CN111243226A - 单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估方法及***，包括电流传感器、LED报警灯、多音喇叭、投影灯、电源模块、中央处理单元、放大电路；电源模块与中央处理单元相连；中央处理单元分别与电流传感器、故障LED报警灯、投影灯、放大电路相连；放大电路还与多音喇叭相连；本发明通过电流传感器测量单相断线经杆塔接地的故障电流，并输入至中央处理单元进行跨步电压计算，根据人体可承受的电流进行跨步电压危险区域划分；此外，本发明还能通过LED报警灯和多音喇叭进行报警，并在地面投影出相应的危险区域，易于推广应用。

Description

单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估方法及***

技术领域

本发明属于电力***接地分析技术领域，具体涉及一种单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估方法及***。

背景技术

配网是电力***的核心部分，其稳定可靠运行与用电可靠用电以及人们的人身安全息息相关。单相接地故障在配网的所有故障中占据了相当大的一部分，在发生单相经杆塔接地故障时，***的带病运行会造成入地电流持续存在，势必会严重威胁到人身安全，甚至会造成生命危险。

解决配网单相断线故障一直是一项难题。目前国内外已有许多针对的单相接地故障的研究，主要集中在接地电阻测试、跨步电压和接触电压分布计算等等，而缺乏对人身安全的评估报警***或方法的研究。为了有效的保障人身安全，急需一种智能的多样化报警方法，能够对故障区域内发生触电危险的情况进行评估，并及时发出风险预警。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估方法及***。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估***，包括电流传感器、L ED报警灯、多音喇叭、投影灯、电源模块、中央处理单元、放大电路；

电源模块与中央处理单元相连；

中央处理单元分别与电流传感器、故障LED报警灯、投影灯、放大电路相连；

放大电路还与多音喇叭相连；

中央处理单元用于根据电流传感器采集的数据进行计算；计算方法如下：

(1)计算故障杆塔周围土壤区域的任意P_i点电位值V_Pi：

设杆塔的口字形接地装置二的总周长为L，将L划分成n个大小相同的微段，令第j微段的长度为L_j，由此在杆塔附近土壤区域任意P_i点产生电位值V_Pi由下式计算：

①当P_i点位于口字形接地装置正上方区域外时：

②当P_i点位于口字形接地装置正上方区域内时，将微段j分成m个大小相等的微分段：

式(1)～(3)中，R_Pj为互电阻，其值定义为第j微段施加单位电流源时在点P_i产生的电位；由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率；h₀为接触层厚度；I为流入口字形接地装置的总电流；ρ为土壤电阻率；r和r’分别为点P_i与第j微段中心点及其镜像点的距离，r、r’>>L_j；k表示微段j第k个微分段，d_j ^k为由微段j第k个微分段流入土壤的电流；a为口字形接地装置的导体半径，b为第k个微分段长度；以口字形接地装置几何中心为坐标原点，沿输电线路向前一杆塔延伸画x坐标轴，沿x坐标轴逆时针旋转90度画y坐标轴，垂直于土壤表面画z坐标轴，x₀、 y₀、z₀分别为第j微段中心点的位置坐标，x₁、y₁、z₁分别为P_i点的位置坐标； K₀和K₁分别为零阶和一阶第二类修正贝塞尔函数；λ为积分变量；g为计算点个数，c为修正系数；

(2)经任意相距为1m的P(p₁，q₁，r₁)、Q(p₂，q₂，r₂)两点的电位差计算经过人体的电流值I_P：

式(5)中，V_P、V_Q分别为P、Q两点的电位；R_in为人体内部电阻，R₀为人体皮肤电阻；b₁为人体等效接地半径；

式(6)中，D为P、Q两点到口字形接地装置中心的水平距离的最大值；

(3)根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：

当I_P＝100mA时，对应P、Q两点计算D＝D₁；同理当I_P＝25mA时，D＝D₂； I_P＝6mA时，D＝D₃；I_P＝1mA时，D＝D₄；

当I_P>100mA，即D<D₁时，该区域为一等危险，导致死亡；当25<I_P<100m A，即D₁<D<D₂时，该区域为二等危险，导致肌肉收缩，呼吸困难；当6<I_P<25 mA，即D₂<D<D₃时，该区域为三等危险，导致疼痛难耐；当1<I_P<6mA，即D₃ <D<D₄时，该区域为四等危险，导致轻微刺痛；当I_P<1mA，即D>D₄时，该区域为安全区域；

