随着泛在电力物联网的发展，新能源得到了快速发展，光伏扶贫项目得到了大力推广，越来越多的光伏设备接入到配电网中。光伏扶贫项目根据国家补贴政策目前一般按照“全额上网”的政策模式，以此来实现利益最大化。光伏发电系统所发的电量由电网公司按照当地火电机组脱硫电价进行收购。

分布式光伏能源属于一种清洁能源，不会产生任何环境污染。分布式光伏能源不仅可以有效缓解当地配电网的紧张供电需求，还可以改善当地电网的电能质量与线损。然而由于光伏电源设备是包含直流环节的设备，在电流的传输中不同于传统的交流传输。

对于交流型漏电保护，当主回路出现直流漏电流，会造成磁环铁心的预先磁化，导致检测装置脱扣值偏移，进入磁饱和区，检测失准。这导致传统交流漏电保护开关无法在漏电时进行保护跳闸，因漏电导致发生火灾甚至人身伤亡的事故时有发生，对用户安全用电带来了极大挑战。

很多国内外文献对漏电监测和保护问题进行了相应的研究。

• 有学者对于传统剩余电流保护电磁脱扣器进行研究，提高了剩余电流保护动作的可靠性，但并没有考虑剩余电流保护运用于含分布式电源的系统中；
• 有学者提出了在含分布式能源的独立运行微网中分析保护测量装置的位置差异对正序故障分量方向元件进行动作性能分析，实现了含分布式的微网漏电保护，但只考虑了微电网线路较短的识别，并没有考虑电网的运行情况；
• 有学者研究了光伏系统接入电网对三段式电流继电保护产生的影响，并没有考虑到保护的动作性；
• 有学者对含分布式光伏系统的电网中产生的直流故障进行分析，是从直流故障电弧保护来提供建议，并没有对有光伏的漏电流进行检测；
• 有学者介绍了分布式光伏接入电网后对配电网继电保护配置的影响，提出了基于方向元件的配电网保护改进策略，只是简单改进保护元件的动作判据，并没有考虑光伏产生的直流分量，并不切合实际情况。

本文介绍了“国网芯”的剩余电流保护的工作原理，论证了该保护可以检测各种复杂剩余电流，并介绍了“国网芯”漏电流在线监测系统的保护和监测功能。将“国网芯”漏电流在线监测系统运用于光伏发电系统的保护中应用，为“国网芯”的推广打下了坚实的基础。

1 剩余电流保护

剩余电流保护器对于电力系统来说是一种行之有效的防护装置，它可以用于防止电气火灾、人身触电等电气事故。

1.1 AC型及A型剩余电流保护

AC型与A型漏电保护的基本工作原理是：当被保护的电路产生绝缘故障的时候，线路的各项电流矢量打破平衡，也就是电流矢量不为零，产生剩余电流，经过检测单元检测，利用电磁感应原理来检测是否存在漏电流，产生信号，经过运算控制器运算后，当剩余电流经过检测后的值达到整定值的大小时，电磁脱扣器接通，电磁脱扣器动作，从而达到漏电保护的作用。

AC型与A型漏电保护的工作原理如图1所示。AC型与A型漏电保护均采用电磁感应原理：通过进线与出线的交流电流不一致所形成的感应电动势来判断是否存在漏电流，均可检测交流漏电流，A型漏电保护相较于交流型漏电保护，一定程度上提升了磁环的磁化特性，对于剩余电流的监测相对更加准确。

含有直流漏电流对传统漏电保护的影响从图2和图3中可以看出，对于交流型漏电保护，当主回路出现直流漏电流，磁环铁心的磁化情况与纯交流的情况会有所不同，会造成磁环铁心的预先磁化，导致检测装置脱扣值偏移，进入磁饱和区，检测失准，无法正常工作。

图1 AC型及A型漏电保护基本工作原理

图2 直流漏电流下AC型的磁化曲线

图3 直流漏电流下A型的磁化曲线

1.2 “国网芯”剩余电流保护

“国网芯”剩余电流保护采用磁调制原理，在AC型和A型的基础上，在磁环上额外引入大小变化的激励源，使得磁环交替饱和。“国网芯”剩余电流保护采用了自适应磁调制检测技术，当主回路出现直流漏电流，通过识别输出信号来判断是否存在漏电源，可检测直流漏电流的大小，以此来确保漏电保护的正确动作，其工作原理如图4所示。

图4 “国网芯”漏电保护基本工作原理

2 “国网芯”漏电流在线监测系统

“国网芯”是根据我国正从“制造大国”向“制造强国”转型的国情，由国家电网公司根据国网目前的实际需求自主研发的一系列芯片。“国网芯”实现电网芯片安全、自主、可控，保障了电网安全运行。

“国网芯”漏电流在线监测系统正是基于“国网芯”的对含光伏配电网剩余电流保护的一个监测和保护系统。“国网芯”漏电流在线监测系统主要由感知层、网络层、应用平台层三部分组成，如图5所示。

感知层的核心为高集成的漏电流监测芯片，通过安装在不同的应用场景，并通过安全感知及边缘计算将监测数据及故障定位信息上传。网络层使用无线低功耗的LoRa技术，将信息从监控装置上传至服务器。基于“国网芯”的漏电流在线监测系统具备无线通信能力，可将各监测点采集到的漏电流信息实时上传至云端，实现远程监控与数据分析。

