路灯照明系统人身触电在线检测方法及保护装置与流程

1.本发明属于用电安全与路灯照明控制保护领域，涉及一种生命体触电的在线检测方法及装置，特别涉及一种路灯照明系统的人身触电在线检测方法及保护装置。


背景技术：

2.在有效接地的路灯照明系统中，灯杆中供电线缆及灯具老化、绝缘性能降低会导致其用电回路产生接地电流泄露故障，引发生命体尤其是人身潜在触电风险，严重时甚至危及性命安全。
3.目前本领域公知的人身触电检测与保护方法是漏电保护器法。该法通过在灯杆下部(接线槽处)装设一漏电保护器监测杆中供电线缆的集总剩余电流有效值i
j
的幅值，当i
j
的幅值大于某一设定值i
g
(推荐值为30ma)时判定有人身触电事故发生，漏电保护器自动跳闸切断供电线路电源保护人体免受电击伤害。但集总剩余电流有效值i
j
中既包含人身触电事故产生的剩余电流分量有效值i
r
，又包含当前供电线缆及灯具对地产生的随机容性剩余电流分量有效值i
c
(i
c
随环境温湿度、时间会发生变化)，显然，这种仅以集总剩余电流有效值i
j
替代人身触电事故剩余电流i
r
来判断路灯照明系统是否发生人身触电事故的方法，不能对人身触电事故进行精准判断，存在着误检误保或漏检漏保的缺陷。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有方法的缺点，提供一种准确检测人身触电事故的路灯照明系统人身触电在线检测方法，同时还提供一种可用于实现该方法的路灯照明系统人身触电在线检测及保护装置。本发明能精准判断人身触电事故发生与否，无误检误保或漏检漏保的缺陷存在。
5.本发明所述的路灯照明系统人身触电在线检测方法，包括以下的实施步骤：
6.步骤一、通过路灯照明系统人身触电在线检测及保护装置的剩余电流信号采集模块、负载电流信号采集模块、电压信号采集模块连续采集路灯照明系统中的集总剩余电流信号瞬时值i
j
、负载电流信号瞬时值i
l
、相电压信号瞬时值u，由路灯照明系统人身触电在线检测及保护装置的dsp单元分别计算集总剩余电流信号有效值i
j
、负载电流有效值i
l
、相电压信号有效值u、i
j
与u的有功功率p
j
、i
j
与u的无功功率q
j
后，按公式(1)、公式(2)计算分离i
j
中的疑似人身触电事故剩余电流分量有效值i
r
′
和随机容性剩余电流分量有效值i
c
，进一步计算其对应的疑似人身触电事故剩余电流分量有效值变化率随机容性剩余电流分量有效值变化率和负载电流有效值变化率
[0007][0008]
[0009]
步骤二、由路灯照明系统人身触电在线检测及保护装置的dsp单元按公式(3)、公式(4)、公式(5)计算疑似人身触电事故剩余电流分量有效值变化率随机容性剩余电流分量有效值变化率负载电流有效值变化率的归一化特征变量s1、s2、s3，
[0010][0011][0012][0013]
式中，i＝1，2，
…
n,代表第i个周波采样电流；
[0014]
步骤三、由路灯照明系统人身触电在线检测及保护装置的dsp单元根据模糊控制算法对s1、s2、s3三个特征变量进行模糊融合以获得人身触电事故综合特征识别系数s0，具体地，
[0015]
包括对s1、s2、s3三个特征变量以及触电电流综合特征识别系数s0进行模糊化，即按下表1定义其模糊集，按图1求出s1、s2、s3、s0的隶属度函数，按表2制定路灯照明系统人身触电保护的模糊识别规则，其中s1、s2、s3、s0论域均为[0,1]，
[0016]
表1 s1、s2、s3、s0的模糊集
[0017][0018]
表2路灯照明系统人身触电保护的模糊识别规则
[0019]
[0020]
还包括按公式(6)对s1、s2、s3进行模糊推理得到w元素隶属于s0的隶属度u
s0
(w)，再按公式(7)、(8)对其进行反模糊化处理获得s0后与经验阈值sa(一般取0.5)比较，若s0大于sa，则判断发生人身触电事故，若s0小于或等于sa，则判断不发生人身触电事故。
[0021]
u
s0
′
(w)＝{∨
m∈v u
s1
′
(m)∧(u
s1
(m)∧u
s0
(w))}∧{∨
n∈v u
s2
′
(n)∧(u
s2
(n)∧u
s0
(w))}∧{∨
z∈v u
s3
′
(z)∧(u
s3
(z)∧u
s0
(w))}
ꢀꢀꢀ
(6)
[0022]
w
i
＝max
w∈v
(u
s0
(w))
ꢀꢀꢀ
(7)
[0023][0024]
公式(6)中，m为s1论域中的元素、n为s2论域中的元素、z为s3论域中的元素、w为s0论域中的元素、u
s1
(m)为m元素根据模糊规则隶属于s1的隶属度、u
s1
′
(m)为输入的新元素根据模糊规则隶属于s1的隶属度、u
s2
(n)为n元素根据模糊规则隶属于s2的隶属度、u
s2
′
