CN102684141A

CN102684141A - 触电电流识别方法及剩余电流保护装置

Info

Publication number: CN102684141A
Application number: CN2012101348234A
Authority: CN
Inventors: 杜松怀; 李春兰; 苏娟; 夏越; 廖从研
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2012-04-28
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-04-28
Also published as: CN102684141B

Abstract

本发明公开了一种触电电流分离方法，涉及电气工程技术领域，包括：S1：对实时监测到的总泄漏电流进行小波多分辨率分解并重构，得到重构后的低频信号；S2：对M个周期的所述低频信号作为当前运算窗口，依次移动所述窗口，将后M/2个周期与前M/2个周期的低频信号的差值作为分离的触电电流，M为偶数。本发明还公开了一种利用上述方法的剩余电流保护装置。本发明通过基于小波和滑动窗口方式实现了从总泄漏电流中准确地分离出触电电流，并依据该触电电流的幅值来判断是否需要跳闸，避免了根据总泄漏电流大小判断是否跳闸而导致的保护装置误动或拒动的问题。

Description

触电电流识别方法及剩余电流保护装置

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，特别涉及一种剩余电流保护方法及装置。

背景技术

剩余电流保护装置在农村低压电网中防止人身触电和避免因泄漏电流造成电气设备损坏等方面起着重要作用。目前常用的剩余电流保护装置有鉴幅式和鉴幅鉴相式两类，其动作判据通常是低压供电回路总泄漏电流的幅值大于某个整定值，或者是总泄漏电流的微增量大于某个规定值。运行经验表明，目前的剩余电流保护装置大多无法真正辨识人体触电支路的电流信号，常常出现大负荷时合不上闸、无法正确投运；或在潮湿天气条件下，因电气回路绝缘水平显著降低，导致对地泄漏电流增大，进而出现误动作的现象。其主要原因是，触电保护装置在原理上没有真正区别正常泄漏电流与人体触电电流。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何准确地区别正常泄漏电流与触电电流。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种触电电流分离方法，包括以下步骤：

S1：对实时监测到的总泄漏电流进行小波多分辨率分解并重构，得到重构后的低频信号；

S2：对M个周期的所述低频信号作为当前运算窗口，依次移动所述窗口，将后M/2个周期与前M/2个周期的低频信号的差值作为分离的触电电流，M为偶数。

其中，步骤S1中采用Daubechies系中的db11母小波对实时监测到的总泄漏电流进行小波多分辨率分解。

其中，所述步骤S1中，进行小波多分辨率分解，分解尺度为6。

其中，所述M为8。

其中，依次移动所述窗口时，每次移动1个周期。

本发明还提供了一种剩余电流保护装置，包括：单片机电路和执行电路，所述单片机电路用于按上述任一项所述的触电电流分离方法从接收到的总泄漏电流中分离出触电电流，并当所述触电电流幅值超过额定动作值时向所述执行电路发出跳闸执行指令。

其中，所述单片机电路检测到连续移动窗口三次分离出的触电电流都超过所述额定动作值时向所述执行电路发出跳闸执行指令。

其中，还包括模式配置电路，连接所述单片机电路，用于配置所述单片机的工作模式。

其中，还包括：与所述单片机电路连接的用于显示参数的显示电路。

其中，还包括：与所述单片机电路连接的用于与计算机通信的通信接口电路。

(三)有益效果

本发明通过基于小波和滑动窗口方式实现了从总泄漏电流中准确地分离出触电电流，并依据该触电电流的幅值来判断是否需要跳闸，避免了根据总泄漏电流大小判断是否跳闸而导致的保护装置误动或拒动的问题。

附图说明

图1是本发明实施例的一种触电电流分离方法流程图；

图2是本发明实施例的一种剩余电流保护装置结构示意图；

图3是图2中的装置工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提供的触电电流分离方法具体流程如图1所示，包括：

步骤S1，对实时监测到的总泄漏电流进行小波多分辨率分解，得到重构后的低频信号。具体采用Daubechies系中的db11母小波对实时监测到的总泄漏电流

进行小波多分辨率分解，选择分解尺度为6进行分解，这样既能保留有效地低频信号，又能有效地去噪(去掉高频信号)，而且由于触电物理实验平台中使用的故障录波器采样频率为10000Hz，为了使重构的信号满足50Hz的要求，因此，对原始的总泄漏电流

