2 2 0 8 ； 2 太原理工大学， 太原 0 3 0 0 2 4 ； 3 中国电力科学研 究院 ， 北京 1 0 0 1 9 2 ) 摘要： 低压电力线载波通信是 目前主流的电力短程通信方式之一， 也是 目 前用电信息采集系统建设的重要通信 手段。但是由于载波通信是利用低压电力线作为传输介质传播高频通信信号， 易于引发高频对地漏电流， 因此 对于部分抗高频干扰能力较弱的漏电保护开关会引发动作， 造成跳闸。目前这一问题已经比较突出， 严重影响 了居民用户的正常用电， 因此急需找到载波对漏电保护器干扰的机理 ， 进行相关技术改进。文章在现场测量 和 实验室验证基础上 ， 对这一问题的发生原因进行 了分析 ， 并对解决这一问题途径进行 了思考。 关键词： 漏电保护器 ； 低压电力线载波 ； 电磁干扰 中图分类号： T M9 1 3 6 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 1 1 3 9 0 ( 2 0 1 4 ) 0 8 0 1 2 0 0 5 An a l y s i s o n Co mp a t i b i l i t y o f Lo w Vo l t a g e P o we r Li n e Co mmu n i c a t i o n S i g n a l a n d Ea r t h Le a k a g e Ci r c u i t Br e a k e r 1 2 l 1 1 1 3 T I A N H a i - t i n g， L I U H a o - j i e， YU A N R u i - m i n g， J U Ha n - j i ， L I S i - q i ， Z H U X i a o l e i ， L I J i a n q i ( 1 Me t e r i n g C e n t e r o f S t a t e G r i d J i b e i E l e c t r i c P o w e r C O L T D R e s e a r c h I n s t i t u t e ， B e i j i n g 1 0 2 2 0 8 ， C h i n a 2 T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ， C h i n a 3 C h i n a E l e c t r i c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e ， B e i j i n g 1 0 0 1 9 2 ， C h i n a ) Ab s t r ac t： L o w v o l t a g e p o we r l i n e c o mmu n i c a t i o n i s n o t o n l y o ne o f t he mo s e c o mmo n s h o r t r a n g e e l e c t r i c a l c o mmun i c a t i o n a p pr o a c h e s ，b u t a l s o t h e i mp o r t a n t wa y o f a d v a nc e d me t e r i n g i n f r a s t r u c t u r eThe u s e o f d i s t r i b u t i o n e l e c t ric a l po we r n e t wo r k a s t r a n s mi s s i o n me d i a ，h o we v e r ，wi l l l e a d hi g h f r e q u e n c y c u r r e n t l e a k a g e t o g r o u n d a n d wi l l c a u s e a c t i o n o f e a r t h l e a k a g e c i r c u i t b r e a k e r Thi s pr o b l e m wi l l g r e a t l y i n f l ue n c e t he n o r ma l l i f e o f e l e c t ric a l c us t o me r s An e f f e c t i v e me c h a n i s m n e e d s t o b e f 0 u n d o u t t o a c hi e v e i mp r o v e me n t o n e a rth l e a ka g e c i r