專利名稱：一種觸電信號(hào)暫態(tài)量識(shí)別方法及剩余電流保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種觸電信號(hào)暫態(tài)量識(shí)別方法及剩余電流保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
剩余電流保護(hù)裝置在低壓電網(wǎng)中防止人身觸電和避免因泄露電流造成電氣設(shè)備損壞等方面起著重要作用。目前常用的剩余電流保護(hù)裝置的動(dòng)作判據(jù)通常是低壓供電回路總泄漏電流的幅值大于某個(gè)整定值，或者是總泄漏電流的微增量大于某個(gè)規(guī)定值。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，目前的剩余電流保護(hù)裝置大多無法真正辨識(shí)人體觸電支路的電流信號(hào)，常常出現(xiàn)大負(fù)荷時(shí)合不上閘、無法正確投運(yùn)；或在潮濕天氣條件下，因電氣回路絕緣水平顯著降低，導(dǎo)致對(duì)地泄漏電流增大，進(jìn)而出現(xiàn)誤動(dòng)作的現(xiàn)象。要想從根本上解決上述問題，必須盡快研 究新的理論方法，使其能夠從包含噪聲的總泄漏電流中，快速、有效地識(shí)別觸電支路(人體或動(dòng)物)的電流特征，進(jìn)而構(gòu)建新的動(dòng)作邊界曲線，實(shí)現(xiàn)基于觸電電流動(dòng)作的剩余電流保護(hù)
>J-U裝直。

發(fā)明內(nèi)容
(一)技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何準(zhǔn)確地識(shí)別觸電信號(hào)的暫態(tài)特征，提高剩余電流保護(hù)裝置的靈敏性和可靠性。(二)技術(shù)方案本發(fā)明提供一種觸電信號(hào)暫態(tài)量識(shí)別方法，其包括SI.提取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)；S2.根據(jù)述電流信號(hào)的波形，選取一維菱形結(jié)構(gòu)元素，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的閉開和開閉運(yùn)算，得到暫態(tài)特征量；S3.判斷所述暫態(tài)特征量是否超過預(yù)定值，如果超過，則判斷出現(xiàn)故障，否則返回步驟SI?？蛇x的，所述步驟SI中，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)為I個(gè)周期的總泄漏電流信號(hào)?？蛇x的，所述步驟S2具體包括將步驟2計(jì)算的閉開運(yùn)算與開閉運(yùn)算的結(jié)果做差，所述差作為所述暫態(tài)特征量?？蛇x的，所述步驟S2中，所述一維菱形結(jié)構(gòu)元素的步長(zhǎng)為I。本發(fā)明還提供一種剩余電流保護(hù)裝置，其包括提取單元，用于提取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)；選擇單元，用于選擇一維菱形結(jié)構(gòu)元素；數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算單元，用于根據(jù)選取的一維菱形結(jié)構(gòu)元素，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的閉開和開閉運(yùn)算，得到暫態(tài)特征量；
控制單元，用于判斷所述暫態(tài)特征量是否超過預(yù)定值，如果超過，則判斷出現(xiàn)故障，發(fā)出跳閘指令，否則控制提取單元繼續(xù)提取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)?？蛇x的，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)為I個(gè)周期的總泄漏電流信號(hào)?？蛇x的，所述數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算單元進(jìn)一步包括減法器，用于將閉開運(yùn)算與開閉運(yùn)算的結(jié)果做差，所述差作為所述暫態(tài)特征量?？蛇x的，所述一維菱形結(jié)構(gòu)元素的步長(zhǎng)為I。 可選的，所述提取單元為零序電流互感器。(三)技術(shù)效果本發(fā)明能夠快速、有效地識(shí)別觸電支路(人體或動(dòng)物)的電流特征，從而準(zhǔn)確辨識(shí) 人體觸電支路的電流信號(hào)，提高剩余電流保護(hù)裝置的靈敏性和可靠性。


圖I表示本發(fā)明實(shí)施例的一種剩余電流保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2表示本發(fā)明實(shí)施例的一種觸電信號(hào)暫態(tài)量識(shí)別方法流程圖；圖3表示觸電信號(hào)與其暫態(tài)特征提取信號(hào)對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明根據(jù)生物觸電時(shí)，零序電流互感器檢測(cè)到的總泄漏電流會(huì)產(chǎn)生豐富的暫態(tài)信息的特點(diǎn)，提出了利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)提取觸電信號(hào)的暫態(tài)特征，以該暫態(tài)特征量作為剩余電流保護(hù)裝置的動(dòng)作判據(jù)，進(jìn)而提高剩余電流保護(hù)裝置的靈敏性和可靠性。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的基本思想是利用一個(gè)收集信息的探針，即“結(jié)構(gòu)元素”，在圖形中不斷移動(dòng)結(jié)構(gòu)元素，來探測(cè)所研究信息的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的基本算子。常用的結(jié)構(gòu)元素有直線、曲線(如二次，三次等)、三角形、圓形和其它多邊性及其結(jié)合等。