基于生命體觸電特征識別的漏電保護器及其漏電保護方法
【專利摘要】一種基于生命體觸電特征識別的漏電保護器及其漏電保護方法，包括依次連接的數(shù)據(jù)采集單元、信號處理單元和保護單元；數(shù)據(jù)采集單元用于采集電網(wǎng)線路總剩余電流和線路電壓信號，信號處理單元用于識別出漏電信號并發(fā)出斷電控制命令，保護單元用于接收斷電控制命令后切斷電網(wǎng)線路。漏電保護方法包括采集總剩余電流和線路電壓；均勻采樣；計算總剩余電流變化矢量；計算復(fù)阻抗；求取阻抗半圓圓心和半徑；求取頻散系數(shù)和阻抗特征頻率和判定是否發(fā)生生命體觸電的步驟。本發(fā)明的有益效果是：不依賴于剩余電流幅值或其變化量大于整定值。當(dāng)識別到生命體觸電特征，能立即動作，具有理想的保護運行特性，特別適用于低壓配電網(wǎng)三相四線制線路的末級保護。
【專利說明】基于生命體觸電特征識別的漏電保護器及其漏電保護方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)漏電保護領(lǐng)域，具體涉及一種基于生命體觸電特征識別的漏 電保護器及其漏電保護方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國低壓電網(wǎng)中廣泛使用電流動作型剩余電流保護裝置，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(zāi)。20世紀開始，國內(nèi)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(yīng)劃分為幾個區(qū)域， 建立起來以幅值為判據(jù)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(fā)的參考，在理想的條件下可以起到比較良好的保護效果，但 對于實際線路中存在剩余電流引起的保護死區(qū)仍然無法解決?，F(xiàn)有的脈沖動作型、鑒幅鑒 相動作型等幾種類型漏電保護裝置，通常動作于線路總剩余電流的幅值或幅值變化量的大 小。由于線路通常存在正常剩余電流，并且此電流與故障電流存在任意相位差，致使總剩 余電流幅值可大可小，從而存在一定的保護死區(qū)，使得漏電保護裝置大多難以準確動作于 故障。在現(xiàn)有漏電保護裝置中，電流型漏電保護器是利用線路總的剩余電流的有效值大小 作為動作的判斷依據(jù)，可就如上面提到的，電網(wǎng)正常運行時也存在正常的剩余電流，其大小 和相位都是不確定的，故障發(fā)生時，故障電流和正常的剩余電流的和構(gòu)成總的剩余電流， 其大小受二者間相位關(guān)系的影響巨大，當(dāng)相位在180°左右時，存在拒動的不靈敏區(qū)，而在 360°時又會出現(xiàn)過靈敏現(xiàn)象，存在嚴重的保護死區(qū)；和電流型相比脈沖型保護器多了第二 動作區(qū)目但是由于同樣的原因仍然存在保護死區(qū)；其他類型的漏電保護器或者造價昂貴工 藝過于復(fù)雜或者尚處于研究階段技術(shù)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(xiàn)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(qū) 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(shù)安才會導(dǎo)致嚴重的后果，顯然對人體和非人 體加以區(qū)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(wǎng)運行的可靠性，所以找到人體觸電的特征并研制出相應(yīng)的保護裝置是一件有 重大民生意義和經(jīng)濟意義的科研項目。
[0004] 普遍認為，電擊電流大于30mA時，觸電人體存在心室顫動的危險。而對于不同人， 身體情況存在差異，相應(yīng)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(dāng) 發(fā)生了人體觸電，保護能識別到人體觸電特征信號立即動作，就可以真正避免電擊對人體 造成的傷害。而現(xiàn)在，漏電保護技術(shù)缺乏對觸電信號的檢測與識別，并且未區(qū)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(lián)系，保護針對性不強。雖然觸電識別 研究提供了小波分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等識別觸漏電故障模式的算法，但算法復(fù)雜運算量大、依賴 于大量樣本，并且沒有給出可量化的人體觸電特征，無法適應(yīng)于漏電保護裝置的實時性要 求。
