基于生命体触电特征识别的漏电保护器及其漏电保护方法
【专利摘要】一种基于生命体触电特征识别的漏电保护器及其漏电保护方法，包括依次连接的数据采集单元、信号处理单元和保护单元；数据采集单元用于采集电网线路总剩余电流和线路电压信号，信号处理单元用于识别出漏电信号并发出断电控制命令，保护单元用于接收断电控制命令后切断电网线路。漏电保护方法包括采集总剩余电流和线路电压；均匀采样；计算总剩余电流变化矢量；计算复阻抗；求取阻抗半圆圆心和半径；求取频散系数和阻抗特征频率和判定是否发生生命体触电的步骤。本发明的有益效果是：不依赖于剩余电流幅值或其变化量大于整定值。当识别到生命体触电特征，能立即动作，具有理想的保护运行特性，特别适用于低压配电网三相四线制线路的末级保护。
【专利说明】基于生命体触电特征识别的漏电保护器及其漏电保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统漏电保护领域，具体涉及一种基于生命体触电特征识别的漏 电保护器及其漏电保护方法。
【背景技术】
[0002] 在我国低压电网中广泛使用电流动作型剩余电流保护装置，即漏电保护器，来防 止人身触电伤亡事故和因漏电事故引起的电气火灾。20世纪开始，国内外在人体触电电流 方面进行了许多研究，将通电时间和触电电流通过人体带来的生理反应划分为几个区域， 建立起来以幅值为判据的安全基准，作为漏电保护器整定准则。以此提供给各个国家作为 电击保护特性研究及装置开发的参考，在理想的条件下可以起到比较良好的保护效果，但 对于实际线路中存在剩余电流引起的保护死区仍然无法解决。现有的脉冲动作型、鉴幅鉴 相动作型等几种类型漏电保护装置，通常动作于线路总剩余电流的幅值或幅值变化量的大 小。由于线路通常存在正常剩余电流，并且此电流与故障电流存在任意相位差，致使总剩 余电流幅值可大可小，从而存在一定的保护死区，使得漏电保护装置大多难以准确动作于 故障。在现有漏电保护装置中，电流型漏电保护器是利用线路总的剩余电流的有效值大小 作为动作的判断依据，可就如上面提到的，电网正常运行时也存在正常的剩余电流，其大小 和相位都是不确定的，故障发生时，故障电流和正常的剩余电流的和构成总的剩余电流， 其大小受二者间相位关系的影响巨大，当相位在180°左右时，存在拒动的不灵敏区，而在 360°时又会出现过灵敏现象，存在严重的保护死区；和电流型相比脉冲型保护器多了第二 动作区目但是由于同样的原因仍然存在保护死区；其他类型的漏电保护器或者造价昂贵工 艺过于复杂或者尚处于研究阶段技术尚不成熟，目前，尚未有一类漏电保护器完消除误动 作、拒动作等问题。
[0003] 还有一个问题是现有漏电保护装置均无法真正做到触电模式识别，也就是无法区 分人体触电故障和非人体触电故障。人体的摆脱电流为6mA左右，安全电流在15mA左右， 而非人体漏电故障往往要达到几百毫安甚至数安才会导致严重的后果，显然对人体和非人 体加以区别性的保护才是智能化人性化的选择。如果整定值过大会危害生命安全，而过小 又会影响电网运行的可靠性，所以找到人体触电的特征并研制出相应的保护装置是一件有 重大民生意义和经济意义的科研项目。
[0004] 普遍认为，电击电流大于30mA时，触电人体存在心室颤动的危险。而对于不同人， 身体情况存在差异，相应的电击耐受能力也不一样，30mA进行保护整定是不完备的。如果当 发生了人体触电，保护能识别到人体触电特征信号立即动作，就可以真正避免电击对人体 造成的伤害。而现在，漏电保护技术缺乏对触电信号的检测与识别，并且未区分触电电流与 一般漏电电流，无法建立触电与保护装置动作的直接联系，保护针对性不强。虽然触电识别 研究提供了小波分析、神经网络等识别触漏电故障模式的算法，但算法复杂运算量大、依赖 于大量样本，并且没有给出可量化的人体触电特征，无法适应于漏电保护装置的实时性要 求。
[0005] 目前，生物组织电特性在医学和食品等领域有了较为广泛的应用，其中人体组织 频散特性与人体阻抗等效模型等为人体触电特征识别提供了基本理论依据。为解决实用中 的这一问题，通过生物组织电特性原理找到人体触电特征识别方法，以此建立触电故障与 保护动作的直接联系，有效防止人身触电伤亡。从原理上看，可以保证一旦识别到人体触电 特征，保护立即动作，从而获得理想的保护运行特性。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种基于生命体触电特征识别的漏电保护器及其漏电保 护方法，以解决现有的漏电保护器存在保护死区而导致误动作或拒动作的问题。
