CN105977906B - 剩余电流保护方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种剩余电流保护方法和***，该方法包括：采集供电电网中的泄漏电流信号；对采集到的泄漏电流信号进行预处理；从预处理后的泄漏电流信号中分离生物体触电电流信号；判断分离出的生物体触电电流信号是否大于电流预设值，若是，则执行剩余电流保护跳闸动作。本发明提供的剩余电流保护方法和***中，采用从泄漏电流信号中分离出来的生物体触电电流信号进行判断，避免了由于漏电电流较大而造成误跳闸，提高了剩余电流保护的可靠性。同时采用电流预设值对是否真正有生物体触电进行判断，进而提高了判断的准确性。

Description

剩余电流保护方法和***

技术领域

本发明涉及剩余电流保护技术领域，尤其是一种剩余电流保护方法和一种剩余电流保护***。

背景技术

剩余电流保护技术作为电网末端一项重要的低压用电安全保护技术，可用于防止人身电击伤亡等事故的发生。

目前，在线运行的剩余电流保护装置将检测到的漏电电流有效值的大小作为是否执行跳闸动作的唯一判据。但实际经验表明，将泄漏电流有效值用于执行触电保护的判据存在着不可克服的缺陷。例如，当剩余电流保护装置运行在三相漏电流不平衡的电网上时，存在触电不灵敏相(即触电不保护死区)和过灵敏相(误动作区)，因此保护特性不理想，影响剩余电流保护装置的投运率和安全防护的可靠性。还有，我国的供电电网，特别是农村电网，由于电网、设备、用电功率、绝缘老化程度不同等原因，即便在正常运行方式下，电网供电回路的正常泄漏电流也可能达到几到几百毫安，超过剩余电流保护装置的整定值，出现误跳闸动作，大大降低了剩余电流保护装置的动作可靠性和正确投运率，甚至造成无法投运等问题。

上述缺陷表明以泄漏电流有效值的大小作为是否执行跳闸动作的判据会造成剩余电流保护装置误跳闸，特别是在没有人或动物发生触电时本不应该跳闸的电流保护装置因为漏电电流有效值较大造成误跳闸，降低了剩余电流保护的可靠性，影响了供电电网的正常供电。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何避免误跳闸，提高剩余电流保护的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种剩余电流保护方法和***。

第一方面，该方法包括：

采集供电电网中的泄漏电流信号；

对采集到的泄漏电流信号进行预处理；

从预处理后的泄漏电流信号中分离生物体触电电流信号，所述生物体触电电流信号用于判断是否有生物体发生触电；

判断分离出的生物体触电电流信号是否大于电流预设值，

若是，则执行剩余电流保护跳闸动作。

可选的，所述对采集到的漏电电流信号进行预处理，包括：

对采集到的泄漏电流信号进行去均值化处理；

对去均值化处理后的泄漏电流信号进行白化处理。

可选的，采用下式对采集到的漏电电流信号进行去均值化处理：

其中，n为在预设周期内采集到的泄漏电流信号的个数，x_i(t)为采集到的第i个泄漏电流信号，1≤i≤n，为对第i个漏电电流信号去均值化处理后的泄漏电流信号。

可选的，采用下式对去均值化处理后的泄漏电流信号进行白化处理：

其中，V为白化矩阵，为所述预设周期内所有去均值化处理后的漏电电流信号形成的信号向量，Z为信号向量白化处理后得到的信号向量。

可选的，采用下式计算所述白化矩阵V：

V＝D^-1/2E^T

其中，E为所述信号向量的相关矩阵R_x的特征矢量矩阵，D为所述信号向量的特征向量的对角矩阵，T为所述预设周期。

可选的，采用下式分离生物体触电电流信号：

Y＝WZ

其中，W为分离矩阵，Y为分离得到的生物体触电电流信号向量。

可选的，采用快速独立成分分析算法确定所述分离矩阵。

可选的，所述提取供电电网中的泄漏电流信号，包括：

利用零序电流互感器采集供电电网中的泄漏电流信号。

第二方面，该***包括：

采集模块，用于采集供电电网中的泄漏电流信号；

预处理模块，用于对采集到的泄漏电流信号进行预处理；

分离模块，用于从预处理后的泄漏电流信号中分离生物体触电电流信号，所述生物体触电电流信号用于判断是否有生物体发生触电；

判断模块，用于判断分离出的生物体触电电流信号是否大于电流预设值；

执行模块，用于在判定所述生物体触电电流信号大于所述电流预设值时，执行剩余电流保护跳闸动作。

可选的，所述预处理模块包括：

第一预处理单元，用于对所述采集模块采集到的泄漏电流信号进行去均值化处理；

第二预处理单元，用于对去均值化处理后的泄漏电流信号进行白化处理。

本发明提供的剩余电流保护方法和***中，通过对采集的泄漏电流信号进行预处理，以便于从泄漏电流信号中分离出生物体触电电流信号。采用从泄漏电流信号中分离出来的生物体触电电流信号而不是泄漏电流信号进行后续的判断，避免了由于漏电电流较大而造成误跳闸，提高了剩余电流保护的可靠性。同时采用电流预设值对是否真正有生物体触电进行判断，进而提高了判断的准确性。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征信息和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了根据本发明剩余电流保护方法一实施例的流程示意图；

