基於生命體觸電特徵識別的漏電保護器及其漏電保護方法
2024-02-17 09:35:15
基於生命體觸電特徵識別的漏電保護器及其漏電保護方法
【專利摘要】一種基於生命體觸電特徵識別的漏電保護器及其漏電保護方法，包括依次連接的數據採集單元、信號處理單元和保護單元；數據採集單元用於採集電網線路總剩餘電流和線路電壓信號，信號處理單元用於識別出漏電信號並發出斷電控制命令，保護單元用於接收斷電控制命令後切斷電網線路。漏電保護方法包括採集總剩餘電流和線路電壓；均勻採樣；計算總剩餘電流變化矢量；計算復阻抗；求取阻抗半圓圓心和半徑；求取頻散係數和阻抗特徵頻率和判定是否發生生命體觸電的步驟。本發明的有益效果是：不依賴於剩餘電流幅值或其變化量大於整定值。當識別到生命體觸電特徵，能立即動作，具有理想的保護運行特性，特別適用於低壓配電網三相四線制線路的末級保護。
【專利說明】基於生命體觸電特徵識別的漏電保護器及其漏電保護方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力系統漏電保護領域，具體涉及一種基於生命體觸電特徵識別的漏 電保護器及其漏電保護方法。
【背景技術】
[0002] 在我國低壓電網中廣泛使用電流動作型剩餘電流保護裝置，即漏電保護器，來防 止人身觸電傷亡事故和因漏電事故引起的電氣火災。20世紀開始，國內外在人體觸電電流 方面進行了許多研究，將通電時間和觸電電流通過人體帶來的生理反應劃分為幾個區域， 建立起來以幅值為判據的安全基準，作為漏電保護器整定準則。以此提供給各個國家作為 電擊保護特性研究及裝置開發的參考，在理想的條件下可以起到比較良好的保護效果，但 對於實際線路中存在剩餘電流引起的保護死區仍然無法解決。現有的脈衝動作型、鑑幅鑑 相動作型等幾種類型漏電保護裝置，通常動作於線路總剩餘電流的幅值或幅值變化量的大 小。由於線路通常存在正常剩餘電流，並且此電流與故障電流存在任意相位差，致使總剩 餘電流幅值可大可小，從而存在一定的保護死區，使得漏電保護裝置大多難以準確動作於 故障。在現有漏電保護裝置中，電流型漏電保護器是利用線路總的剩餘電流的有效值大小 作為動作的判斷依據，可就如上面提到的，電網正常運行時也存在正常的剩餘電流，其大小 和相位都是不確定的，故障發生時，故障電流和正常的剩餘電流的和構成總的剩餘電流， 其大小受二者間相位關係的影響巨大，當相位在180°左右時，存在拒動的不靈敏區，而在 360°時又會出現過靈敏現象，存在嚴重的保護死區；和電流型相比脈衝型保護器多了第二 動作區目但是由於同樣的原因仍然存在保護死區；其他類型的漏電保護器或者造價昂貴工 藝過於複雜或者尚處於研究階段技術尚不成熟，目前，尚未有一類漏電保護器完消除誤動 作、拒動作等問題。
[0003] 還有一個問題是現有漏電保護裝置均無法真正做到觸電模式識別，也就是無法區 分人體觸電故障和非人體觸電故障。人體的擺脫電流為6mA左右，安全電流在15mA左右， 而非人體漏電故障往往要達到幾百毫安甚至數安才會導致嚴重的後果，顯然對人體和非人 體加以區別性的保護才是智能化人性化的選擇。如果整定值過大會危害生命安全，而過小 又會影響電網運行的可靠性，所以找到人體觸電的特徵並研製出相應的保護裝置是一件有 重大民生意義和經濟意義的科研項目。
[0004] 普遍認為，電擊電流大於30mA時，觸電人體存在心室顫動的危險。而對於不同人， 身體情況存在差異，相應的電擊耐受能力也不一樣，30mA進行保護整定是不完備的。如果當 發生了人體觸電，保護能識別到人體觸電特徵信號立即動作，就可以真正避免電擊對人體 造成的傷害。而現在，漏電保護技術缺乏對觸電信號的檢測與識別，並且未區分觸電電流與 一般漏電電流，無法建立觸電與保護裝置動作的直接聯繫，保護針對性不強。雖然觸電識別 研究提供了小波分析、神經網絡等識別觸漏電故障模式的算法，但算法複雜運算量大、依賴 於大量樣本，並且沒有給出可量化的人體觸電特徵，無法適應於漏電保護裝置的實時性要 求。
[0005] 目前，生物組織電特性在醫學和食品等領域有了較為廣泛的應用，其中人體組織 頻散特性與人體阻抗等效模型等為人體觸電特徵識別提供了基本理論依據。為解決實用中 的這一問題，通過生物組織電特性原理找到人體觸電特徵識別方法，以此建立觸電故障與 保護動作的直接聯繫，有效防止人身觸電傷亡。從原理上看，可以保證一旦識別到人體觸電 特徵，保護立即動作，從而獲得理想的保護運行特性。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在於提供一種基於生命體觸電特徵識別的漏電保護器及其漏電保 護方法，以解決現有的漏電保護器存在保護死區而導致誤動作或拒動作的問題。