[0007] 实现本发明目的的技术方案如下：一种基于生命体触电特征识别的漏电保护器， 包括依次连接的数据采集单元、信号处理单元和保护单元；数据采集单元用于采集电网线 路总剩余电流和线路电压信号，信号处理单元用于识别出漏电信号并发出断电控制命令， 保护单元用于接收断电控制命令后切断电网线路。
[0008] -种如前所述的漏电保护器的漏电保护方法，包括
[0009] 步骤1 :数据采集单元持续采集交流电网线路中总剩余电流和线路电压，并输出 到信号处理单元；
[0010] 步骤2 :信号处理单元接收连续的4个周波，对每个周波的总剩余电流和线路电压 以n个采样点进行均匀采样，得到采样序列1:、I 2. . . 14"和UpU2. . . U4n，其中n彡32 ;
[0011] 步骤3:信号处理单元计算前、后两个周波的总剩余电流变化矢量AI = "l2n+l_Ii) ' (1211+2_工2) ? ? ? (I2n+2n_l2n))；
[0012] 步骤4 :信号处理单元选取后两个周波的线路电压矢量U = (U2n+1、U2n+2. . . U2n+2n)， 对A I和U分别进行FFT变换，求得A I和U的各次谐波电流L和各次谐波电压％，其中j =1、2. . . N，再计算对应的各次谐波复阻抗
【权利要求】
1. 一种基于生命体触电特征识别的漏电保护器，其特征在于，包括依次连接的数据采 集单元、信号处理单元和保护单元；数据采集单元用于采集电网线路总剩余电流和线路电 压信号，信号处理单元用于识别出漏电信号并发出断电控制命令，保护单元用于接收断电 控制命令后切断电网线路。
2. -种如权利要求1所述的漏电保护器的漏电保护方法，其特征在于，包括 步骤1 :数据采集单元持续采集交流电网线路中总剩余电流和线路电压，并输出到信 号处理单兀； 步骤2 :信号处理单元接收连续的4个周波，对每个周波的总剩余电流和线路电压以η 个采样点进行均匀采样，得到采样序列Ip I2. .. I4n和Up U2. .. U4n，其中η彡32 ; 步骤3 :信号处理单元计算前、后两个周波的总剩余电流变化矢量ΛΙ = ((I2lrt-I1K (1211+2_工2) · · · (I2n+2n_l2n))； 步骤4 :信号处理单元选取后两个周波的线路电压矢量U = (U2n+1、U2n+2. . . U2n+2n)，对Λ I 和U分别进行FFT变换，求得Λ I和U的各次谐波电流L和各次谐波电压％，其中j = 1、 Ui
2. . . N，再计算对应的各次谐波复阻抗^ = T . Jj ' 步骤5 :信号处理单元将所有复阻抗I进行最小二乘拟合，得到Cole-Cole阻抗半圆的 圆心（a, b)，并求出半径r ; 步骤6 :信号处理单元任意选取第k次谐波，计算频散系数
1阻抗特 征频率
·是频率为〇的支路阻抗，
'频率为无穷大的支路阻抗，ω = 2 fk是第k次谐波频率下的角速度，fk 是第k次谐波频率； 步骤7:如果α <0.95且90Hz〈fe< 120Hz，信号处理单元判定线路发生漏电，输出断 电控制命令到保护单元，保护单元接收命令后切断电网线路；否则返回步骤2。
3. 如权利要求2所述的漏电保护器的漏电保护方法，其特征在于，还包括： 信号处理单元计算总剩余电流有效值
如果|1|大于总剩余电流有效值整定值Iip，信号处理单元判定线路发生漏电，输出断 电控制命令到保护单元，保护单元接收命令后切断电网线路；否则继续； 上述步骤位于步骤2与步骤3之间。
4. 如权利要求3所述的漏电保护器的漏电保护方法，其特征在于，还包括： 信号处理单元计算总剩余电流变化矢量△I有效?
如果I ΛΙ| > 15毫安，则继续，否则返回步骤2; 如果I ΛΙ|大于剩余电流变化矢量有效值整定值ΛΙ#信号处理单元判定线路发生漏 电，输出断电控制命令到保护单元，保护单元接收命令后切断电网线路；否则继续； 上述步骤位于步骤3与步骤4之间。
5. 如权利要求3所述的漏电保护器的漏电保护方法，其特征在于，所述总剩余电流有 效值整定值In5为30毫安。
6. 如权利要求4所述的漏电保护器的漏电保护方法，其特征在于，所述总剩余电流有 效值整定值In5为30毫安，所述剩余电流变化矢量有效值整定值Λ Iip为30毫安。
【文档编号】H02H3/32GK104377646SQ201410616037
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】冯岗, 曾敏, 朱晓贤, 肖先勇, 李长松, 黄勇, 左金威, 李海涛, 李江涛 申请人:国网四川省电力公司自贡供电公司, 国家电网公司