之后根据计算结果，通过LED报警灯进行光报警，并通过投影灯投影出各个区域进行警示；

放大电路用于将中央处理单元传来的音频信号放大，之后通过多音喇叭进行声音报警。

进一步，优选的是，电源模块包括太阳能板、电池和电源保护电路；

太阳能板、电源保护电路分别与电池相连。

进一步，优选的是，电池为可充放电的锂电池。

进一步，优选的是，投影灯以不同颜色圆环的形式投影出各个区域进行警示。

进一步，优选的是，还包括无线传输模块；

无线传输模块与中央处理单元相连，用于将故障信息无线上传至电力部门。

进一步，优选的是，c值通过以下算法进行计算：

(A)初始化：设置进化代数计数器G₀＝0，设置最大进化代数G＝100，随机生成50个不同c值作为初始群体P(0)；

(B)个体评价：依据下式计算群体中每个个体的适应度f(c)；

其中，V’_Pi是点P_i的现有理论计算电位；

(C)遗传运算：根据群体中每个个体的适应度，进行选择、交叉和变异操作，产生新一代的个体；

(D)若G₀≤G，则G₀＝G₀+1，转到步骤(B)；若G₀＞G，则以此进化过程中所得到的具有最大适应度的个体c作为最优解输出，终止计算。

单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估方法，包括如下步骤：

(1)计算故障杆塔周围土壤区域的任意P_i点电位值V_Pi：

设杆塔的口字形接地装置二的总周长为L，将L划分成n个大小相同的微段，令第j微段的长度为L_j，由此在杆塔附近土壤区域任意P_i点产生电位值V_Pi由下式计算：

①当P_i点位于口字形接地装置正上方区域外时：

②当P_i点位于口字形接地装置正上方区域内时，将微段j分成m个大小相等的微分段：

式(1)～(3)中，R_Pj为互电阻，其值定义为第j微段施加单位电流源时在点P_i产生的电位；由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率；h₀为接触层厚度；I为流入口字形接地装置的总电流；ρ为土壤电阻率；r和r’分别为点P_i与第j微段中心点及其镜像点的距离，r、r’>>L_j；k表示微段j第k个微分段，d_j ^k为由微段j第k个微分段流入土壤的电流；a为口字形接地装置的导体半径，b为第k个微分段长度；以口字形接地装置几何中心为坐标原点，沿输电线路向前一杆塔延伸画x坐标轴，沿x坐标轴逆时针旋转90度画y坐标轴，垂直于土壤表面画z坐标轴，x₀、 y₀、z₀分别为第j微段中心点的位置坐标，x₁、y₁、z₁分别为P_i点的位置坐标； K₀和K₁分别为零阶和一阶第二类修正贝塞尔函数；λ为积分变量；g为计算点个数，c为修正系数；

(2)经任意相距为1m的P(p₁，q₁，r₁)、Q(p₂，q₂，r₂)两点的电位差计算经过人体的电流值I_P：

式(5)中，V_P、V_Q分别为P、Q两点的电位；R_in为人体内部电阻，R₀为人体皮肤电阻；b₁为人体等效接地半径；

式(6)中，D为P、Q两点到口字形接地装置中心的水平距离的最大值；

(3)根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：

当I_P＝100mA时，对应P、Q两点计算D＝D₁；同理当I_P＝25mA时，D＝D₂； I_P＝6mA时，D＝D₃；I_P＝1mA时，D＝D₄；

当I_P>100mA，即D<D₁时，该区域为一等危险，导致死亡；当25<I_P<100m A，即D₁<D<D₂时，该区域为二等危险，导致肌肉收缩，呼吸困难；当6<I_P<25 mA，即D₂<D<D₃时，该区域为三等危险，导致疼痛难耐；当1<I_P<6mA，即D₃ <D<D₄时，该区域为四等危险，导致轻微刺痛；当I_P<1mA，即D>D₄时，该区域为安全区域；

