基于波形识别技术的防人身触电断路器控制方法及系统与流程

文档序号:11777435阅读:199来源:国知局
基于波形识别技术的防人身触电断路器控制方法及系统与流程

本发明涉及电力系统低压配电网中保障供电稳定性和安全性领域,具体涉及基于波形识别技术的防人身触电断路器控制方法及系统。



背景技术:

随着国民经济的迅速发展,对人身安全的重视程度逐步加强,中华人民共和国国家标准gb13955《剩余电流动作保护装置安装和运行》中指出:“低压配电系统中装设剩余电流动作保护装置是防止直接接触电击事故和间接接触电击事故的有效措施之一,也是防止电气设备接地故障引起电气火灾和电气设备损坏事故的技术措施”。近年来剩余电流动作断路器已广泛应用于低压配电网中,对防患绝缘引起的漏电和电气火灾等事故具有重要的作用,目前对人身触电防护的电击波形识别功能未展开深入研究和应用。基于本方法的剩余电流动作断路器能对人身触电危险提供间接接触保护,把人身触电事故率和误动跳闸率降至最低。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提出了基于波形识别技术的防人身触电断路器控制方法及系统,适用于三相四线中性线直接接地的低压电网,能对人身触电、线路或用电设备的接地、过载、短路、过压、欠压、缺相和断零等故障进行分断。

为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:

基于波形识别技术的防人身触电断路器控制方法,包括以下步骤:

设置在电力线路上的检测元件采集电力线路的剩余电流并发送出去;

中央处理元件采用全波加半波逐点交叉比较的电击波形识别方法对剩余电流进行处理并输出控制指令;

设置在电力线路上的执行元件接收控制指令实现电力线路的闭合或切断。

进一步的,所述检测元件为剩余电流互感器。

进一步的,所述中央处理元件包括放大器、比较器、主处理器和脱扣器,所述剩余电流互感器的输出端连接放大器,所述放大器的输出端比较器,所述比较器的输出端连接主处理器,所述主处理器的输出端连接脱扣器,所述脱扣器与执行开关连接。

进一步的,所述全波加半波逐点交叉比较的电击波形识别方法,包括以下步骤:

步骤一,实时分析剩余电流数据,设置两个缓存区,定义为buffa和buffb,

步骤二,计算buffa中数据的突变率δ,将其模值quote同突变率阈值quote进行比较,当quote大于quote时,转入第三步,否则退出本次波形判别流程;

步骤三,根据δ的极性,从电击波形数据库中,选择相同极性的特定波形数据集quote,逐一进行计算相关系数quote,抽取波形相关系数超过阈值quote的波形数据重新组成一个波形数据集quote,当quote中波形数目为0时,表明不存在相似波形,退出本次波形判别流程;

步骤四,计算buffb中的波形同波形数据集quote相关性系数quote,当quote大于阈值quote时,判别故障为电击,启动后续保护动作,本次波形判别流程结束。

进一步的,buffa的数据长度根据采样率fs大小设置为1个周波的数据长度,buffb的数据长度根据采样率fs大小设置为1.5个周波的数据长度,buffa和buffb缓存区按照数据吞吐率ds实时更新。

本发明还提供一种基于波形识别技术的防人身触电的断路器控制系统,包括:设置在电力线路上的剩余电流互感器、中间处理元件、设置在电力线路上的执行开关和实验元件;所述剩余电流互感器的输出端连接中间处理元件,所述中间处理元件的输出端连接执行开关,所述中间处理元件包括放大器、比较器、主处理器和脱扣器,所述剩余电流互感器的输出端连接放大器,所述放大器的输出端比较器,所述比较器的输出端连接主处理器,所述主处理器的输出端连接脱扣器,所述脱扣器与执行开关连接。

进一步的,所述主处理器采用arm-mo系列的nuc100rd2dn型号的cpu处理器。

进一步的,所述主处理器还连接显示单元和rs485通信单元。

本发明有益效果是:

本发明对于电力线路上的剩余电流是指在低压配电网中采用tn、tt接线方式的环境下,因为绝缘水平降低或者间接接触造成的漏电现象。采用交叉比较的方法的波形识别技术,对故障剩余电流进行分析,达到识别电击波形的目标。运用信号处理与分析的手段,结合电击波形数据库,对故障波形的相关性、突变率、极性等技术指标进行综合比对。中间处理元件接收剩余电流互感器的采集信号,通过比较放大输出给主处理器,主处理器通过全波加半波逐点交叉比较的电击波形识别方法判断是否有电击波形,并通过控制脱扣器对执行元件进行控制。具备在剩余电流阈值内的缓变剩余电流不误动以及检测到电击波形剩余电流时及时跳闸的功能,大大提高了投运率和保障了人身安全,保证了供电的稳定性。

附图说明

图1为本发明提出的基于波形识别技术的防人身触电断路器控制方法流程图;

图2为本发明提出的所述中央处理元件结构图;

图3为本发明提出的所述基于波形识别技术的防人身触电断路器安装示意图;

图4为本发明提出的所述基于波形识别技术的防人身触电断路器等效电路图;

图5为本发明提出的所述所述全波加半波逐点交叉比较的电击波形识别方法流程图;

图6为本发明提出的所述基于波形识别技术的防人身触电断路器控制系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式:

通过深入研究人体(动物)触电时阻抗特性,当发生触电时,流过人体的触电电流作为一个特殊突变增量汇入到剩余电流中。根据此原理,本设计提出了全波加半波逐点交叉比较的电击波形识别方法,从剩余电流中分离出电击波形。对算法进行了工程化的优化处理,具备在剩余电流阈值内的缓变剩余电流不误动以及检测到电击波形剩余电流时及时跳闸的功能,大大提高了投运率和保障了人身安全,保证了供电的稳定性。

图1为本发明提出的基于波形识别技术的防人身触电断路器控制方法流程图;

如图1所示,基于波形识别技术的防人身触电断路器控制方法,包括以下步骤:

步骤101,设置在电力线路上的检测元件采集电力线路的剩余电流并发送出去;

步骤102,中央处理元件采用全波加半波逐点交叉比较的电击波形识别方法对剩余电流进行处理并输出控制指令;

步骤103,设置在电力线路上的执行元件接收控制指令实现电力线路的闭合或切断。

本发明实施例中,对于电力线路上的剩余电流是指在低压配电网中采用tn、tt接线方式的环境下,因为绝缘水平降低或者间接接触造成的漏电现象。采用交叉比较的方法的波形识别技术,对故障剩余电流进行分析,达到识别电击波形的目标。运用信号处理与分析的手段,结合电击波形数据库,对故障波形的相关性、突变率、极性等技术指标进行综合比对。中间处理元件接收剩余电流互感器的采集信号,通过比较放大输出给主处理器,主处理器通过全波加半波逐点交叉比较的电击波形识别方法判断是否有电击波形,并通过控制脱扣器对执行元件进行控制。

参见图2至图4,其中图2为本发明提出的所述中央处理元件结构图;图3为本发明提出的所述基于波形识别技术的防人身触电断路器安装示意图;图4为本发明提出的所述基于波形识别技术的防人身触电断路器等效电路图;

如图2至图4,检测元件为剩余电流互感器。中央处理元件包括放大器、比较器、主处理器和脱扣器,所述剩余电流互感器的输出端连接放大器,所述放大器的输出端比较器,所述比较器的输出端连接主处理器,所述主处理器的输出端连接脱扣器,所述脱扣器与执行开关连接。

参见图5,为本发明提出的所述所述全波加半波逐点交叉比较的电击波形识别方法流程图;

如图5所示,全波加半波逐点交叉比较的电击波形识别方法,包括以下步骤:

实时分析剩余电流数据,设置两个缓存区,定义为buffa和buffb,

计算buffa中数据的突变率δ(di/dt),将其模值quote同突变率阈值quote进行比较,当quote大于quote时,转入第三步,否则退出本次波形判别流程;