图2示出了根据本发明剩余电流保护***一实施例的结构框图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明提供一种剩余电流保护方法，如图1所示，该方法包括：

步骤S1、采集供电电网中的泄漏电流信号；

步骤S2、对采集到的泄漏电流信号进行预处理；

步骤S3、从预处理后的泄漏电流信号中分离出生物体触电电流信号，所述生物体触电电流信号用于判断是否有生物体发生触电；

步骤S4、判断分离出的生物体触电电流信号是否大于电流预设值；

步骤S5、在判定所述生物体触电电流信号大于所述电流预设值时，执行剩余电流保护跳闸动作。

本发明提供的剩余电流保护方法，通过采集泄漏电流信号，并对漏电电流信号进行预处理，以便于从泄漏电流信号中分离出生物体触电电流信号。理论上讲，当无有生物体触电时，生物体触电电流信号为0。但是数据采集、处理等过程可能存在一定的误差等因素，分离出的生物体触电电流信号不一定是0，一般情况下是比较微弱的信号。当有生物体触电时，会产生生物体触电电流，该电流混合在所监测到的泄漏电流中，对泄漏电流进行分离后，会分离出较大的生物体触电电流信号。因此采用一个电流预设值对分离出的生物体触电电流信号进行判断，从而得知生物体触电电流信号是由于有生物体触电导致的，还是处理或计算等误差引起的，进而判断是否需要跳闸。实际上，电流预设值即为剩余电流保护装置的整定值。一旦生物体触电电流信号大于电流预设值，说明有生物体发生触电，此时需执行跳闸动作，进行剩余电流保护。由于剩余电流保护的动作时间极短，因此能够及时切断电源，避免生物体造成电击伤害或减小所受到的电击伤害。

可见，相较于现有技术中采用泄漏电流有效值判断的方法，本发明采用从漏电电流信号中分离出来的生物体触电电流信号进行判断，避免了由于漏电电流较大而造成误跳闸，提高了剩余电流保护的可靠性。同时采用电流预设值对是否真正有生物体触电进行判断，进而提高了判断的准确性。

在具体实施时，步骤S2可以包括图1中未示出的：

步骤S21、对采集到的泄漏电流信号进行去均值化处理；

步骤S22、对去均值化处理后的泄漏电流信号进行白化处理。

可见，预处理过程可以包括去均值化处理、白化处理，去均值化处理、白化处理便于对泄漏电流信号进行后续的分离工作。

在具体实施时，步骤S21可以采用下式进行去均值化处理：

其中，n为在预设周期内采集到的泄漏电流信号的个数，x_i(t)为采集到的第i个泄漏电流信号，1≤i≤n，为对第i个泄漏电流信号去均值化处理后的泄漏电流信号。

在实际应用中，可以采用2个或4个预设周期内的数据进行预处理，保证计算的准确性。另外，为了保证剩余电流保护的及时性，预设周期一般在10^-1秒量级。

在具体实施，步骤S22可以采用下式进行白化处理：

其中，V为白化矩阵，为所述预设周期内所有去均值化处理后的泄漏电流信号形成的信号向量，Z为信号向量白化处理后得到的信号向量。

经过白化矩阵的线性变换后，使输出的信号向量Z满足相关矩阵R_x为单位矩阵的条件。

在具体实施时，可以采用下式计算所述白化矩阵V：

V＝D^-1/2E^T

其中，E为所述信号向量的相关矩阵R_x的特征矢量矩阵，D为所述信号向量的特征向量的对角矩阵，T为所述预设周期。

不难理解的是，的相关矩阵为R_x＝EDE^T＝ED^1/2D^1/2E^T，相关矩阵之所以可以这样分解是因为相关矩阵为对称矩阵，且非小于0。其中D为正交矩阵。

在具体实施中，可以采用下式分离生物体触电电流信号：

Y＝WZ

其中，W为分离矩阵，Y为分离得到的生物体触电电流信号向量。

通过这个生物体触电电流信号向量中各个生物体触电电流信号与电流预设值的比较，若预设周期内有多个生物体触电电流信号均大于电流预设值，则可认定为有生物体发生触电。当仅有个别的一两个生物体触电电流信号大于电流预设值，则认定可能是由于采集、计算等原因造成的偏差。因此采用预设周期内多个数据进行判断可以提高判断的准确性，避免误跳闸，提高了剩余电流保护装置的可靠性。

在具体实施中，可以采用快速独立成分分析算法确定所述分离矩阵。快速独立成分分析算法(Fast-Independent Component Analysis)也称为固定点算法，是盲信号分离技术的一种，是一种快速的寻优迭代算法。该算法以负熵最大作为一个搜寻方向，可以实现顺序的提取独立源。独立源和负熵之间存在以下关系：