进一步，优选的是，c值通过以下算法进行计算：

(A)初始化：设置进化代数计数器G₀＝0，设置最大进化代数G＝100，随机生成50个不同c值作为初始群体P(0)；

(B)个体评价：依据下式计算群体中每个个体的适应度f(c)；

其中，V’_Pi是点P_i的真实样本计算电位；

(C)遗传运算：根据群体中每个个体的适应度，采用MATLAB默认的选择、交叉和变异操作，产生新一代的个体；

(D)若G₀≤G，则G₀＝G₀+1，转到步骤(B)；若G₀＞G，则以此进化过程中所得到的具有最大适应度的个体c作为最优解输出，终止计算。

当I_P>100mA，即D<D₁时，该区域为一等危险，导致死亡；当25<I_P<100m A，即D₁<D<D₂时，该区域为二等危险，导致肌肉收缩，呼吸困难；当6<I_P<25 mA，即D₂<D<D₃时，该区域为三等危险，导致疼痛难耐；当1<I_P<6mA，即D₃ <D<D₄时，该区域为四等危险，导致轻微刺痛；当I_P<1mA，即D>D₄时，该区域为安全区域；

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

1)能有效模拟配电网发生断线接地故障实际情况；

2)能对输电线路断线接杆塔故障下周边土壤的电位进行有效计算；

3)在计算地表电位时能够充分考虑人体等值电路和接触电阻的影响。

4)能够对引起人体发生触电事故的危险区域进行划分；

5)通过报警装置能对危险情况进行声光报警，并在地面进行危险区域投影，报警方式新颖有效。

附图说明

图1是本发明***结构示意图；

图2是实施例中本发明***使用时的结构示意图；

图3是本发明***安装结构示意图；

其中，1、一号杆塔；2、二号杆塔；3、三号杆塔；4、输电线一；5、输电线二；6、断线一；7、断线二；8、输电线三；9、输电线四；10、输电线五；1 1、口字形接地装置一；12、口字形接地装置二；13、口字形接地装置三；14、均匀土壤；15、本发明***；

100、壳体；101、电流传感器；102、紧固件一；103、紧固件二；104、LE D报警灯；105、多音喇叭；106、投影灯；107、太阳能板；108、无线传输模块；109、支撑杆；110、螺丝一；111、螺丝二；112、螺丝三；113、螺丝四；2 00、内部电路；201、电源模块；202、中央处理单元；203、电池；204、电源保护电路；205、放大电路。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1所示，一种单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估***，包括电流传感器101、LED报警灯104、多音喇叭105、投影灯106、电源模块201、中央处理单元202、放大电路205；

电源模块201与中央处理单元202相连；

中央处理单元202分别与电流传感器101、故障LED报警灯104、投影灯1 06、放大电路205相连；

放大电路205还与多音喇叭105相连；

中央处理单元202用于根据电流传感器101采集的数据进行计算；计算方法如下：

(1)计算故障杆塔周围土壤区域的任意P_i点电位值V_Pi：

设杆塔的口字形接地装置二的总周长为L，将L划分成n个大小相同的微段，令第j微段的长度为L_j，由此在杆塔附近土壤区域任意P_i点产生电位值V_Pi由下式计算：

①当P_i点位于口字形接地装置正上方区域外时：

②当P_i点位于口字形接地装置正上方区域内时，将微段j分成m个大小相等的微分段：

式(1)～(3)中，R_Pj为互电阻，其值定义为第j微段施加单位电流源时在点P_i产生的电位；由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率；h₀为接触层厚度；I为流入口字形接地装置的总电流；ρ为土壤电阻率；r和r’分别为点P_i与第j微段中心点及其镜像点的距离，r、r’>>L_j；k表示微段j第k个微分段，d_j ^k为由微段j第k个微分段流入土壤的电流；a为口字形接地装置的导体半径，b为第k个微分段长度；以口字形接地装置几何中心为坐标原点，沿输电线路向前一杆塔延伸画x坐标轴，沿x坐标轴逆时针旋转90度画y坐标轴，垂直于土壤表面画z坐标轴，x₀、 y₀、z₀分别为第j微段中心点的位置坐标，x₁、y₁、z₁分别为P_i点的位置坐标； K₀和K₁分别为零阶和一阶第二类修正贝塞尔函数；λ为积分变量；g为计算点个数，c为修正系数；