對(duì)于一維信號(hào)的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)分析，結(jié)構(gòu)元素的長(zhǎng)度和高度是非常重要的，但是目前，在一維信號(hào)分析領(lǐng)域，還沒有存在針對(duì)具體應(yīng)用背景的結(jié)構(gòu)元素選擇原則，所以需要根據(jù)具體信號(hào)波形來選擇合適的結(jié)構(gòu)元素。實(shí)施例I :本實(shí)施例提供一種剩余電流保護(hù)裝置，如圖I所示，其包括提取單元，用于提取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)；選擇單元，用于選擇一維菱形結(jié)構(gòu)元素，這由觸電信號(hào)的波形決定，而且在對(duì)實(shí)驗(yàn)獲得的信號(hào)進(jìn)行大量仿真后，確定采用菱形結(jié)構(gòu)元素，因?yàn)榱庑谓Y(jié)構(gòu)元素效果最好。優(yōu)選步長(zhǎng)為1，這種步長(zhǎng)既能獲得明顯的檢測(cè)效果，也能滿足快速運(yùn)算的要求(步長(zhǎng)越長(zhǎng)運(yùn)算時(shí)間越長(zhǎng))。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算單元，用于根據(jù)選取的一維菱形結(jié)構(gòu)元素，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的閉開和開閉運(yùn)算，得到暫態(tài)特征量；控制單元，用于判斷所述暫態(tài)特征量是否超過預(yù)定值，如果超過，則判斷出現(xiàn)故障，發(fā)出跳閘指令，否則控制提取單元繼續(xù)提取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)?？蛇x的，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)為I個(gè)周期的總泄漏電流信號(hào)。可選的，所述數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算單元進(jìn)一步包括減法器，用于將閉開運(yùn)算與開閉運(yùn)算的結(jié)果做差，所述差作為所述暫態(tài)特征量。可選的，所述一維菱形結(jié)構(gòu)元素的步長(zhǎng)為I?？蛇x的，所述提取單元為零序電流互感器。該剩余電流保護(hù)裝置的動(dòng)作包括(I)選取一維菱形結(jié)構(gòu)元素，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的閉開和開閉運(yùn)算；(2)將閉開和開閉運(yùn)算的結(jié)果做差，得到總泄漏電流的暫態(tài)特征量；
(3)判斷暫態(tài)特征量超過額定值，即為該時(shí)刻出現(xiàn)故障，剩余電流保護(hù)裝置跳閘。其中，一維菱形結(jié)構(gòu)元素的步長(zhǎng)為I。其中，額定值需根據(jù)具體情況具體設(shè)定。本發(fā)明通過數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的開、閉運(yùn)算的特點(diǎn)，構(gòu)造了閉開-開閉梯度形態(tài)檢測(cè)法，依據(jù)梯度形態(tài)檢測(cè)的結(jié)果超過某一額定值來判斷觸電時(shí)刻，并以此作為剩余電流保護(hù)裝置的動(dòng)作判據(jù)，使剩余電流保護(hù)裝置的靈敏性和可靠性更高，避免了根據(jù)總泄漏電流大小判斷是否跳閘而導(dǎo)致的保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)的問題。實(shí)施例2 本發(fā)明提供的觸電信號(hào)暫態(tài)量識(shí)別方法具體流程如圖2所示，包括步驟1，提取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)，由于在時(shí)間域里描述一個(gè)信號(hào)，其基本單位即為一個(gè)周期，為了保證算法的精度，每次優(yōu)選I個(gè)周期的總泄漏電流信號(hào)。步驟2，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)開閉運(yùn)算和閉開運(yùn)算并將閉開運(yùn)算與開閉運(yùn)算的結(jié)果做差。其中，開閉運(yùn)算定義為將總泄漏電流信號(hào)與構(gòu)造的菱形結(jié)構(gòu)元素先做數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)開運(yùn)算再做數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算；閉開運(yùn)算定義為將總泄漏電流信號(hào)與構(gòu)造的菱形結(jié)構(gòu)元素先做數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算再做數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)開運(yùn)算。下面對(duì)開運(yùn)算和閉運(yùn)算的過程進(jìn)行具體說明膨脹和腐蝕是最基本的形態(tài)運(yùn)算，令f(x)和b(x)分別表示一維采樣信號(hào)和一維結(jié)構(gòu)元素，Df和Db分別表示f(x)和b(x)的定義域。信號(hào)f(x)關(guān)于結(jié)構(gòu)元素b(x)的膨脹和腐蝕運(yùn)算分別定義為
S-X^Df(/ b)(s) = maxIZ(s — x) + b(x)}
X G ,人(])
5 +X G Df(f h)(、') = mi 11 >/(-s +x)-&⑴一、')
x e 從 (2)式中， 和 分別是膨脹運(yùn)算符和腐蝕運(yùn)算符。膨脹和腐蝕是不可逆運(yùn)算，先腐蝕后膨脹通常不能使目標(biāo)函數(shù)復(fù)原，而是產(chǎn)生一種新的形態(tài)學(xué)變換，稱之為開運(yùn)算，與開運(yùn)算對(duì)應(yīng)的是閉運(yùn)算，即先膨脹后腐蝕。開、閉運(yùn)算分別被定義為