进行至多6层分解。通过大量的实验验证，母小波选择Daubechies系中的db11母波。

步骤S2，对M个周期的数据作为当前运算窗口，依次移动窗口，将窗口向前移动一个周期，后M/2个周期的数据与前M/2个周期的差值作为识别的信号，并与实际测试值进行误差分析和相似性分析，进而分离出触电电流。其中，M的取值与剩余电流保护装置的动作时间有关。通常该动作时间要求小于等于0.1秒，因此，M可取

中8个周期的数据作为当前运算窗口，8个周期既能完全反映波形状态，又能满足动作时间要求。依次移动运算窗口，由于在时间域里描述一个信号，其基本单位即为一个周期，为了保证分离出的触电电流的精度，每次优选移动间隔为1个周期。在当前窗口中，用后4个周期与前4个周期低频信号的差值作为触电电流，进而分离出触电电流。电网和用电设备的正常漏电电流随着时间的变化而变化，但其变化是缓慢的。从一个稳定状态到另一稳定状态，漏电电流的变化时间可能为几秒、几分，甚至是几小时，如由于大气的湿度变化引起绝缘电阻的变化等引起的漏电电流变化。而大部分故障漏电电流则会在几个周波，甚至是几毫秒内发生较大的变化，如人身触电等，因此按上述方法能够准确地分离出触电电流。

本发明还提供了一种利用上述方法实现的剩余电流保护装置，该装置通过上述方法实现了从总泄漏电流中准确地分离出触电电流，并该触电电流的幅值来判断是否需要跳闸，避免了根据总泄漏电流大小判断是否跳闸而导致的保护装置误动或拒动的问题。具体结构示意图如图2所示，该装置包括：

信号调理电路、单片机电路、执行电路、电源电路及实时监测总泄漏电流的零序电流互感器。单片机电路是该发明的核心，负责对采集数据进行处理，分离出触电电流，控制执行电路的运行，达到保护效果。单片机电路具体包括：重构单元和分离单元。重构单元用于对实时监测到的总泄漏电流进行小波多分辨率分解并重构，得到重构后的低频信号；分离单元，用于对M个周期的所述低频信号作为当前运算窗口，依次移动所述窗口，将后M/2个周期与前M/2个周期的低频信号的差值作为分离的触电电流，M为偶数。

具体地，零序电流互感器穿过配电线路的A、B、C相线及中性线，零序电流互感器的输出端与信号调理电路输入端相连；信号调理电路输出端于单片机电路相连，信号调理电路分时将互感器的模拟信号转换为数字信号送入单片机电路中；单片机电路记录采集到了数据，并以此采用上述的小波结合滑动窗口的分解算法从总泄漏电流分离出触电电流；最终，单片机以触电电流作为装置的动作依据，通过向与其相连的执行电路发送跳闸执行指令，实现跳闸，避免了现有的剩余电流保护装置存在的拒动、误动问题，提高了保护装置运行的可靠性。

本装置的执行电路的执行动作时间要求小于等于0.1秒，即在触电后5个周波内必须完成跳闸保护动作，因此，M取

中8个周期的数据作为当前运算窗口，依次移动窗口，每次移动间隔为1个周期。在当前窗口中，用后4个周期与前4个周期低频信号的差值作为识别的信号，并与实际测试值进行误差分析和相似性分析，进而分离出触电电流的幅值。

为了提高算法的可靠性，本发明在单片机电路的程序中设置了一个标志位Flag，Flag初始值为0，只有当连续移动三个周期分离出的触电电流都超过额定动作值时，即Flag等于3时，才会确定为触电事故，这样就避免了由于测试***的一些采样误差可能引起的误动作。

进一步地，本发明的剩余电流保护装置仍然保留了现有的工作模式，即本剩余电流保护装置设置有两种工作模式，一种是普通模式，一种是分离型模式。普通模式，即传统剩余电流保护装置的功能，当选择为该模式时，***的额定电流默认设置为30mA，当剩余电流

大小超过30mA时，设备将动作。分离型模式，即根据触电电流的幅值而发出跳闸指令的新模式，装置识别出触电电流并根据相应判据而使保护动作。装置默认的工作模式为分离型。且某些特殊的环境下，如：浴室，本装置的动作电流较一般情况下应较小，因此需要对额定动作电流与动作时间进行配置。

