专利名称：剩余电流监控报警方法、系统与探测控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及剩余电流式电气火灾监控技术领域，特别涉及一种剩余电流监控报警 方法、系统与探测控制器。
背景技术：
剩余电流式电气火灾监控系统是近些年出现的一个新产品，设置在低压配电系统 中，核心功能为防范电气火灾。鉴于我国近十几年电气火灾的严峻形势以及社会各界防范 火灾意识的明显提升，剩余电流式电气火灾监控报警系统的应用发展非常迅速，尤其在公 共建筑和高层建筑中的应用非常普遍。剩余电流式电气火灾监控系统在防范电气火灾方面 的作用已经逐步得到了各方的认可，具有非常好的应用前景。剩余电流式电气火灾监控系统实时监控被保护回路的剩余电流，一旦探测到的剩 余电流超过设定的报警阈值，则发出报警信号，报警原理十分简单。也正是因为报警算法简 单，没有智能化的考虑，剩余电流式电气火灾监控系统在报警准确性、可靠性方面存在着不 小的缺陷，实际使用中存在漏报警和误报警的情况，必须进行完善。现有剩余电流式电气火灾监控系统采用固定报警阈值这一简单报警算法，是系统 频繁出现误报警和漏报警的本质原因。报警阈值的设定与被保护配电系统正常剩余电流的 变化特点没有任何关系，而且一旦设定好，则无法自动改变，必须人工重新设定。固定报警阈值从根本上说有以下两个方面的缺点(1)报警阈值设置不当图1为现有技术剩余电流报警原理示意图之一。如图1所示，若报警阈值设置过 高(报警设定值2)，远远超过正常剩余电流的最大值，即使配电系统在B点所在区域出现了 异常剩余电流，但由于没有超过报警阈值，系统不会报警，从而导致漏报警；若报警阈值设 置过低(报警设定值1)，配电系统中正常剩余电流增大到最大值附近时，如A点所在区域， 又易造成误报警。(2)相对报警灵敏度不一致图2为现有技术剩余电流报警原理示意图之二。如果把报警阈值与正常剩余电流 值的差值定义为相对报警灵敏度(图2中的Ahl和Ah2)，在固定报警阈值情况下，其相对 报警灵敏度并不是时刻保持一致，而是随着剩余电流的正常波动而变化。图2以报警设定 值1为参照阈值，A点区域和B点区域的相对报警灵敏度相差比较大，这同样可能引起误报 警和漏报警。低负荷运行时(图2中A点所在平坦区域)，即使出现了异常剩余电流，也可 能由于Ahl过大而无法报警；当高负荷运行时(图2中B点所在区域)，即使没有异常剩 余电流，由于Ah2过小，正常剩余电流的小幅波动也可能导致报警。通过以上分析可以看出，现有技术之所以存在漏报警和误报警是由固定报警阈值 的先天不足所决定的，不改变固定报警阈值算法，就无法消除剩余电流式电气火灾监控系 统频繁出现的误报警和漏报警。
发明内容
本发明的目的是提供一种剩余电流监控报警方法、装置与系统。该方法、装置与系 统能够动态确定剩余电流报警阈值，有效解决了现有技术由于采用固定报警阈值而造成的 漏报警和误报警的问题。本发明一实施例提供一种剩余电流监控报警方法，所述方法包括采集被监控回 路的三相负荷电流值和剩余电流值；根据采集的负荷电流值和剩余电流值，生成并存储每 个采集时间点的剩余电流相对值；对预设时长内的多个剩余电流相对值进行统计分析，生 成并存储所述多个剩余电流相对值的统计学参数；根据监控时间点之前存储的所述剩余电 流相对值和所述统计学参数，生成监控时间点的报警阈值；根据生成的报警阈值对所述监 控回路的剩余电流进行监控报警。本发明另一实施例提供一种剩余电流监控报警系统，所述系统包括集中控制器、 总线隔离器、探测控制器、电流探测器以及剩余电流探测器；所述集中控制器通过总线隔 离器连接探测控制器；所述探测控制器连接所述电流探测器和剩余电流探测器；所述电流 探测器，用于采集三相负荷电流；所述剩余电流探测器，用于采集剩余电流；所述探测控制 器，用于根据采集的负荷电流值和剩余电流值，生成并存储每个采集时间点的剩余电流相 对值；对预设时长内的多个剩余电流相对值进行统计分析，生成并存储所述多个剩余电流 相对值的统计学参数；根据监控时间点之前存储的所述剩余电流相对值和所述统计学参 数，生成监控时间点的报警阈值；根据生成的报警阈值对所述监控回路的剩余电流进行监 控报警。本发明又一实施例提供一种探测控制器，所述探测控制器包括采集处理单元，用 于根据采集的三相负荷电流值和剩余电流值，生成并存储每个采集时间点的剩余电流相对 值；统计分析单元，用于对预设时长内的多个剩余电流相对值进行统计分析，生成并存储所 述多个剩余电流相对值的统计学参数；阈值生成单元，用于根据监控时间点之前存储的所 述剩余电流相对值和所述统计学参数，生成监控时间点的报警阈值；监控报警单元，用于根 据生成的报警阈值对所述监控回路的剩余电流进行监控报警。本发明的剩余电流监控报警方法、装置与系统，在智能学习的基础上来动态确定 报警阈值，充分考虑了被保护对象正常剩余电流变化的自身特点。采用本实施例的方法、装 置与系统确定的剩余电流报警阈值更为合理、也更为科学，能够避免现有固定报警阈值引 起的漏报警和误报警。
