專利名稱：一種觸電信號暫態(tài)量識別方法及剩余電流保護裝置的制作方法
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暫態(tài)量識別方法及剩余電流保護裝置。
背景技術(shù)：
剩余電流保護裝置在低壓電網(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裝置的動作判據(jù)通常是低壓供電回路總泄漏電流的幅值大于某個整定值，或者是總泄漏電流的微增量大于某個規(guī)定值。運行經(jīng)驗表明，目前的剩余電流保護裝置大多無法真正辨識人體觸電支路的電流信號，常常出現(xiàn)大負荷時合不上閘、無法正確投運；或在潮濕天氣條件下，因電氣回路絕緣水平顯著降低，導(dǎo)致對地泄漏電流增大，進而出現(xiàn)誤動作的現(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、有效地識別觸電支路(人體或動物)的電流特征，進而構(gòu)建新的動作邊界曲線，實現(xiàn)基于觸電電流動作的剩余電流保護
>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)確地識別觸電信號的暫態(tài)特征，提高剩余電流保護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暫態(tài)量識別方法，其包括SI.提取實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號；S2.根據(jù)述電流信號的波形，選取一維菱形結(jié)構(gòu)元素，對實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號進行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的閉開和開閉運算，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，所述實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號為I個周期的總泄漏電流信號?？蛇x的，所述步驟S2具體包括將步驟2計算的閉開運算與開閉運算的結(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)元素的步長為I。本發(fā)明還提供一種剩余電流保護裝置，其包括提取單元，用于提取實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號；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)運算單元，用于根據(jù)選取的一維菱形結(jié)構(gòu)元素，對實時監(jiān)測到的總泄漏電流進行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的閉開和開閉運算，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)提取實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號?？蛇x的，所述實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號為I個周期的總泄漏電流信號?？蛇x的，所述數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運算單元進一步包括減法器，用于將閉開運算與開閉運算的結(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、有效地識別觸電支路(人體或動物)的電流特征，從而準(zhǔn)確辨識 人體觸電支路的電流信號，提高剩余電流保護裝置的靈敏性和可靠性。


圖I表示本發(fā)明實施例的一種剩余電流保護裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2表示本發(fā)明實施例的一種觸電信號暫態(tài)量識別方法流程圖；圖3表示觸電信號與其暫態(tài)特征提取信號對比圖。
具體實施例方式本發(fā)明根據(jù)生物觸電時，零序電流互感器檢測到的總泄漏電流會產(chǎn)生豐富的暫態(tài)信息的特點，提出了利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)提取觸電信號的暫態(tài)特征，以該暫態(tài)特征量作為剩余電流保護裝置的動作判據(jù)，進而提高剩余電流保護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收集信息的探針，即“結(jié)構(gòu)元素”，在圖形中不斷移動結(jié)構(gòu)元素，來探測所研究信息的結(jié)構(gòu)特點，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。對于一維信號的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)分析，結(jié)構(gòu)元素的長度和高度是非常重要的，但是目前，在一維信號分析領(lǐng)域，還沒有存在針對具體應(yīng)用背景的結(jié)構(gòu)元素選擇原則，所以需要根據(jù)具體信號波形來選擇合適的結(jié)構(gòu)元素。實施例I :本實施例提供一種剩余電流保護裝置，如圖I所示，其包括提取單元，用于提取實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號；選擇單元，用于選擇一維菱形結(jié)構(gòu)元素，這由觸電信號的波形決定，而且在對實驗獲得的信號進行大量仿真后，確定采用菱形結(jié)構(gòu)元素，因為菱形結(jié)構(gòu)元素效果最好。優(yōu)選步長為1，這種步長既能獲得明顯的檢測效果，也能滿足快速運算的要求(步長越長運算時間越長)。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運算單元，用于根據(jù)選取的一維菱形結(jié)構(gòu)元素，對實時監(jiān)測到的總泄漏電流進行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的閉開和開閉運算，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)提取實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號。可選的，所述實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號為I個周期的總泄漏電流信號?？蛇x的，所述數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運算單元進一步包括減法器，用于將閉開運算與開閉運算的結(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。該剩余電流保護裝置的動作包括(I)選取一維菱形結(jié)構(gòu)元素，對實時監(jiān)測到的總泄漏電流進行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的閉開和開閉運算；(2)將閉開和開閉運算的結(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，即為該時刻出現(xiàn)故障，剩余電流保護裝置跳閘。其中，一維菱形結(jié)構(gòu)元素的步長為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、閉運算的特點，構(gòu)造了閉開-開閉梯度形態(tài)檢測法，依據(jù)梯度形態(tài)檢測的結(jié)果超過某一額定值來判斷觸電時刻，并以此作為剩余電流保護裝置的動作判據(jù)，使剩余電流保護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)致的保護裝置誤動或拒動的問題。