(n)为输入的新元素根据模糊规则隶属于s2的隶属度、u
s3
(z)为n元素根据模糊规则隶属于s3的隶属度、u
s3
′
(z)为输入的新元素根据模糊规则隶属于s3的隶属度、u
s0
(w)为w元素根据模糊规则隶属于s0的隶属度、u
s0
′
(w)为输入u
s1
′
(m)、u
s2
′
(n)和u
s3
′
(z)下的模糊结果。
[0025]
公式(7)、(8)中，n为最大隶属度输出的总个数、w
i
为模糊推理结果中的最大值、v为输出论域、u
s0
(w)为模糊推理输出的模糊结果。
[0026]
用于实现上述方法的路灯照明系统人身触电在线检测及保护装置，包括控制输出单元、单片机模块、dsp单元、剩余电流信号采集模块、负载电流信号采集模块、电压信号采集模块以及电流信号调理模块、电压信号调理模块。其中，剩余电流信号采集模块与负载电流信号采集模块的输出端与电流信号调理模块的输入端相连接；电压信号采集模块的输出端与电压信号调理模块的输入端相连接；电流信号调理模块、电压信号调理模块的输出端均与dsp单元的输入端相连接，dsp单元的输出端与单片机模块的输入端相连接，单片机模块的输出端与控制输出单元相连接。
[0027]
所述剩余电流信号采集模块和负载电流信号采集模块均为电流互感器，所述电流信号调理电路模块由依次相连接的i/v转换、rc滤波电路、放大电路及限幅电路组成。
[0028]
所述电压信号采集模块为电压互感器，所述电压信号调理电路模块由依次相连接的i/v转换、rc滤波电路、放大电路及限幅电路组成。
[0029]
还包括与单片机模块相连接的以太网通信单元、复位电路模块及报警单元，单片机模块通过以太网通信单元与上位机相连接。
[0030]
单片机模块通过光电耦合器模块与报警单元及控制输出单元相连接。用于识别出人体触电信号并发出断电控制命令，控制输出单元用于接收断电控制命令后切断路灯供电回路电源。
[0031]
本发明具有以下有益效果：
[0032]
一、采用本发明所述的方法及装置通过模糊融合计算路灯供电回路中疑似人身触电事故剩余电流分量、随机容性剩余电流分量以及灯具负载电流量的变化得到触电电流综合特征识别系数s0，能精准判断人身触电事故发生与否，准确性高，无误检误保或漏检漏保的缺陷存在。
[0033]
二、本发明所述的方法及装置，还能同时对路灯线缆绝缘降低状态进行在线预警，对路灯耗能情况进行在线监测统计，对路灯开启和关闭进行远程控制，达到一机多用，性价
比高。
附图说明
[0034]
图1是s1、s2、s3、s0的隶属度函数。
[0035]
图2是本发明所述路灯照明系统人身触电在线检测及保护装置的结构示意图。
[0036]
其中，1为剩余电流信号采集模块、2为负载电流信号采集模块、3为电流信号调理模块、4为电压信号采集模块、5为电压信号调理模块、6为复位电路模块、7为单片机模块、8为光电耦合器模块、9为dsp单元、10为以太网通信单元、11为报警单元、12为控制输出单元。
具体实施方式
[0037]
下面结合附图2对本发明做进一步详细描述：
[0038]
一种所述路灯照明系统人身触电在线检测方法的基本内容是通过路灯照明系统人身触电在线检测及保护装置的剩余电流信号采集模块、负载电流信号采集模块及电压信号采集模块持续同步采集线路中集总剩余电流信号瞬时值i
j
、负载电流信号瞬时值i
l
以及相电压信号瞬时值u，分别经电流信号调理模块3及电压信号调理模块5放大、限幅、滤波、i/v变换后，送入含有内置a/d转换器的dsp单元9，根据公知的电压有效值、电流有效值、功率计算公式由dsp单元9计算并存储集总剩余电流信号有效值i
j
、相电压信号有效值u、i
j
与u的有功功率p
j
、i
j
与u的无功功率q
j
、负载电流有效值i
l
及负载电流有效值变化率
[0039]
由路灯照明系统人身触电在线检测及保护装置的dsp单元9根据前述发明内容节——方法实施步骤中的公式(1)、公式(2)分别计算集总剩余电流i
j
内的疑似人身触电事故剩余电流分量有效值i
r
′
及随机容性剩余电流分量有效值i
c
，并计算疑似人身触电事故剩余电流分量有效值变化率及随机容性剩余电流分量有效值变化率
[0040]
由路灯照明系统人身触电在线检测及保护装置的dsp单元9根据公式(3)、(4)、(5)对疑似人身触电事故剩余电流分量有效值变化率随机容性剩余电流分量有效值变化率及负载电流有效值变化率进行归一化处理，计算得到s1、s2、s3三个特征变量。
[0041]
由路灯照明系统人身触电在线检测及保护装置的dsp单元9根据公式(6)和(7)计算u
s0
(w)、w
i
参量，再根据公式(8)计算人身触电事故综合特征识别系数s0送入单片机模块7，单片机模块7将s0作为人身触电事故检测的依据。若s0>sa则有人身触电事故发生，单片机模块7发出控制指令给控制输出单元12，控制输出单元12再根据控制指令生成切断路灯供电回路电源的控制信号，从而有效实现人身触电检测及保护。