c u i t b r e a k e r The r e a s o n o f s uc h p r o b l e m i s a n a l y z e d t h r o ug h me s s me a s u r e me n t d a t a a nd v e r i f i c a t i o n e x p e r i me nt s ，a n d a v a l ua bl e a pp r o a c h t o a l l e v i a t t hi s p r o b l e m i s d e v e l o pe d Ke y wo r d s： e a rth l e a k a g e c i r c ui t b r e a k e r ， l o w v o l t a g e po we r l i n e c o mmu n i c a t i o n ，e l e c t r o ma g n e t i c i n t e r f e r e n c e 0引 言 智能电网具有显著的综合效益和广阔的发展前 景 ，已经成为全球电力工业应对未来挑战的共 同选 择。作为智能用电领域中一种重要的本地通信方式， 低压电力线载波通信技术是实现系统信息采集 、 控制 命令下发 、 实时监控 、 计量异常监测等功能的桥梁 ， 我 国已经把低压 电力线载波通信技术作为电力用户用 电信息采集系统建设主要通信方式之一， 在智能电能 表到集中器之间的本地通信信道上传输各种用电信 l 1 息数据一 。 但是在用电信息采集系统投入运行以后， 逐渐有 一 1 2 0- 换装载波智能电能表的用户反映出现居 民家庭漏 电 保护器发生不明原 因的跳 闸现象。通过现场调研分 析， 初步确认原因为低压电力线载波通信信号与漏电 r 一 1 保护器 电磁兼容方面 H J 现问题一 。 随着用电信息采集系统建设的逐步深入， 目前这 一 问题 已经在河北 、 天津 、 江西 、 福建等多个 网省公司 有所发生。 这一问题的发生既影响了居民用户的正常 用电， 又对用电信息采集系统的建设 和应用造成了障 碍。如不能分析 出问题发生的机理 ， 找到合适 的解决 方式， 不仅会引起用户对用电信息采集系统性能的质 疑 ， 损害电力企业的形象 ， 还将干扰智能用电侧的技 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 1卷第 8期 2 0 1 4年4月 2 5日 电测与仪表 Ei e c t r i c a l M e a s ur e me n t& I n s t r u m e nt a t i o n VO 1 5 1 No 8 A p r 2 5 20 1 4 术发展， 对载波通信技术的发展造成不利的影响。 本文通过分析载波通信技术和漏电保护器的工 作特征 ， 结合在现场调研和实验室验证试验 ， 对载波 通信与漏电保护器兼容的机理进行了初步分析， 并介 绍 了解决这一问题几种可能的技术途径 。 1 现 场 问题 分析 随着智能电能表和用电信息采集系统的推广应 用 ， 部分居民小区在正常开展集中器抄表任务的过程 中发生了多起漏电保护器跳闸现象 。此外 ， 在远程抄 表集中器的安装过程中，多户反映出现跳闸现象 ， 集 中器停运后跳闸现象解除。通过调研 ， 目前 国内发生 跳闸的漏电保护器已经涉及多个品牌的多个样品， 因 此可 以基本排除是 由于单个漏电保护器性能参数褪 化所引起 。对发生跳闸的用户 的户 内电源线 、 所在建 筑的电源总线进行测量 ， 得到以下测量数据 ： ( 1 ) 对居民用户的线路进行测量 ， 在较多家用 电 器用电和无家用电器用电的条件下进行测试 ， 在保护 地线上未发现明显的工频漏电流 ， 火线与零线之间工 频电流平衡。 ( 2 )对用户所在楼道的电源线进线侧进行测量， 部分楼道存在较为明显的保护地线工频漏电流 ( 约 1 0 A) ， 显示本楼道内有用户存在零线 、 地线混接或短 接问题。 ( 3 ) 在用户 电能表出线端 ， 对火零线之问的阻抗 特征进行测量 ， 在1 0 0 k H z 5 0 0 k H z 之问阻抗无异常突 变 ， 如图l 所示。 墨 1 5 O l 5 O 3 0 0 3 5 0 4 5 0 flk H z 图 1 用 户阻抗 变化 Fi g 1 Us e r S i mp e d a nc e v a r i a t i o n ( 4 ) 在用户电能表出线端 ， 对噪声情况进行测量 ， 发现部分用户存在较为明显的高频噪声 ， 如图2 所示 。 ( 5 ) 利用信号发生装置生成1 0 0 k H z 5 0 0 k H z 载波 频段， O 0 8 W的测量信号， 采用火零耦合方式， 注入到 所在楼道的电源的三相火线中， 通过测量不 同频率点 保护地线上的高频漏电流情况 ， 计算三相火线的对地 耦合电容。得到A ， B ， C 三相火线的对地耦合电容在 1 0 0 5 0 0 n F 之间( 由于需要考虑对用户的影响， 注入信 3 2 1 o 1 _2 3 0 0 4 0 8 1 2 1 6 20 一 l l s xl O 图2 用户高频噪声 Fi g 2 Us e r S hi g h f r e q ue n c y n o i s e 号功率受到控制， 明显受到的线路上本身的阻抗变化 和噪声干扰 ， 影响了测量精度 ) 。 2 工作机理分析 目 前漏电保护器的触发控制电路主要有两种， 一 种是利用漏 电流互感器直接触发可控硅导通的简单 版 ，一种都是采用5 4 1 2 3 集中控制芯片进行漏电流检 测和可控硅触发的芯片版。 这两种漏电保护器的电路 图如图3 所示。 一 滤波 基 于 明控 硅 的 漏 电保护器 图3漏 电保 护 器 电路 图 Fi g 3 S c h e ma t i c s o f ELCB 漏电保护器主要 由三部分组成 ： 检测元件 、 中间 放大环节和操作执行机构。 漏电保护器安装在线路中 后 ， 一次线 圈与电网的线路相连接 ， 二次线 圈与漏电 保护器中的脱扣器连接。当用电设备正常运行时 ， 线 路中电流呈平衡状态 ， 在互感器 中往返的电流大小相 等， 方向相反， 正负相互抵消， 电流矢量之和为零。由 于一次线圈中没有剩余 电流 ，所 以不会感应二次线 圈 ， 自动开关保持在接通状态 ， 漏 电保护器处于正常 运行。当被保护电器与线路发生漏电或有人触电时 ， 就有一个接地故障电流， 使流过检测互感器内电流量 和不为零 ， 互感器铁芯中感应 出现磁通 ， 其二次绕组 有感应电流产生 ， 经放大后输出， 使漏 电脱扣器动作 一 1 2l 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 1卷第 8期 2 0 1 4年4月 2 5日 电测与仪表 El e c t r i c a i M e a s u r e m e nt& I n s t r u i ne n t at i o n V0 1 51 No 8 Ap r 2 5 0 1 4 在第三步， 在漏 电保护器火线出线端连接对地耦 合电容， 其他部分的设置与第二部分实验相同， 以验 证漏 电保护器对高频对地漏电流的敏感程度。 测试连 接电路图如图7 所示 。 图7 对地耦 合 电容 影响 测试 F i g 7 Ea r t h c o u pl i n g c a p a c i t y i nf l ue n c e t e s t d i a g r a m 调整火线对地耦合电容取值，选取1 0 n F ， 0 1 lx F ， 0 2 t x F ， 0 3 3 1x F ， 0 5 1x F ， 1 Ix F ， l O a F ， 分别测试无干扰情况 和高频干扰信号注入条件下的漏电保护器跳闸情况。 发现当对地耦合电容C 选取大于等于0 3 3 t x F 时， 无论是否有高频干扰信号注入 ， 漏保空开都会直接跳 闸。对地耦合电容c 小于等于0 0 5 t x F 时， 无论是否有 高频干扰信号注入， 漏保空开都没有动作。 在阻性负载条件下 ，设置工频 回路 电流为1 5 A， 对地耦合电容c ， 选取0 2 tx F 后， 在注入频率为2 5 0 k H z ， 功率为1 W的高频干扰信号1 0 s 后， 漏电保护器发生跳 闸。 当撤除高频干扰信号后 ， 漏 电保护器未发生跳闸， 证明在适 当的对地耦合电容条件下 ， 漏 电保护器会受 到高频信号的干扰， 引起误判跳闸。 4 解决途径思考 目前 国内家用漏 电保护器主要依据标 准是 G B T 1 6 9 1 6 、 G B T 1 6 9 1 7 和G B 1 8 4 9 9 ，其中G B 1 8 4 9 9 是漏电 保护器电磁兼容性能的技术规范。G B 1 8 4 9 9 2 0 0 8 是 最新修订标准， 等同采用I E C 6 1 5 4 3 标准， 在高频信号 抗扰度试验方面， 对T 2 1 ： 传导正弦波电压或电流部 分进行 了加严。 另外根据欧洲低压电力线载波通信的 影响 ， 增加 了T 2 6 ： 低于1 5 0 k Hz 频率范围内的共模传 r 0 111 导骚扰部分 。 。 。 此次漏电保护器误动作问题实质上是一种在带 载情况下的高频剩余不平衡电流影响情况， 由于载波 信号频带范围为3 5 0 0 k H z ，因此与G B 1 8 4 9 9 2 0 0 8 标 准中规定的低于1 5 0 k H z 频率范围不一致。 