c值通过以下算法进行计算：

(A)初始化：设置进化代数计数器G₀＝0，设置最大进化代数G＝100，随机生成50个不同c值作为初始群体P(0)；

(B)个体评价：依据下式计算群体中每个个体的适应度f(c)；

其中，V’_Pi是点P_i的现有理论计算电位；

(C)遗传运算：根据群体中每个个体的适应度，采用MATLAB默认的进行选择、交叉和变异，产生新一代的个体；

(D)若G₀≤G，则G₀＝G₀+1，转到步骤(B)；若G₀＞G，则以此进化过程中所得到的具有最大适应度的个体c作为最优解输出，终止计算；

(2)经任意相距为1m的P(p₁，q₁，r₁)、Q(p₂，q₂，r₂)两点的电位差计算经过人体的电流值I_P：

式(5)中，V_P、V_Q分别为P、Q两点的电位；R_in为人体内部电阻，R₀为人体皮肤电阻；b₁为人体等效接地半径；

式(6)中，D为P、Q两点到口字形接地装置中心的水平距离的最大值；

(3)根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：

当I_P＝100mA时，对应P、Q两点计算D＝D₁；同理当I_P＝25mA时，D＝D₂； I_P＝6mA时，D＝D₃；I_P＝1mA时，D＝D₄；

当I_P>100mA，即D<D₁时，该区域为一等危险，导致死亡；当25<I_P<100m A，即D₁<D<D₂时，该区域为二等危险，导致肌肉收缩，呼吸困难；当6<I_P<25 mA，即D₂<D<D₃时，该区域为三等危险，导致疼痛难耐；当1<I_P<6mA，即D₃ <D<D₄时，该区域为四等危险，导致轻微刺痛；当I_P<1mA，即D>D₄时，该区域为安全区域；

之后根据计算结果，通过LED报警灯104进行光报警，并通过投影灯106 投影出各个区域进行警示；

放大电路205用于将中央处理单元202传来的音频信号放大，之后通过多音喇叭105进行声音报警。

优选，电源模块201包括太阳能板107、电池203和电源保护电路204；

太阳能板107、电源保护电路204分别与电池203相连。

电源保护电路204用于保护电源

优选，电池203为可充放电的锂电池。

优选，投影灯106以不同颜色圆环的形式投影出各个区域进行警示。

优选，还包括无线传输模块108；

无线传输模块108与中央处理单元202相连，用于将故障信息无线上传至电力部门。

应用实例

如图2～图3所示，输电线一4和输电线三8、输电线二5和输电线四9为正常状态下的A、B两相输电线路，输电线五10为正常状态下的C相输电线路，所述断线一6和断线二7为断线状态下的C相输电线路，其中断线一6悬空，而断线二7与二号杆塔2相接触，故障电流通过接地装置二12进行散流；

一号杆塔1、二号杆塔2、三号杆塔3通过输电线一4、输电线二5、输电线三8、输电线四9、输电线五10互相连接，所述一号杆塔1、二号杆塔2和三号杆塔3塔脚分别与口字形接地装置一11、口字形接地装置二12和口字形接地装置三13连接；

所述电流传感器101固定在二号杆塔2塔脚，可采集输电线路单相断线接杆塔后的入地电流大小；优选，电流传感器101将电流数据通过BNC连接器传输至中央处理单元202。

太阳能板107安装在壳体100的右侧；投影灯106安装在壳体100的正下方，与壳体100的底部相连；LED报警灯104和无线传输模块108安装在壳体1 00外顶部；多音喇叭105安装在壳体100的前表面的下部。电池203、电源保护电路204、中央处理单元202、放大电路205安装在壳体100内。

投影灯106通过支撑杆109与壳体100的底部相连；支撑杆109的上端通过螺丝三112和螺丝四113与壳体100的底部固定连接；支撑杆109的下端通过螺丝一110和螺丝二111与投影灯106固定连接。即投影灯106悬挂在壳体1 00的正下方；