[0007] 實現本發明目的的技術方案如下：一種基於生命體觸電特徵識別的漏電保護器， 包括依次連接的數據採集單元、信號處理單元和保護單元；數據採集單元用於採集電網線 路總剩餘電流和線路電壓信號，信號處理單元用於識別出漏電信號並發出斷電控制命令， 保護單元用於接收斷電控制命令後切斷電網線路。
[0008] -種如前所述的漏電保護器的漏電保護方法，包括
[0009] 步驟1 :數據採集單元持續採集交流電網線路中總剩餘電流和線路電壓，並輸出 到信號處理單元；
[0010] 步驟2 :信號處理單元接收連續的4個周波，對每個周波的總剩餘電流和線路電壓 以n個採樣點進行均勻採樣，得到採樣序列1:、I 2. . . 14"和UpU2. . . U4n，其中n彡32 ;
[0011] 步驟3:信號處理單元計算前、後兩個周波的總剩餘電流變化矢量AI = "l2n+l_Ii) ' (1211+2_工2) ? ? ? (I2n+2n_l2n))；
[0012] 步驟4 :信號處理單元選取後兩個周波的線路電壓矢量U = (U2n+1、U2n+2. . . U2n+2n)， 對A I和U分別進行FFT變換，求得A I和U的各次諧波電流L和各次諧波電壓％，其中j =1、2. . . N，再計算對應的各次諧波復阻抗
【權利要求】
1. 一種基於生命體觸電特徵識別的漏電保護器，其特徵在於，包括依次連接的數據採 集單元、信號處理單元和保護單元；數據採集單元用於採集電網線路總剩餘電流和線路電 壓信號，信號處理單元用於識別出漏電信號並發出斷電控制命令，保護單元用於接收斷電 控制命令後切斷電網線路。
2. -種如權利要求1所述的漏電保護器的漏電保護方法，其特徵在於，包括 步驟1 :數據採集單元持續採集交流電網線路中總剩餘電流和線路電壓，並輸出到信 號處理單兀； 步驟2 :信號處理單元接收連續的4個周波，對每個周波的總剩餘電流和線路電壓以η 個採樣點進行均勻採樣，得到採樣序列Ip I2. .. I4n和Up U2. .. U4n，其中η彡32 ; 步驟3 :信號處理單元計算前、後兩個周波的總剩餘電流變化矢量ΛΙ = ((I2lrt-I1K (1211+2_工2) · · · (I2n+2n_l2n))； 步驟4 :信號處理單元選取後兩個周波的線路電壓矢量U = (U2n+1、U2n+2. . . U2n+2n)，對Λ I 和U分別進行FFT變換，求得Λ I和U的各次諧波電流L和各次諧波電壓％，其中j = 1、 Ui
2. . . N，再計算對應的各次諧波復阻抗^ = T . Jj ' 步驟5 :信號處理單元將所有復阻抗I進行最小二乘擬合，得到Cole-Cole阻抗半圓的 圓心（a, b)，並求出半徑r ; 步驟6 :信號處理單元任意選取第k次諧波，計算頻散係數
1阻抗特 徵頻率
·是頻率為〇的支路阻抗，
'頻率為無窮大的支路阻抗，ω = 2 fk是第k次諧波頻率下的角速度，fk 是第k次諧波頻率； 步驟7:如果α <0.95且90Hz〈fe< 120Hz，信號處理單元判定線路發生漏電，輸出斷 電控制命令到保護單元，保護單元接收命令後切斷電網線路；否則返回步驟2。
3. 如權利要求2所述的漏電保護器的漏電保護方法，其特徵在於，還包括： 信號處理單元計算總剩餘電流有效值
如果|1|大於總剩餘電流有效值整定值Iip，信號處理單元判定線路發生漏電，輸出斷 電控制命令到保護單元，保護單元接收命令後切斷電網線路；否則繼續； 上述步驟位於步驟2與步驟3之間。
4. 如權利要求3所述的漏電保護器的漏電保護方法，其特徵在於，還包括： 信號處理單元計算總剩餘電流變化矢量△I有效?
如果I ΛΙ| > 15毫安，則繼續，否則返回步驟2; 如果I ΛΙ|大於剩餘電流變化矢量有效值整定值ΛΙ#信號處理單元判定線路發生漏 電，輸出斷電控制命令到保護單元，保護單元接收命令後切斷電網線路；否則繼續； 上述步驟位於步驟3與步驟4之間。
5. 如權利要求3所述的漏電保護器的漏電保護方法，其特徵在於，所述總剩餘電流有 效值整定值In5為30毫安。
6. 如權利要求4所述的漏電保護器的漏電保護方法，其特徵在於，所述總剩餘電流有 效值整定值In5為30毫安，所述剩餘電流變化矢量有效值整定值Λ Iip為30毫安。
【文檔編號】H02H3/32GK104377646SQ201410616037
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月4日 優先權日:2014年11月4日
【發明者】馮崗, 曾敏, 朱曉賢, 肖先勇, 李長松, 黃勇, 左金威, 李海濤, 李江濤 申請人:國網四川省電力公司自貢供電公司, 國家電網公司