fob = {f&b) b(3)/ h = {f b) b (4)式中，o和 分別為開運(yùn)算符和閉運(yùn)算符。
定義閉開和開閉運(yùn)算分別為OC= (f O b b) (n) (5)CO= (f b O b) (n) (6)式中，OC為閉開運(yùn)算結(jié)果，CO為開閉運(yùn)算結(jié)果。將上述閉開運(yùn)算與開閉運(yùn)算的結(jié)果做差，即閉開-開閉梯度形態(tài)檢測(cè)法y(n) =CO-OC (7)。步驟3，判斷步驟2的結(jié)果的幅值是否超過整定值，超過整定值即判斷此刻發(fā)生觸電事故，發(fā)出動(dòng)作指令跳閘；如未超過整定值，返回提取下一周期的總泄漏電流信號(hào)，重復(fù) 步驟f步驟3。其中，整定值的設(shè)定需根據(jù)具體情況具體設(shè)定。觸電信號(hào)暫態(tài)特征提取結(jié)果如圖3所示。其中觸電信號(hào)(曲線I)是檢測(cè)到的總泄漏電流觸電前后的波形；檢測(cè)信號(hào)(曲線2)是本發(fā)明建立的閉開-開閉梯度形態(tài)檢測(cè)法的檢測(cè)結(jié)果，該信號(hào)中突起的尖峰即為觸電時(shí)刻。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種觸電信號(hào)暫態(tài)量識(shí)別方法，其特征在于，包括 51.提取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)； 52.選取一維菱形結(jié)構(gòu)元素，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的閉開和開閉運(yùn)算，得到暫態(tài)特征量； 53.判斷所述暫態(tài)特征量是否超過預(yù)定值，如果超過，則判斷出現(xiàn)故障，否則返回步驟SI。
2.如權(quán)利要求I所述的觸電信號(hào)暫態(tài)量識(shí)別方法，其特征還在于，所述步驟SI中，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)為I個(gè)周期的總泄漏電流信號(hào)。
3.如權(quán)利要求I所述的觸電信號(hào)暫態(tài)量識(shí)別方法，其特征還在于，所述步驟S2具體包括將步驟2計(jì)算的閉開運(yùn)算與開閉運(yùn)算的結(jié)果做差，所述差作為所述暫態(tài)特征量。
4.如權(quán)利要求I所述的觸電信號(hào)暫態(tài)量識(shí)別方法，其特征還在于，所述步驟S2中，所述一維菱形結(jié)構(gòu)元素的步長(zhǎng)為I。
5.一種剩余電流保護(hù)裝置，其特征在于，包括 提取單元，用于提取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)； 選擇單元，用于根據(jù)述電流信號(hào)的波形選擇一維菱形結(jié)構(gòu)元素； 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算單元，用于根據(jù)選取的一維菱形結(jié)構(gòu)元素，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的閉開和開閉運(yùn)算，得到暫態(tài)特征量； 控制單元，用于判斷所述暫態(tài)特征量是否超過預(yù)定值，如果超過，則判斷出現(xiàn)故障，發(fā)出跳閘指令，否則控制提取單元繼續(xù)提取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的剩余電流保護(hù)裝置，其特征還在于，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)為I個(gè)周期的總泄漏電流信號(hào)。
7.如權(quán)利要求5所述的剩余電流保護(hù)裝置，其特征還在于，所述數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算單元進(jìn)一步包括減法器，用于將閉開運(yùn)算與開閉運(yùn)算的結(jié)果做差，所述差作為所述暫態(tài)特征量。
8.如權(quán)利要求5所述的剩余電流保護(hù)裝置，所述一維菱形結(jié)構(gòu)元素的步長(zhǎng)為I。
9.如權(quán)利要求5所述的剩余電流保護(hù)裝置，所述提取單元為零序電流互感器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種觸電信號(hào)暫態(tài)量識(shí)別方法以及與該方法相應(yīng)的剩余電流保護(hù)裝置，其包括提取單元，用于提取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)；選擇單元，用于選擇一維菱形結(jié)構(gòu)元素；數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算單元，用于根據(jù)選取的一維菱形結(jié)構(gòu)元素，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的閉開和開閉運(yùn)算，得到暫態(tài)特征量；控制單元，用于判斷所述暫態(tài)特征量是否超過預(yù)定值，如果超過，則判斷出現(xiàn)故障，發(fā)出跳閘指令，否則控制提取單元繼續(xù)提取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的總泄漏電流信號(hào)。本發(fā)明能夠快速、有效地識(shí)別觸電支路(人體或動(dòng)物)的電流特征，從而準(zhǔn)確辨識(shí)人體觸電支路的電流信號(hào)，提高剩余電流保護(hù)裝置的靈敏性和可靠性。
文檔編號(hào)H02H3/32GK102868139SQ201210333438
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者蘇娟, 杜松懷, 關(guān)海鷗, 邵利敏 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)