还包括紧固件一102与紧固件二103，紧固件一102与紧固件二103均安装在壳体100左侧，并固定在二号杆塔2上。

无线传输模块108、电源模块201、中央处理单元202、放大电路205共同组成内部电路200。

计算故障杆塔周围土壤区域的任意P_i点电位值V_Pi：

当配网线路发生单相断线经二号杆塔2接地时，故障电流I通过二号杆塔2 经由口字形接地装置二12流散至均匀土壤14中，口字形接地装置二12的总周长为L，将L划分成n个大小相同的微段，令第j微段的长度为L_j，由此在二号杆塔2附近土壤区域任意P_i点产生电位值V_Pi由下式计算：

③当P_i点位于口字形接地装置二12正上方区域外时：

④当P_i点位于口字形接地装置正上方区域内时，将微段j分成m个大小相等的微分段：

式(1)～(3)中，R_Pj为互电阻，其值定义为第j微段施加单位电流源时在点P_i产生的电位；由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率；h₀为接触层厚度；I为流入口字形接地装置的总电流；ρ为土壤电阻率；r和r’分别为点P_i与第j微段中心点及其镜像点的距离，r、r’>>L_j；k表示微段j第k个微分段，d_j ^k为由微段j第k个微分段流入土壤的电流；a为口字形接地装置的导体半径，b为第k个微分段长度；以口字形接地装置二12几何中心为坐标原点，沿输电线路向一号杆塔1延伸画 x坐标轴，沿x坐标轴逆时针旋转90度画y坐标轴，垂直于土壤表面画z坐标轴，x₀、y₀、z₀分别为第j微段中心点的位置坐标，x₁、y₁、z₁分别为P_i点的位置坐标；K₀和K₁分别为零阶和一阶第二类修正贝塞尔函数；λ为积分变量；g 为计算点个数，c为修正系数；

c值通过以下算法进行计算：

(A)初始化：设置进化代数计数器G₀＝0，设置最大进化代数G＝100，随机生成50个不同c值作为初始群体P(0)；

(B)个体评价：依据下式计算群体中每个个体的适应度f(c)；

其中，V’_Pi是点P_i的现有理论计算电位；

(C)遗传运算：根据群体中每个个体的适应度，采用MATLAB默认的进行选择、交叉和变异，产生新一代的个体；

(D)若G₀≤G，则G₀＝G₀+1，转到步骤(B)；若G₀＞G，则以此进化过程中所得到的具有最大适应度的个体c作为最优解输出，终止计算；

经任意相距为1m的P(p₁，q₁，r₁)、Q(p₂，q₂，r₂)两点的电位差计算经过人体的电流值I_P：

式(11)中，V_P、V_Q分别为P、Q两点的电位；R_in为人体内部电阻，R₀为人体皮肤电阻；b₁为人体等效接地半径；

式(12)中，D为P、Q两点到口字形接地装置中心的水平距离的最大值；

根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：

当I_P＝100mA时，对应P、Q两点计算D＝D₁；同理当I_P＝25mA时，D＝D₂； I_P＝6mA时，D＝D₃；I_P＝1mA时，D＝D₄；

当I_P>100mA，即D<D₁时，该区域为一等危险，导致死亡；当25<I_P<100m A，即D₁<D<D₂时，该区域为二等危险，导致肌肉收缩，呼吸困难；当6<I_P<25 mA，即D₂<D<D₃时，该区域为三等危险，导致疼痛难耐；当1<I_P<6mA，即D₃ <D<D₄时，该区域为四等危险，导致轻微刺痛；当I_P<1mA，即D>D₄时，该区域为安全区域；

假设故障电流I＝10A，土壤电阻率ρ＝100Ω.m，口字形接地装置边长为1m，半径a为0.08m，埋深0.8m，则L＝4*1＝4m，将L平均分成40个微段，则微段长度为0.1m，将每个微段分成两个微分段，则微分段长度为b＝0.05m，接触层厚度h₀＝0.002m，接触层电阻率ρ₀＝300Ω.m。随机选取10个点计算其地表电位，优化得出c＝0.8534。