图1为现有技术剩余电流报警原理示意图之一；图2为现有技术剩余电流报警原理示意图之二 ；图3为本发明实施例1的方法整体流程图；图4为本发明实施例1的剩余电流报警原理示意图；图5为本发明实施例1的方法详细流程图；图6为本发明实施例2的系统原理图；图7为本发明实施例2的探测控制器的功能框图；图8为本发明实施例2阈值生成单元703的细化框图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1 本实施例提供一种剩余电流监控报警方法，其目的就是通过报警阈值的随动技术 使得报警阈值的确定智能化，并且能够动态调整，从而避免剩余电流式电气火灾监控系统 采用固定报警阈值所带来的误报警和漏报警情况，从本质上提高报警的可靠性和准确性。图3为该方法的整体流程图。如图1所示，本实施例的方法包括S301、采集被监控回路的三相负荷电流值和剩余电流值。S302、根据采集的负荷电流值和剩余电流值，生成并存储每个采集时间点的剩余 电流相对值。可选地，本实施例的剩余电流相对值为同时刻所述剩余电流值与同时刻所述三相 负荷电流向量和的比值。S303、对预设时长内的多个剩余电流相对值进行统计分析，生成并存储所述多个 剩余电流相对值的统计学参数。可选地，本实施例的预设时长可以是一天，统计学参数包括一天内多个剩余电流 相对值的标准差。可选地，本实施例的预设时长还可以是一天内的多个细分时段，所述统计学参数 还包括每个细分时段内的多个剩余电流相对值的平均值和标准差。S304、根据监控时间点之前存储的所述剩余电流相对值和所述统计学参数，生成 监控时间点的报警阈值。根据实际情况的不同，S304具体可以包括根据前一天多个采集时间点的剩余电 流相对值和前一天的标准差，生成当天相应的监控时间点的报警阈值；或者，根据当天监 控时间点之前的剩余电流相对值和前一天的标准差，生成当天相应的监控时间点的报警阈 值；或者，根据上周同一天的多个采集时间点的剩余电流相对值和上周同一天的标准差，生 成当天相应的监控时间点的报警阈值。可选地，本实施例的报警阈值为所述剩余电流相对值与所述标准差之和；或者，报 警阈值为所述剩余电流相对值与所述标准差的整数倍之和。可选地，该方法还包括根据所述细分时段的统计学参数特性，确定用于生成监控 时间点的报警阈值的剩余电流相对值和标准差，并根据确定的结果决定S304具体采用的 报警阈值生成方法。S305、根据生成的报警阈值对所述监控回路的剩余电流进行监控报警。可选地，本实施例的S305具体可以包括如果所述监控时间点的剩余电流相对值 大于所述报警阈值，则停止更新报警阈值，继续判断下一个监控时间点的剩余电流相对值 是否大于报警阈值，如果连续η个剩余电流相对值均大于报警阈值，则报警，其中η为正整 数(如η = 3)。
本发明的方法可以具体划分为智能学习过程、统计分析过程、动态调整过程和实 时报警过程。其中⑴智能学习过程智能分析采集到的电流和剩余电流数据，过滤不合 理数据，并进行剩余电流相对值的计算。(2)统计学分析过程引入统计学原理分析剩余电 流相对值的变化特点，求不同时间段内剩余电流相对值的平均值和标准差；(3)动态调整 过程考虑剩余电流相对值体现出来的每天和每周变化的周期性，根据剩余电流相对值平 均值和标准差来确定报警阈值，实时动态调整报警阈值；(4)实时报警过程判断是否应该 报警不再以1个检测值超过报警设定值为判据，而是以η个(如η = 3)连续检测值超过报 警设定值为判据。此外，确定报警阈值所用剩余电流相对值为0时，还必须将负荷电流纳入 判断。以下详细描述每个过程的工作原理。(1)智能学习过程(Intelligent-Lean!)，智能学习分为初始智能学习以及之后 的实时智能学习。初始智能学习时间为第1天的24小时，对于每一个被保护回路，每秒钟采集3个 负荷电流数据(每相1个)和1个剩余电流数据；第二天继续智能学习1小时，此时初始智 能学习全部完成。可选地，为了保证数据的合理性，对于初始智能学习24小时获得的负荷电流和剩 余电流数据，执行下面过程Al、过滤掉不合理的三相负荷电流和剩余电流数据；Bi、过滤掉不合理的三相负荷电流和剩余电流数据之后，留下的空缺根据不合理 数据前后各1个合理数据，根据空缺的数量，采用插值法求得后补充，保证数据数量的完