图5 漏电流在线平台监测系统构架图

用户可通过APP对设备漏电情况进行查看。应用平台层包括应用Web端浏览器平台、手机APP平台应用，可进行数据处理、综合计算、自决授权、故障告警、故障定位等功能，便于用户及时接收漏电流数据、温湿度监控数据、粉尘监测数据等，便于快速预判处置策略。

3 “国网芯”在线监测系统在含光伏配电网的应用

随着光伏扶贫项目的不断推进，越来越多的光伏设备接入电网。一般都是分散式小型光伏设备，特别是光伏建筑一体化光伏发电。由于其具有投资小、建设周期短、政策补贴力度大等优点，是目前光伏设备的主流。根据国家的对于光伏扶贫的相关政策，当地政府可为光伏扶贫电站的建设提供贷款，并将光伏扶贫的产权定位为村集体的公共产权。

随着国家大力推进光伏扶贫的建设，光伏扶贫设备越来越多。一般光伏扶贫会根据国家的补贴政策采用全额上网的方式来实现经济利益最大化。光伏系统一般都是安装在房屋屋顶，并不是集中型安装，布局比较分散，一般就近接入当地电网，如图6所示。在白天太阳的辐射下，利用光伏特性效应将太阳能转换为电能。太阳能光伏设备的充分利用可以替代和减少化石能源的消费，并且不会产生任何环境污染，促进社会低碳化发展。

图6 分布式光伏电站入网结构图

目前国内安装在光伏系统的电流保护采用的主要是A型剩余电流保护。当电路中存在直流漏电分量时，磁感应线圈预先磁化，甚至达到饱和，使得交流漏电流无法产生满足脱扣条件的感应电动势，保护失效，严重危及人身用电安全。

传统的漏电流保护装置（AC型、A型漏电流保护）只有就地跳闸功能，不具备远程监视功能，无法将漏电流及跳闸情况远程上报，工作人员难以及时掌握设备漏电情况，只能采取就地查看的方式，工作效率极低，因此无法准确及时定位、排除故障点，客服人员在面对停电用户的询问时，无法告知停电原因、送电时间等，此情况不仅极大地加重运检、营销等部门的工作量，还增加用户向95598的投诉及低压抢报修数量，降低了供电公司工作效率，降低了电网运行的可靠性，严重影响用户安全优质用电。

因此，实现相应的漏电流在线监测及保护十分必要。“国网芯”漏电流在线监测系统安装在光伏设备的并网柜处和配电网台区的表箱处，可以检测各种复杂的剩余电流，“国网芯”漏电流在线监测系统具备无线通信能力，可将各监测点采集到的漏电流信息实时上传至云端，实现远程监控与数据分析，可通过各种应用平台对光伏设备和配电网设备进行实时监测和保护，保证了含光伏配电网的稳定运行和安全性。

“国网芯”漏电流在线监测系统可以更好地根据实际的各种情况来判断现场实际情况，制定相应策略，更好地保障电网运行，提高电网运行的稳定性。

4 测试和结果

传统剩余电流保护装置无法检测出直流漏电流，“国网芯”剩余电流保护采用了自适应磁调制检测技术，当主回路出现直流漏电流，通过识别输出信号来判断是否存在漏电源，可检测直流漏电流的大小，以此来确保漏电保护的正确动作。自适应磁调制检测技术可以检测电路中是否出现直流漏电流。自适应磁调制检测技术是“国网芯”剩余电流保护的核心技术。本文建立了驱动与检测电路，如图7所示，对此进行了相应的测试实验。

图7 驱动与检测电路模型

实验结果表明：在导线侧无剩余电流产生时，系统的检测信号是平衡的。当有正向感应电动势产生时，该装置可以迅速检测，控制驱动电平翻转，产生的检测信号及激励信号如图8所示。当反向感应电动势产生时，该装置可以准确检测到该电动势，控制驱动电平翻转，产生的检测信号及激励信号如图9所示。并使得激励信号做出相应的叠加。

图8 叠加正向感应电动势的激励信号和检测信号图

图9 叠加反向感应电动势的激励信号和检测信号图

在导线侧无剩余电流产生时，系统的检测信号是平衡的。当有正向感应电动势或反向感应电动势产生时，都可以被准确检测，并使得激励信号做出相应的叠加。

实验结果表明：在“国网芯”漏电保护监测系统中的电流剩余保护装置可以对含直流的剩余电流进行检测和保护，即便漏电流为mA级，感应线圈也将持续叠加一定方向的感应电动势，保证了剩余电流保护装置动作的准确性。

总结

随着泛在电力物联网的不断建设，接入到配网系统中的光伏设备不断增加，传统交流漏电保护装置已无法满足复杂的用电环境。本文提出了以具备核心技术的“国网芯”交直流混合漏电监测技术为基础，融合灵活监测、安全防护等感知控制模块进行漏电保护。通过实验论证了该保护装置可以准确识别和通断含直流分量的故障电路，提高配电网的运行可靠性。