基于物联网的电气设备漏电监测系统

基于物联网的电气设备漏电监测系统

陆丽玲 

东莞市清溪粤海水务有限公司 广东省 523000

摘要：针对电气设备漏电危及人身、设备安全，漏电隐蔽性强又缺乏及时警示的情况，设计了基于物联网的漏电监测系统。保障用电质量，增强用电安全性。文章简要分析了安全用电监测系统的设计基准与监测内容，并通过科学制定系统建设方案、打造物联网架构体系、有效引入安全保护技术、实现精准化信息记录等要点，以此提高电气设备漏电监测系统的应用水平，扩大其监测范围。

关键词：物联网；电气设备；漏电监测

漏电情况如果得不到及时警告和解决，由此引发的触电和火灾事故时有发生，对设备和人身安全造成一定危害。因此，将电气设备金属外壳的漏电情况实时显示出来，并在设备故障时预警，是非常重要的。在此运用物联网技术，设计了电气设备漏电流检测系统。以便在物联网技术的支持下实现用电信息的全方位监测，降低电气设备漏电故障率，提供优质电能，保证安全生产用电。

1漏电监测系统的设计基准

1.1经济性

在设计漏电监测系统时，需要考虑到改造后的系统是否具备突出的经济性特征，以免增加电网公司的运营负担。同时，还应依靠物联网技术在智能电网中为其提供多元化增值业务，使其感受到智能供电的便捷，并且还可在日常巡检工作中加强对电气设备的检查效果，由此将设备安全处在可控状态下，促使用户的用电质量能在智能化监测中实现优质发展，以便在高效管理环境下降低人力投入成本，包括缩减巡检人员、创新巡检模式等，从而促使整个电网公司拥有更高的综合效益。

1.2安全性

用电安全是保障人民财产安全的基本内容。在设计漏电监测系统时，无论是引进物联网技术还是智能化管理手段，都需要始终保持用电安全性，不可引发新的安全隐患，从而最大化增加系统的可操作性。以往在故障排除期间，常在出现安全事故后安排维修人员予以处理，这样不但影响故障排除效率，而且还会对用户的生命安全带来威胁。因此，在全新设计中应当以一种“动态监测”的理念针对电网故障实施“及早预防”，即在出现潜在隐患前即可经由预警装置给出提示，以便在最佳时间内提高维修效率，降低用电危险事件的发生率，最终实现低压电气设备的稳定运行。

1.3综合性

在设计漏电监测系统时，还需要以电能质量、资源配置等综合角度针对原有电网建设项目予以改造。实际上，之所以需要实施漏电监测，一是为了改善原有供电质量，确保用户在高质量电能使用中获得良好的用电体验，提高供电企业的信誉度；二是结合原有人力资源与供电物资提出科学的配置规划，从而实现资源的最大化利用，避免出现闲置资源，降低供电质量，甚至加重供电企业与电网公司的负担。因此，针对漏电监测系统予以设计具有一定现实意义，并且可对当前电网高质量发展目标的实现创造有利条件。

2硬件设计

2.1系统设计

本系统硬件电路基于STM32单片机进行设计，以单片机为主要控制单元，通过各类控制、数据通信接口江各个数据采集模块、控制模块、传输模块以及其他电路连接起来。具体的电路框架如下图所示。

图1 电路框图

2.2控制系统

本文设计的系统中，控制模块需要控制继电器工作，完成硬件设备与上位机云平台之间的通讯，因此对控制模块的处理器性能和处理速度具有非常高的要求。本文采用STM32L151RCT6A低功耗微型处理器。

2.3漏电信息采集

常见的漏电检测方法有霍尔电流检测、电阻取样、磁调制等。其中，霍尔电流检测是基于磁平衡式霍尔原理，具有较高的线性度，但工作范围较小；利用小电阻取样方法设计通过中性点测量直流的传感器，测量接入电路电阻的电压值，该方法对环境的依赖大；磁调制较早的研究是使用倍频磁调制式对小电流进行测量。

对设备漏电的检测是采用连接设备外壳与中性线的方式来检测设备金属外壳漏电数据信息，检测设备一端与中性点连接，另一端通过螺丝固定在设备外壳上。金属外壳漏电情况是以检测电流的形式，经过I-V转换成电压，再经AC/DC转换后进行滤波放大，去除噪声干扰，得到精确的电压数值。

系统核心控制芯片采用32位STM32单片机，2～3.6V供电，拥有3个12位ADC，使用环境温度达到工业级。监测系统使用24V电源模块进行供电，RS485通信使用MAX3485连接到串口USART2。通过4G通信模块实现数据传输，将采集到的数据在终端显示，当设备漏电达到设定值时通过声光报警起到警示作用。

2.4数据转换

采集模块通过信号采样电路进行漏电流数据的采集，一般为交流电，由于STM32单片机处理器正常工作时只识别模拟电压输入，因此需要设计一个将电流转换为电压的电路，通过设置一个大小合适的电阻，把信号采样电路的漏电流输出信号转换成模拟电压输入信号

3软件设计

软件具体工作流程图如图2所示。

图2 软件工作流程

第一步是初始化工作，包括对STM32单片机初始化以及BC28模组初始化。STM32的初始化需要对时钟源进行配置，并对UART串口初始化，做好STM32与BC28连接的准备工作，同时还需要对I/O口和AD转换进行配置，并对变量和标志位等部分进行初始化；BC28的初始化，即通讯设置，主要目的是测试该模组的通信和联网是否能够正常进行。

第二步，完成初始化后，STM32单片机开启定时器，可进行漏电流的采集与处理工作，BC28模组则进行获取卡号、激活与注册网络、连接平台等步骤，若上述步骤中出现错误，就要进行复位工作，如果能正常进行上述步骤，就能够得到卡号、目标IP地址及端口号等信息，与电信物联网云平台成功连接，接着STM32可以将采集的漏电流数据进行AD转换等处理之后通过物联网通信模组发送至云平台。云平台接收数据之后，会再次进入数据采集步骤，循环操作。

3物联网通讯

3.1物联网通讯协议

4G网络使用通信分组无线服务技术，拥有高速率、宽带传输、兼容性高等特点，在数据稳定传输性能上比较优良。STM32采集到的数据信息通过4G通信将处理后的数据传输到互联网的服务器上，4G物联网模块通信支持HTTP REST API和MQTT协议。系统采用的MQTT协议基于TCP/IP协议栈而构架的，由于MQTT采用发布/订阅模式，能够实现物联网在空间上松耦合和时间上松耦合以及同步松耦合。

3.2物联网通信程序流程

系统采用STM32芯片作为核心控制单元，通过读取采集处理后的漏电数据，将数据处理成为数据协议包，每个用户都会分配到独立的IP地址，寻找最近的基站后接入到4G基站中，通过MQTT双向协议，实时将数据传送到盟创工业云平台。当故障恢复时，发生声光警报，提醒工作人员进行检修，在系统恢复正常后，按照预先设置的自动或手动关闭报警功能解除警报。

4结语

在物联网技术的协助下建设漏电监测系统，可对当前用漏电偶发故障的现状起到一定的改善作用。因此，相关设计人员应在系统改造与升级中实现物联网技术的有效引进，以便最大化提升供电质量，为大众营造一个良好的用电环境，并从建设方案、物联网架构体系、安全防护技术、精准化信息记录等方面着手，促使电网系统在有效监测中具有较高的安全可靠性。

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