m if. ο
示
剩余电流相对值是指同时刻剩余电流值与三相负荷电流相量和的比值，如下式所^c =Irc · · ^A+h+Ic
式中
Rrc一剩余电流相对值；
Irc一被保护回路的剩余电流测试值，(HlA)；
·、ic—被保护回路三相负荷电流的相量值，(A)。
可选地，为了保证数据的合理性，计算剩余电流相对值做如下考虑
A2、对于采集数据，如果连续3组以上三相负荷电流大小完全相等，对应时刻的连
续3个剩余电流值大于零，则不再计算剩余电流相对值，保存对应时刻的剩余电流值作为 参考判断值；Β2、对于采集数据，不管三相负荷电流的合成值为多少，只要剩余电流值为零，则 剩余电流相对值为零；C2、考虑不同时间段剩余电流的特性，分时间段过滤掉不合理的剩余电流相对值 数据之后，留下的空缺根据不合理数据前后各1个合理数据，根据空缺的数量，采用插值法 求得后补充，保证数据数量的完整。初始智能学习的前提是配电系统在此过程中运行正常，不存在出现异常剩余电流
7的可能，这样才能保证智能学习所获得的数据可以作为判断异常的基础参考数据。实时智能学习包括第2天的第2 24小时，每秒钟都进行4个电流数据的采集， 生成剩余电流相对值；第3天的24小时，每秒钟都进行4个电流数据的采集，生成剩余电 流相对值；……；第7天的24小时，每秒钟都进行4个电流数据的采集，生成剩余电流相对 值；第8天第1小时，每秒钟都进行4个电流数据的采集，生成剩余电流相对值；第8天第2 小时采集的数据开始替换第1天第1小时的数据，总共存储7天零1小时的数据。(2)统计分析过程(Statistics-Analysis)A3、根据初始智能学习得到的24小时内所有计算所得的剩余电流相对值，获得第 1天第1小时的剩余电流相对值的平均值…和标准差ο hl/dl ；获得第1天第2个小时的 剩余电流相对值的平均值&cA2…和标准差ο h2/dl ；……；直到第1天第24小时的剩余电流 相对值的平均值^^_,和标准差 u h24/dl ；B3、获得第1天24小时内所有剩余电流相对值的标准差ο dl ；C3、获得第2天第1小时的剩余电流相对值的平均值^:Α1/( 2和标准差ο hl/d2 ；获得 第2天第2小时的剩余电流相对值的平均值瓦。·和标准差σ ^d2 ；……；直到第2天第24 小时的剩余电流相对值的平均值瓦&24/1；2和标准差Q1i24ai2 ；D3、获得第2天24小时内所有剩余电流相对值的标准差σ d2 ；采用A3-D3同样的 方法获得第3、4、5、6天的相关统计学参数；E3、获得第7天第1小时的剩余电流相对值的平均值瓦Cftl/,7和标准差σ hl/d7 ；获得 第7天第2小时的剩余电流相对值的平均值瓦。,7和标准差σ h2/d7 ；……；直到第7第24小 时的剩余电流相对值的平均值瓦标准差Q1i24ai7 ；F3、获得第7天24小时内所有剩余电流相对值的标准差ο d7。其中，第1个小时内剩余电流相对值的平均值,和标准差σ hl/dl以及24小时 内nd个剩余电流相对值的标准差ο dl的具体计算公式如下，其余公式依此类推，此处不再 重复列出。
权利要求
1.一种剩余电流监控报警方法，其特征在于，所述方法包括采集被监控回路的三相负荷电流值和剩余电流值；根据采集的负荷电流值和剩余电流值，生成并存储每个采集时间点的剩余电流相对值；对预设时长内的多个剩余电流相对值进行统计分析，生成并存储所述多个剩余电流相 对值的统计学参数；根据监控时间点之前存储的所述剩余电流相对值和所述统计学参数，生成监控时间点 的报警阈值；根据生成的报警阈值对所述监控回路的剩余电流进行监控报警。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设时长包括一天，所述统计学参数 包括一天内多个剩余电流相对值的标准差；所述根据监控时间点之前存储的所述剩余电流相对值和所述标准差，生成监控时间点 的报警阈值包括根据前一天多个采集时间点的剩余电流相对值和前一天的标准差，生成当天相应的监 控时间点的报警阈值；或者根据当天监控时间点之前的剩余电流相对值和前一天的标准差，生成当天相应的监控 时间点的报警阈值；或者根据上周同一天的多个采集时间点的剩余电流相对值和上周同一天的标准差，生成当 天相应的监控时间点的报警阈值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设时长还包括一天内的多个细分 时段，所述统计学参数还包括每个细分时段内的多个剩余电流相对值的平均值和标准差；所述方法还包括根据所述细分时段的统计学参数特性，确定用于生成监控时间点的 报警阈值的剩余电流相对值和标准差。