實施例2 本發(fā)明提供的觸電信號暫態(tài)量識別方法具體流程如圖2所示，包括步驟1，提取實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號，由于在時間域里描述一個信號，其基本單位即為一個周期，為了保證算法的精度，每次優(yōu)選I個周期的總泄漏電流信號。步驟2，對實時監(jiān)測到的總泄漏電流進行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)開閉運算和閉開運算并將閉開運算與開閉運算的結(jié)果做差。其中，開閉運算定義為將總泄漏電流信號與構(gòu)造的菱形結(jié)構(gòu)元素先做數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)開運算再做數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)閉運算；閉開運算定義為將總泄漏電流信號與構(gòu)造的菱形結(jié)構(gòu)元素先做數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)閉運算再做數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)開運算。下面對開運算和閉運算的過程進行具體說明膨脹和腐蝕是最基本的形態(tài)運算，令f(x)和b(x)分別表示一維采樣信號和一維結(jié)構(gòu)元素，Df和Db分別表示f(x)和b(x)的定義域。信號f(x)關(guān)于結(jié)構(gòu)元素b(x)的膨脹和腐蝕運算分別定義為
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 分別是膨脹運算符和腐蝕運算符。膨脹和腐蝕是不可逆運算，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，稱之為開運算，與開運算對應(yīng)的是閉運算，即先膨脹后腐蝕。開、閉運算分別被定義為
fob = {f&b) b(3)/ h = {f b) b (4)式中，o和 分別為開運算符和閉運算符。
定義閉開和開閉運算分別為OC= (f O b b) (n) (5)CO= (f b O b) (n) (6)式中，OC為閉開運算結(jié)果，CO為開閉運算結(jié)果。將上述閉開運算與開閉運算的結(jié)果做差，即閉開-開閉梯度形態(tài)檢測法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，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。觸電信號暫態(tài)特征提取結(jié)果如圖3所示。其中觸電信號(曲線I)是檢測到的總泄漏電流觸電前后的波形；檢測信號(曲線2)是本發(fā)明建立的閉開-開閉梯度形態(tài)檢測法的檢測結(jié)果，該信號中突起的尖峰即為觸電時刻。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(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)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種觸電信號暫態(tài)量識別方法，其特征在于，包括 51.提取實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號； 52.選取一維菱形結(jié)構(gòu)元素，對實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號進行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的閉開和開閉運算，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所述的觸電信號暫態(tài)量識別方法，其特征還在于，所述步驟SI中，所述實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號為I個周期的總泄漏電流信號。
3.如權(quán)利要求I所述的觸電信號暫態(tài)量識別方法，其特征還在于，所述步驟S2具體包括將步驟2計算的閉開運算與開閉運算的結(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所述的觸電信號暫態(tài)量識別方法，其特征還在于，所述步驟S2中，所述一維菱形結(jié)構(gòu)元素的步長為I。
5.一種剩余電流保護裝置，其特征在于，包括 提取單元，用于提取實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號； 選擇單元，用于根據(jù)述電流信號的波形選擇一維菱形結(jié)構(gòu)元素； 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運算單元，用于根據(jù)選取的一維菱形結(jié)構(gòu)元素，對實時監(jiān)測到的總泄漏電流進行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的閉開和開閉運算，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)提取實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號。
6.如權(quán)利要求5所述的剩余電流保護裝置，其特征還在于，所述實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號為I個周期的總泄漏電流信號。
7.如權(quán)利要求5所述的剩余電流保護裝置，其特征還在于，所述數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運算單元進一步包括減法器，用于將閉開運算與開閉運算的結(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裝置，所述一維菱形結(jié)構(gòu)元素的步長為I。
9.如權(quán)利要求5所述的剩余電流保護裝置，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暫態(tài)量識別方法以及與該方法相應(yīng)的剩余電流保護裝置，其包括提取單元，用于提取實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號；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)運算單元，用于根據(jù)選取的一維菱形結(jié)構(gòu)元素，對實時監(jiān)測到的總泄漏電流進行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的閉開和開閉運算，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)提取實時監(jiān)測到的總泄漏電流信號。本發(fā)明能夠快速、有效地識別觸電支路(人體或動物)的電流特征，從而準(zhǔn)確辨識人體觸電支路的電流信號，提高剩余電流保護裝置的靈敏性和可靠性。
文檔編號H02H3/32GK102868139SQ201210333438
公開日2013年1月9日 申請日期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 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)