[0042]
本发明所述的路灯照明系统人身触电在线检测及保护装置的实施例结构如附图2所示，它包括控制输出单元12、单片机模块7、dsp单元9、剩余电流信号采集模块1、负载电流信号采集模块2、电压信号采集模块4以及电流信号调理模块3、电压信号调理模块5。其中，剩余电流信号采集模块1与负载电流信号采集模块2的输出端与电流信号调理模块3的输入端相连接；电压信号采集模块4的输出端与电压信号调理模块5的输入端相连接；电流信号调理模块3、电压信号调理模块5的输出端均与dsp单元9的输入端相连接，dsp单元9的输出
端与单片机模块7的输入端相连接，单片机模块7的输出端与控制输出单元12相连接。
[0043]
所述剩余电流信号采集模块1和负载电流信号采集模块2均为电流互感器，所述电流信号调理模块3由依次相连接的i/v转换、rc滤波电路、放大电路及限幅电路组成。
[0044]
所述电压信号采集模块4为电压互感器，所述电压信号调理模块5由依次相连接的i/v转换、rc滤波电路、放大电路及限幅电路组成。
[0045]
本发明还包括与单片机模块7相连接的以太网通信单元10、复位电路模块6及报警单元11，单片机模块7通过以太网通信单元10与上位机相连接，其中，单片机模块7通过光电耦合器模块8与报警单元11及控制输出单元12相连接，用于识别出人体触电信号并发出断电控制命令，控制输出单元12用于接收断电控制命令后切断路灯供电回路电源。以太网通信单元10将路灯照明系统的触电报警信息上传给上位机。
[0046]
具体实例的结构设计上，剩余电流信号检测模块1、负载电流信号检测模块2均采用电流互感器(如hct255a、hrct
‑
1),电压信号检测模块4采用电压互感器(如hpt304a、hrpt
‑
1)，单片机系统模块7可采用内置多路a/d的数字信号处理器(如dspic30f6014a),dsp单元9可采用tsm320系列器件(如tsm320f2812)，电流信号调理电路模块3及电压信号调理电路模块5由i/v转换及放大电路(如rvc420、lm324及外围辅助元件)、钳位二极管(如in4148)、限幅稳压管、通用阻容器件组成的滤波器实现。光电耦合器模块8则需选用输出驱动能力较大的光耦器件(如tlp127)。控制输出模块12可采用通用控制继电器(如jqx
‑
14)或固态继电器ssr(如s310zk)，报警单元11采用蜂鸣器或指示灯。
[0047]
另外，当触电危险被排除后，则通过复位电路模块6控制单片机模块7进行复位。
[0048]
本发明装置进行人身触电在线检测的工作过程如下：
[0049]
步骤一、系统上电、自检、初始化；
[0050]
步骤二、根据实际运行要求进行相应检测参数的设置及修改；
[0051]
步骤三、检查本发明装置自身系统是否有故障，有故障时转入相应处理程序，给出故障诊断提示信息，无故障时向下步执行；
[0052]
步骤四、不断采集路灯照明系统的相电压、集总剩余电流、负载电流值；
[0053]
步骤五、实时计算存储路灯照明系统的u、i
j
、p
j
、q
j
、i
l
、i
r
′
、i
c
、s1、s2、s3，并将s1、s2、s3模糊融合为s0；
[0054]
步骤六、判断s0是否大于sa(一般取0.5)，若s0大于sa则判断检测到人身触电事故，直接执行后面的步骤七，若s0小于或等于sa时，认为并未发生触电事故，执行后面的步骤九；
[0055]
步骤七、控制输出单元收到切断路灯供电回路电源命令，断开路灯供电回路电源；
[0056]
步骤八、报警单元收到人身触电事故信号，蜂鸣器报警；
[0057]
步骤九、以太网通信单元将路灯照明系统的触电报警信息上传给上位机进行远程监控；
[0058]
步骤十、重复执行步骤三到步骤九。
[0059]
通过以上说明和实施例描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，特别是显示了本发明的精髓所在——利用模糊融合算法融合疑似人体触电事故剩余电流分量有效值、随机容性剩余电流分量有效值及负载电流有效值的变化量得到人身触电事故综合特征识
别系数，当人身触电事故综合特征识别系数大于经验阈值时，则判断发生人身触电事故，从而实现对路灯照明系统触电事故精准、有效在线检测及保护。
[0060]
本发明的实际应用方式和应用场合并不受上述实施例的限制，在不脱离本发明主旨范围的前提下，本发明还会有各种相应变化(例如应用场合变化至有效接地供配电系统及其供配电柜(箱)中)和改进，这些变化和改进都应落入本发明要求保护的范围内，而保护范围可由本发明申请文本所附的权利要求书及其等效物界定。