而且标准中 所规定的的检测试验方法中高频干扰信号的注入方 式 ， 与实际情况也不完全不符 。 有鉴于此 ， 希望能够针对 当前我国低压电力线载 波通信应用的实 际情况 ， 根据其技术特点 ， 研究相应 的标准修订方案， 以提升我国低压漏电保护器的技术 水平 ， 增强对电力用户的安全保障。 5 结束语 由于低压电力线载波通信方式是通过低压电力 线进行信号传输的， 而且漏电保护器在原始设计中未 充分考虑与低压电力线载波通信的兼容问题， 因此造 成了漏电保护器 的跳 闸。本文通过现场测试 、 理论分 析和实验验证 ， 对漏 电保护器跳闸的原因进行了初步 分析。 由于用电现场条件复杂 ， 影响因素多 ， 变化快 ， 而 且漏 电保护器跳 闸数量较少 ， 对于现场条件 的掌握和 判断造成了很大的干扰 ， 目前数据还很不完善 ， 虽然 初步探讨了问题发生的原因 ， 但对相关标准的改进方 法还需要进一步实验验证下一步希望会同国内漏 电 保护器行业人员 ， 共 同研究相关技术和标准的改进方 案， 以保证用电信息采集系统的顺利建设， 保证低压 电力线载波通信技术的推广应用， 维护广大电力用户 的安全 、 稳定用电。 参 考 文 献 1 S Y o u s u ME 1 一 S h a f e i P o w e r L i n e C o mm u n i c a t i o n s ： A n O v e r v i e w P a r t I E 1 P r o c o f t h e 4 t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n I n f o r ma t i o n T e c h n o l o g y ， Du b a i ， 2 0 0 7 ： 21 8 2 2 2 2 Y A NG Z o n g - j i a n ， F E N G J u a n T h e C u r r e n t a n d D e v e l o p m e n t of L o w V o l t a g e E l e c t ri c a l P o w e r L i n e C a r r i e r Wa v e Me te r R e a d S y s t e m H u b e i E L e c t ri c al ， 2 0 0 8 ， 3 2 ( 5 ) ： 6 2 7 O 【 3 】 S U N Ha l e u i ， Z H A NG J i n - h o The R e s e a r c h a n d A p p l i c a t i o n o f t h e【 w V o l t age P o w e r L i n e C a r r i e r C o mm u n i c a t i o n J 1 E l e c t r i c al Me a s u r e me n t I n s t r u me n t a t i o n ， 2 0 0 6 ， 4 3 ( 8 ) ： 5 4 - 5 8 14 Z H AN G r o n g P ri n c i p l e o f E L C B a n d A p p l i c a t i o n J C o n s t r u c t i o n S a f e t y ， 1 9 9 8 ， 1 3 ( 1 0 ) ： 8 - 1 0 5 T C G i l b e r V o l t a g e - O p e r a t e d E a r t h L e a k a g e P r o t e c t i o n ，E l e c t r i c a l E n g i n e e m P a r t I I ： P o w e r E n g i n e e r i n g l J 1 J o u r n al o f t h e I n s t i t u t i o n o f , 1 9 4 1 ， 8 8 ( 3 ) ： 1 8 3 - 1 9 7 6 L I U G u o - j i n ， L U J i an- g u o A Me t h o d f o r R e l i a b i l i t y T e s t of R e s i d u al C u r r e n t O p e r a t e d P r o t e c t o r J J E l e c t ri c S w i t c h g e ar， 2 0 0 1 ， ( 5 ) ： 3 0 - 3 3 一 1 2 3 - 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m