选取P点坐标为(3,0,0.8)，位于接地装置正上方；Q点坐标为(4,0,0.8)；解得V_P≈40.7V，V_Q≈31.49V；

假设皮肤电阻R₀为250Ω，由式(11)得I_P＝7.02mA；

由式(12)得D＝4m，6<I_P<25mA，此区域为三等危险区域，会导致疼痛难耐。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估***，其特征在于，包括电流传感器(101)、LED报警灯(104)、多音喇叭(105)、投影灯(106)、电源模块(201)、中央处理单元(202)、放大电路(205)；

电源模块(201)与中央处理单元(202)相连；

中央处理单元(202)分别与电流传感器(101)、故障LED报警灯(104)、投影灯(106)、放大电路(205)相连；

放大电路(205)还与多音喇叭(105)相连；

中央处理单元(202)用于根据电流传感器(101)采集的数据进行计算；计算方法如下：

(1)计算故障杆塔周围土壤区域的任意P_i点电位值V_Pi：

设杆塔的口字形接地装置二的总周长为L，将L划分成n个大小相同的微段，令第j微段的长度为L_j，由此在杆塔附近土壤区域任意P_i点产生电位值V_Pi由下式计算：

①当P_i点位于口字形接地装置正上方区域外时：

②当P_i点位于口字形接地装置正上方区域内时，将微段j分成m个大小相等的微分段：

式(1)～(3)中，R_Pj为互电阻，其值定义为第j微段施加单位电流源时在点P_i产生的电位；由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率；h₀为接触层厚度；I为流入口字形接地装置的总电流；ρ为土壤电阻率；r和r’分别为点P_i与第j微段中心点及其镜像点的距离，r、r’>>L_j；k表示微段j第k个微分段，d_j ^k为由微段j第k个微分段流入土壤的电流；a为口字形接地装置的导体半径，b为第k个微分段长度；以口字形接地装置几何中心为坐标原点，沿输电线路向前一杆塔延伸画x坐标轴，沿x坐标轴逆时针旋转90度画y坐标轴，垂直于土壤表面画z坐标轴，x₀、y₀、z₀分别为第j微段中心点的位置坐标，x₁、y₁、z₁分别为P_i点的位置坐标；K₀和K₁分别为零阶和一阶第二类修正贝塞尔函数；λ为积分变量；g为计算点个数，c为修正系数；

(2)经任意相距为1m的P(p₁，q₁，r₁)、Q(p₂，q₂，r₂)两点的电位差计算经过人体的电流值I_P：

式(5)中，V_P、V_Q分别为P、Q两点的电位；R_in为人体内部电阻，R₀为人体皮肤电阻；b₁为人体等效接地半径；

式(6)中，D为P、Q两点到口字形接地装置中心的水平距离的最大值；

(3)根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：

当I_P＝100mA时，对应P、Q两点计算D＝D₁；同理当I_P＝25mA时，D＝D₂；I_P＝6mA时，D＝D₃；I_P＝1mA时，D＝D₄；

当I_P>100mA，即D<D₁时，该区域为一等危险，导致死亡；当25<I_P<100mA，即D₁<D<D₂时，该区域为二等危险，导致肌肉收缩，呼吸困难；当6<I_P<25mA，即D₂<D<D₃时，该区域为三等危险，导致疼痛难耐；当1<I_P<6mA，即D₃<D<D₄时，该区域为四等危险，导致轻微刺痛；当I_P<1mA，即D>D₄时，该区域为安全区域；

之后根据计算结果，通过LED报警灯(104)进行光报警，并通过投影灯(106)投影出各个区域进行警示；

放大电路(205)用于将中央处理单元(202)传来的音频信号放大，之后通过多音喇叭(105)进行声音报警。

2.根据权利要求1所述的单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估***，其特征在于，电源模块(201)包括太阳能板(107)、电池(203)和电源保护电路(204)；

太阳能板(107)、电源保护电路(204)分别与电池(203)相连。

3.根据权利要求2所述的单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估***，其特征在于，电池(203)为可充放电的锂电池。

4.根据权利要求1所述的单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估***，其特征在于，投影灯(106)以不同颜色圆环的形式投影出各个区域进行警示。