为了实现对工作模式及额定动作电流与动作时间的配置，本装置还包括：连接单片机电路的模式配置电路，如图2中的键盘电路，用户可通过键盘相关操作，设置工作模式，设置相应的额定动作电流与动作时间。该功能可提高该套***的稳定性与适应性。

进一步地，为了实现更好的人机交互，本装置还包括显示电路，如：液晶显示器等，在显示屏可显示实测的剩余电流的电流值和电压值、识别出的触电电流值、是否触电、工作模式设定、整定值设定等。并对三相四线供电***测量三相电流、零序电流4路电流信号，三相电压与零序电压4路信号，并对分离出的触电电流信号进行显示，实时存储选定时段的信号波形数据。

进一步地，本装置还包括通信接口电路，如：串口，可通过串口将采样数据发送至PC机，便于对采样数据作进一步分析。

本发明的剩余电流保护装置采用的部分硬件设备如下：

电源电路的芯片L7805CV与LM1117为可调式三端稳压器。Ui为经AC/DC转换后的9V电压，经L7805CV与LM1117转换后，在VDD与VCC处分别获得5V与3.3V稳定的直流电压，既满足串行通信、继电器输出等模块对电源的要求，也能为单片机电路和液晶显示器、串行存储器模块提供电源。

信号调理电路共包括信号放大与滤波电路两部分，选用的芯片为德州仪器生产的精密运算放大器OPA4374，该放大器输入偏置电流为10pA，输入失调电压为5mV，采用单电源供电。

单片机电路选用为美国TI公司的MSP430F149，该芯片内部含2kBRAM区，可用于快速存储采样数据，在8MHz晶体的驱动下，实现125ns的指令周期，自带12位模数转换模块(ADC12)，能够实现12位精度的模数转换，采样速度最高可达200kbps。

液晶显示电路采用的芯片为北京友力发科贸有限公司生产的图形点阵式液晶显示器YLF12232。

如图3所示，为本发明的剩余电流保护装置工作流程图，该装置在上电后进入***初始化；各个模块的初始化顺利完成后，进入单片机电路中的主程序循环，***的工作模式通过按键的相关操作确定，默认的为分离型模式。当选择为分离型模式时，***将进入数据采集、数据处理、分离算法等程序，最终分离出触电电流幅值；当触电电流小于设定的动作值时，继续主程序的循环；当触电电流大于设定的动作值时，***发出跳闸指令，结束循环。当选择为一般模式时，***将按照常规的剩余电流保护装置的工作原理运行，当剩余电流超过30mA时，***发出跳闸指令，结束循环，反之，则继续主程序的循环。以上按键操作、实测到的泄漏电流和分理出的触电电流幅值以及装置动作情况，都可以通过液晶显示程序，在液晶显示屏中显示。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种触电电流分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的触电电流分离方法，其特征在于，步骤S1中采用Daubechies系中的db11母小波对实时监测到的总泄漏电流进行小波多分辨率分解。

3.如权利要求1所述的触电电流分离方法，其特征在于，所述步骤S1中，进行小波多分辨率分解，分解尺度为6。

4.如权利要求1所述的触电电流分离方法，其特征在于，所述M为8。

5.如权利要求1所述的触电电流分离方法，其特征在于，依次移动所述窗口时，每次移动1个周期。

6.一种剩余电流保护装置，包括：单片机电路和执行电路，其特征在于，所述单片机电路用于按权利要求1～5中任一项所述的触电电流分离方法从接收到的总泄漏电流中分离出触电电流，并当所述触电电流幅值超过额定动作值时向所述执行电路发出跳闸执行指令。

7.如权利要求6所述的剩余电流保护装置，其特征在于，所述单片机电路检测到连续移动窗口三次分离出的触电电流都超过所述额定动作值时向所述执行电路发出跳闸执行指令。

8.如权利要求6所述的剩余电流保护装置，其特征在于，还包括模式配置电路，连接所述单片机电路，用于配置所述单片机的工作模式。

9.如权利要求6所述的剩余电流保护装置，其特征在于，还包括：与所述单片机电路连接的用于显示参数的显示电路。

10.如权利要求6所述的剩余电流保护装置，其特征在于，还包括：与所述单片机电路连接的用于与计算机通信的通信接口电路。