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述报警阈值为所述剩余电流相对值与 所述标准差之和；或者，所述报警阈值为所述剩余电流相对值与所述标准差的整数倍之和。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当同时刻的剩余电流值与同时刻的三相负荷电流的向量和均不为零时，所述剩余电流 相对值为所述同时刻的剩余电流值与所述同时刻的三相负荷电流向量和的比值；当同时刻的剩余电流值不为零，且同时刻的三相负荷电流的向量和为零时，所述剩余 电流相对值为同时刻的剩余电流值；当同时刻的剩余电流值与同时刻的三相负荷电流的向量和均为零时，所述剩余电流相 对值为零。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据生成的报警阈值对所述监控回 路的剩余电流进行监控报警包括如果所述监控时间点的剩余电流相对值大于所述报警阈值，则停止更新报警阈值，继 续判断下一个监控时间点的剩余电流相对值是否大于报警阈值，如果连续η个剩余电流相 对值均大于报警阈值，则报警，其中η为正整数。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据生成的报警阈值对所述监控回 路的剩余电流进行监控报警还包括如果监控时间点的报警阈值中剩余电流相对值部分的数值小于设定数值，且监控时间 点的剩余电流相对值大于报警阈值，则继续更新报警阈值；当在监控时间点之后连续的N个剩余电流相对值均大于报警阈值时，则报警，否则不报警。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据生成的报警阈值对所述监控回 路的剩余电流进行监控报警还包括如果监控时间点三相负荷电流的向量和为零，则判断该时间点的剩余电流值是否超过 预设的报警阈值，如果超过则报警，否则不报警。
9.一种剩余电流监控报警系统，其特征在于，所述系统包括集中控制器、总线隔离 器、探测控制器、电流探测器以及剩余电流探测器；所述集中控制器通过总线隔离器连接探 测控制器；所述探测控制器连接所述电流探测器和剩余电流探测器；所述电流探测器，用于采集三相负荷电流；所述剩余电流探测器，用于采集剩余电流；所述探测控制器，用于根据采集的负荷电流值和剩余电流值，生成并存储每个采集时 间点的剩余电流相对值；对预设时长内的多个剩余电流相对值进行统计分析，生成并存储 所述多个剩余电流相对值的统计学参数；根据监控时间点之前存储的所述剩余电流相对值 和所述统计学参数，生成监控时间点的报警阈值；根据生成的报警阈值对所述监控回路的 剩余电流进行监控报警。
10.一种探测控制器，其特征在于，所述探测控制器包括采集处理单元，用于根据采集的三相负荷电流值和剩余电流值，生成并存储每个采集 时间点的剩余电流相对值；统计分析单元，用于对预设时长内的多个剩余电流相对值进行统计分析，生成并存储 所述多个剩余电流相对值的统计学参数；阈值生成单元，用于根据监控时间点之前存储的所述剩余电流相对值和所述统计学参 数，生成监控时间点的报警阈值；监控报警单元，用于根据生成的报警阈值对所述监控回路的剩余电流进行监控报警。
全文摘要
本发明提供一种剩余电流监控报警方法、系统与探测控制器。所述方法包括采集被监控回路的三相负荷电流值和剩余电流值；根据采集的负荷电流值和剩余电流值，生成并存储每个采集时间点的剩余电流相对值；对预设时长内的多个剩余电流相对值进行统计分析，生成并存储所述多个剩余电流相对值的统计学参数；根据监控时间点之前存储的所述剩余电流相对值和所述统计学参数，生成监控时间点的报警阈值；根据生成的报警阈值对所述监控回路的剩余电流进行监控报警。本发明的剩余电流监控报警方法、系统与探测控制器能够避免现有固定报警阈值引起的漏报警和误报警。
文档编号G08B17/06GK102103160SQ200910259858
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者张燕杰, 李宏文, 沈金波, 董卫国 申请人:中国建筑科学研究院, 北京海博智恒电气防火科技有限公司