根据δ的极性,从电击波形数据库中,选择相同极性的特定波形数据集quote,逐一进行计算相关系数quote,抽取波形相关系数超过阈值quote的波形数据重新组成一个波形数据集quote,当quote中波形数目为0时,表明不存在相似波形,退出本次波形判别流程;

计算buffb中的波形同波形数据集quote相关性系数quote,当quote大于阈值quote时,判别故障为电击,启动后续保护动作,本次波形判别流程结束。

进一步的,buffa的数据长度根据采样率fs大小设置为1个周波的数据长度,buffb的数据长度根据采样率fs大小设置为1.5个周波的数据长度,buffa和buffb缓存区按照数据吞吐率ds实时更新。

本流程中,主处理器实时分析剩余电流数据,设置两个缓存区,定义为buffa和buffb,buffa的数据长度根据采样率fs大小设置为1个周波(全波)的数据长度,buffb的数据长度根据采样率fs大小设置为1.5个周波(全波+半波)的数据长度,buffa和buffb缓存区按照数据吞吐率ds实时更新;计算buffa中数据的突变率δ(di/dt),将其模值quote同突变率阈值quote进行比较,当quote大于quote时,进入下一步计算分析中,否则退出本次波形判别流程;

根据δ的极性,从电击波形数据库中,选择相同极性的特定波形数据集quote,逐一进行计算相关系数quote,抽取波形相关系数超过阈值quote的波形数据重新组成一个波形数据集quote,当quote中波形数目为0时,表明不存在相似波形,退出本次波形判别流程;

计算buffb中的波形同波形数据集quote相关性系数quote,当quote大于阈值quote时,判别故障为电击,启动后续保护动作,本次波形判别流程结束。

参见图6,为本发明提出的所述基于波形识别技术的防人身触电断路器控制系统结构图。

如图6所示,基于波形识别技术的防人身触电的断路器控制系统,包括:设置在电力线路上的剩余电流互感器、中间处理元件、设置在电力线路上的执行开关和实验元件;所述剩余电流互感器的输出端连接中间处理元件,所述中间处理元件的输出端连接执行开关,所述中间处理元件包括放大器、比较器、主处理器和脱扣器,所述剩余电流互感器的输出端连接放大器,所述放大器的输出端比较器,所述比较器的输出端连接主处理器,所述主处理器的输出端连接脱扣器,所述脱扣器与执行开关连接。

本发明实施例中,在电力线路上设置剩余电流动作断路器,当被保护的电力线路发生漏电或有人触电时,由于剩余电流的存在,通过ta一次侧各相电流的相量和不再等于零,产生了剩余电流,使得ta铁芯中出现了交变磁通,在交变磁通作用下,ta二次侧线圈就有感应电动势产生,此剩余电流信号经中间处理元件中的放大器进行电流信号放大,然后经过比较器比较,当达到预定值时,使主开关分励脱扣器线圈tl通电,驱动主开关gf自动跳闸,切断故障电路,从而实现保护。

进一步的,所述主处理器采用arm-mo系列的nuc100rd2dn型号的cpu处理器。通过接收剩余电流互感器监测的电流信号,经放大比较后通过内部的全波加半波逐点交叉比较的电击波形识别方法,从剩余电流中分离出电击波形,判断是否发生漏电或触电,控制脱扣器动作,切断设置在电力线路上的执行开关,电力线路断电,保证供电的安全性。

进一步的,所述主处理器还连接显示单元和rs485通信单元。

显示单元可以采用数码管显示和指示灯显示配合,可以对电力线路上的三相电压和三相电流进行显示,也可以设置告警、故障等指示,同时还可以进行数据设置和查询指示。rs485通信单元采用modbus规约进行智能通信管理。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明,但是本发明不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化,这些变化涉及本领域技术人员所熟知的相关技术,这些都落入本发明专利的保护范围。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解,本发明不限于特定的实施方式,本发明的范围由所附权利要求限定。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1