5.根据权利要求1所述的单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估***，其特征在于，还包括无线传输模块(108)；

无线传输模块(108)与中央处理单元(202)相连，用于将故障信息无线上传至电力部门。

6.根据权利要求1所述的单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估***，其特征在于，c值通过以下算法进行计算：

(A)初始化：设置进化代数计数器G₀＝0，设置最大进化代数G＝100，随机生成50个不同c值作为初始群体P(0)；

(B)个体评价：依据下式计算群体中每个个体的适应度f(c)；

其中，V’_Pi是点P_i的现有理论计算电位；

(C)遗传运算：根据群体中每个个体的适应度，进行选择、交叉和变异操作，产生新一代的个体；

(D)若G₀≤G，则G₀＝G₀+1，转到步骤(B)；若G₀＞G，则以此进化过程中所得到的具有最大适应度的个体c作为最优解输出，终止计算。

7.单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)计算故障杆塔周围土壤区域的任意P_i点电位值V_Pi：

设杆塔的口字形接地装置二的总周长为L，将L划分成n个大小相同的微段，令第j微段的长度为L_j，由此在杆塔附近土壤区域任意P_i点产生电位值V_Pi由下式计算：

①当P_i点位于口字形接地装置正上方区域外时：

②当P_i点位于口字形接地装置正上方区域内时，将微段j分成m个大小相等的微分段：

式(1)～(3)中，R_Pj为互电阻，其值定义为第j微段施加单位电流源时在点P_i产生的电位；由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率；h₀为接触层厚度；I为流入口字形接地装置的总电流；ρ为土壤电阻率；r和r’分别为点P_i与第j微段中心点及其镜像点的距离，r、r’>>L_j；k表示微段j第k个微分段，d_j ^k为由微段j第k个微分段流入土壤的电流；a为口字形接地装置的导体半径，b为第k个微分段长度；以口字形接地装置几何中心为坐标原点，沿输电线路向前一杆塔延伸画x坐标轴，沿x坐标轴逆时针旋转90度画y坐标轴，垂直于土壤表面画z坐标轴，x₀、y₀、z₀分别为第j微段中心点的位置坐标，x₁、y₁、z₁分别为P_i点的位置坐标；K₀和K₁分别为零阶和一阶第二类修正贝塞尔函数；λ为积分变量；g为计算点个数，c为修正系数；

(2)经任意相距为1m的P(p₁，q₁，r₁)、Q(p₂，q₂，r₂)两点的电位差计算经过人体的电流值I_P：

式(5)中，V_P、V_Q分别为P、Q两点的电位；R_in为人体内部电阻，R₀为人体皮肤电阻；b₁为人体等效接地半径；

式(6)中，D为P、Q两点到口字形接地装置中心的水平距离的最大值；

(3)根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：

当I_P＝100mA时，对应P、Q两点计算D＝D₁；同理当I_P＝25mA时，D＝D₂；I_P＝6mA时，D＝D₃；I_P＝1mA时，D＝D₄；

当I_P>100mA，即D<D₁时，该区域为一等危险，导致死亡；当25<I_P<100mA，即D₁<D<D₂时，该区域为二等危险，导致肌肉收缩，呼吸困难；当6<I_P<25 mA，即D₂<D<D₃时，该区域为三等危险，导致疼痛难耐；当1<I_P<6mA，即D₃<D<D₄时，该区域为四等危险，导致轻微刺痛；当I_P<1mA，即D>D₄时，该区域为安全区域。

8.根据权利要求7所述的单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估方法，其特征在于，c值通过以下算法进行计算：

(A)初始化：设置进化代数计数器G₀＝0，设置最大进化代数G＝100，随机生成50个不同c值作为初始群体P(0)；

(B)个体评价：依据下式计算群体中每个个体的适应度f(c)；

其中，V’_Pi是点P_i的真实样本计算电位；

(C)遗传运算：根据群体中每个个体的适应度，采用MATLAB默认的选择、交叉和变异操作，产生新一代的个体；

(D)若G₀≤G，则G₀＝G₀+1，转到步骤(B)；若G₀＞G，则以此进化过程中所得到的具有最大适应度的个体c作为最优解输出，终止计算。

Images