J(Y)为常数，为使互信息I(Y)最小，只需要找到一个合适的分离矩阵去最大化各自的边缘负熵，即满足最大。进而通过优化算法进行迭代得到最优的分离矩阵，从而在漏电电流信号中分离出生物体触电电流信号。

这里，采用快速独立成分分析算法分离得到的分离生物体触电电流信号不论从时域还是从频域，都保持了源信号的完整性，可以跳闸动作很好的判据。

在具体实施中，可以利用零序电流互感器采集供电电网中的泄漏电流信号。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种剩余电流保护***，如图2所示，该***100包括：

采集模块101，用于采集供电电网中的泄漏电流信号；

预处理模块102，用于对采集到的泄漏电流信号进行预处理；

分离模块103，用于从预处理后的泄漏电流信号中分离生物体触电电流信号；

判断模块104，用于判断分离出的生物体触电电流信号是否大于电流预设值，

执行模块105，用于在判定所述生物体触电电流信号大于所述电流预设值时，执行剩余电流保护跳闸动作。

可选的，所述预处理模块102包括：

第一预处理单元1021，用于对所述采集模块采集到的泄漏电流信号进行去均值化处理；

第二预处理单元1022，用于对去均值化处理后的泄漏电流信号进行白化处理。

本发明提供的剩余电流保护***可以是运行在剩余电流保护装置上的软件控制***，也可以是运行在剩余电流保护装置之外其他装置上的软件控制***，通过向剩余电流保护装置发出跳闸控制命令完成剩余电流保护跳闸动作。

本发明提供的剩余电流保护***为本发明提供的剩余电流保护方法的功能架构模块，其有关内容的说明、解释和有益效果等请参见本发明剩余电流保护方法中的相应部分，在此不再赘述。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (7)

1.一种剩余电流保护方法，其特征在于，包括：

采集供电电网中的泄漏电流信号；

对采集到的泄漏电流信号进行预处理，包括：对采集到的泄漏电流信号进行去均值化处理；对去均值化处理后的泄漏电流信号进行白化处理，并采用下式对采集到的泄漏电流信号进行去均值化处理：

其中，n为在预设周期内采集到的泄漏电流信号的个数，x_i(t)为采集到的第i个泄漏电流信号，1≤i≤n，为对第i个泄漏电流信号去均值化处理后的泄漏电流信号；

从预处理后的泄漏电流信号中分离出生物体触电电流信号，所述生物体触电电流信号用于判断是否有生物体发生触电；

判断分离出的生物体触电电流信号是否大于电流预设值，

若是，则执行剩余电流保护跳闸动作。

2.根据权利要求1所述的剩余电流保护方法，其特征在于，采用下式对去均值化处理后的泄漏电流信号进行白化处理：

其中，V为白化矩阵，为所述预设周期内所有去均值化处理后的泄漏电流信号形成的信号向量，Z为信号向量白化处理后得到的信号向量。

3.根据权利要求2所述的剩余电流保护方法，其特征在于，采用下式计算所述白化矩阵V：

V＝D^-1/2E^T

其中，E为所述信号向量的相关矩阵R_x的特征矢量矩阵，D为所述信号向量的特征向量的对角矩阵，T为所述预设周期。

4.根据权利要求2所述的剩余电流保护方法，其特征在于，采用下式分离出所述生物体触电电流信号：

Y＝WZ

其中，W为分离矩阵，Y为分离得到的生物体触电电流信号向量。

5.根据权利要求4所述的剩余电流保护方法，其特征在于，采用快速独立成分分析算法确定所述分离矩阵。

6.根据权利要求1-5任一所述的剩余电流保护方法，其特征在于，所述提取供电电网中的泄漏电流信号，包括：

利用零序电流互感器采集供电电网中的泄漏电流信号。

7.一种剩余电流保护***，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集供电电网中的泄漏电流信号；

预处理模块，用于对采集到的泄漏电流信号进行预处理；

分离模块，用于从预处理后的泄漏电流信号中分离生物体触电电流信号，所述生物体触电电流信号用于判断是否有生物体发生触电；

判断模块，用于判断分离出的生物体触电电流信号是否大于电流预设值；

执行模块，用于在判定所述生物体触电电流信号大于所述电流预设值时，执行剩余电流保护跳闸动作；

所述预处理模块包括：

第一预处理单元，用于对所述采集模块采集到的泄漏电流信号进行去均值化处理，并采用下式对采集到的泄漏电流信号进行去均值化处理：

其中，n为在预设周期内采集到的泄漏电流信号的个数，x_i(t)为采集到的第i个泄漏电流信号，1≤i≤n，为对第i个泄漏电流信号去均值化处理后的泄漏电流信号；

第二预处理单元，用于对去均值化处理后的泄漏电流信号进行白化处理。