[0005] 目前，生物組織電特性在醫(yī)學(xué)和食品等領(lǐng)域有了較為廣泛的應(yīng)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征識別提供了基本理論依據(jù)。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征識別方法，以此建立觸電故障與 保護動作的直接聯(lián)系，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 特征，保護立即動作，從而獲得理想的保護運行特性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于生命體觸電特征識別的漏電保護器及其漏電保 護方法，以解決現(xiàn)有的漏電保護器存在保護死區(qū)而導(dǎo)致誤動作或拒動作的問題。
[0007] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：一種基于生命體觸電特征識別的漏電保護器， 包括依次連接的數(shù)據(jù)采集單元、信號處理單元和保護單元；數(shù)據(jù)采集單元用于采集電網(wǎng)線 路總剩余電流和線路電壓信號，信號處理單元用于識別出漏電信號并發(fā)出斷電控制命令， 保護單元用于接收斷電控制命令后切斷電網(wǎng)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(shù)據(jù)采集單元持續(xù)采集交流電網(wǎng)線路中總剩余電流和線路電壓，并輸出 到信號處理單元；
[0010] 步驟2 :信號處理單元接收連續(xù)的4個周波，對每個周波的總剩余電流和線路電壓 以n個采樣點進行均勻采樣，得到采樣序列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、后兩個周波的總剩余電流變化矢量AI = "l2n+l_Ii) ' (1211+2_工2) ? ? ? (I2n+2n_l2n))；
[0012] 步驟4 :信號處理單元選取后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(yīng)的各次諧波復(fù)阻抗
【權(quán)利要求】
1. 一種基于生命體觸電特征識別的漏電保護器，其特征在于，包括依次連接的數(shù)據(jù)采 集單元、信號處理單元和保護單元；數(shù)據(jù)采集單元用于采集電網(wǎng)線路總剩余電流和線路電 壓信號，信號處理單元用于識別出漏電信號并發(fā)出斷電控制命令，保護單元用于接收斷電 控制命令后切斷電網(wǎng)線路。
2. -種如權(quán)利要求1所述的漏電保護器的漏電保護方法，其特征在于，包括 步驟1 :數(shù)據(jù)采集單元持續(xù)采集交流電網(wǎng)線路中總剩余電流和線路電壓，并輸出到信 號處理單兀； 步驟2 :信號處理單元接收連續(xù)的4個周波，對每個周波的總剩余電流和線路電壓以η 個采樣點進行均勻采樣，得到采樣序列Ip I2. .. I4n和Up U2. .. U4n，其中η彡32 ; 步驟3 :信號處理單元計算前、后兩個周波的總剩余電流變化矢量ΛΙ = ((I2lrt-I1K (1211+2_工2) · · · (I2n+2n_l2n))； 步驟4 :信號處理單元選取后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(yīng)的各次諧波復(fù)阻抗^ = T . Jj ' 步驟5 :信號處理單元將所有復(fù)阻抗I進行最小二乘擬合，得到Cole-Cole阻抗半圓的 圓心（a, b)，并求出半徑r ; 步驟6 :信號處理單元任意選取第k次諧波，計算頻散系數(shù)
1阻抗特 征頻率
·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(fā)生漏電，輸出斷 電控制命令到保護單元，保護單元接收命令后切斷電網(wǎng)線路；否則返回步驟2。
3. 如權(quán)利要求2所述的漏電保護器的漏電保護方法，其特征在于，還包括： 信號處理單元計算總剩余電流有效值
如果|1|大于總剩余電流有效值整定值Iip，信號處理單元判定線路發(fā)生漏電，輸出斷 電控制命令到保護單元，保護單元接收命令后切斷電網(wǎng)線路；否則繼續(xù)； 上述步驟位于步驟2與步驟3之間。
4. 如權(quán)利要求3所述的漏電保護器的漏電保護方法，其特征在于，還包括： 信號處理單元計算總剩余電流變化矢量△I有效?
如果I ΛΙ| > 15毫安，則繼續(xù)，否則返回步驟2; 如果I ΛΙ|大于剩余電流變化矢量有效值整定值ΛΙ#信號處理單元判定線路發(fā)生漏 電，輸出斷電控制命令到保護單元，保護單元接收命令后切斷電網(wǎng)線路；否則繼續(xù)； 上述步驟位于步驟3與步驟4之間。
5. 如權(quán)利要求3所述的漏電保護器的漏電保護方法，其特征在于，所述總剩余電流有 效值整定值In5為30毫安。
6. 如權(quán)利要求4所述的漏電保護器的漏電保護方法，其特征在于，所述總剩余電流有 效值整定值In5為30毫安，所述剩余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(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)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(wǎng)四川省電力公司自貢供電公司, 國家電網(wǎng)公司