專利名稱：觸電電流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，特別涉及一種剩余電流保護方法及裝置。
背景技術(shù)：
剩余電流保護裝置在農(nóng)村低壓電網(wǎng)中防止人身觸電和避免因泄漏電流造成電氣設(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有鑒幅式和鑒幅鑒相式兩類，其動作判據(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。其主要原因是，觸電保護裝置在原理上沒有真正區(qū)別正常泄漏電流與人體觸電電流。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何準確地區(qū)別正常泄漏電流與觸電電流。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種觸電電流分離方法，包括以下步驟SI :對實時監(jiān)測到的總泄漏電流進行小波多分辨率分解并重構(gòu)，得到重構(gòu)后的低
頻信號；S2 :對M個周期的所述低頻信號作為當前運算窗口，依次移動所述窗口，將后M/2個周期與前M/2個周期的低頻信號的差值作為分離的觸電電流，M為偶數(shù)。其中，步驟SI中采用Daubechies系中的dbll母小波對實時監(jiān)測到的總泄漏電流進行小波多分辨率分解。其中，所述步驟SI中，進行小波多分辨率分解，分解尺度為6。其中，所述M為8。其中，依次移動所述窗口時，每次移動I個周期。本發(fā)明還提供了一種剩余電流保護裝置，包括單片機電路和執(zhí)行電路，所述單片機電路用于按上述任一項所述的觸電電流分離方法從接收到的總泄漏電流中分離出觸電電流，并當所述觸電電流幅值超過額定動作值時向所述執(zhí)行電路發(fā)出跳閘執(zhí)行指令。其中，所述單片機電路檢測到連續(xù)移動窗口三次分離出的觸電電流都超過所述額定動作值時向所述執(zhí)行電路發(fā)出跳閘執(zhí)行指令。其中，還包括模式配置電路，連接所述單片機電路，用于配置所述單片機的工作模式。其中，還包括與所述單片機電路連接的用于顯示參數(shù)的顯示電路。其中，還包括與所述單片機電路連接的用于與計算機通信的通信接口電路。(三)有益效果
本發(fā)明通過基于小波和滑動窗口方式實現(xiàn)了從總泄漏電流中準確地分離出觸電電流，并依據(jù)該觸電電流的幅值來判斷是否需要跳閘，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。


圖I是本發(fā)明實施例的一種觸電電流分離方法流程圖；圖2是本發(fā)明實施例的一種剩余電流保護裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中的裝置工作流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明提供的觸電電流分離方法具體流程如圖I所示，包括步驟SI，對實時監(jiān)測到的總泄漏電流進行小波多分辨率分解，得到重構(gòu)后的低頻信號。具體采用Daubechies系中的dbll母小波對實時監(jiān)測到的總泄漏電流3義進行小波多分辨率分解，選擇分解尺度為6進行分解，這樣既能保留有效地低頻信號，又能有效地去噪(去掉高頻信號)，而且由于觸電物理實驗平臺中使用的故障錄波器采樣頻率為10000Hz，為了使重構(gòu)的信號滿足50Hz的要求，因此，對原始的總泄漏電流3/。進行至多6層分解。通過大量的實驗驗證，母小波選擇Daubechies系中的dbll母波。步驟S2，對M個周期的數(shù)據(jù)作為當前運算窗口，依次移動窗口，將窗口向前移動一個周期，后M/2個周期的數(shù)據(jù)與前M/2個周期的差值作為識別的信號，并與實際測試值進行誤差分析和相似性分析，進而分離出觸電電流。其中，M的取值與剩余電流保護裝置的動作時間有關(guān)。通常該動作時間要求小于等于O. I秒，因此，M可取34中8個周期的數(shù)據(jù)作為當前運算窗口，8個周期既能完全反映波形狀態(tài)，又能滿足動作時間要求。依次移動運算窗口，由于在時間域里描述一個信號，其基本單位即為一個周期，為了保證分離出的觸電電流的精度，每次優(yōu)選移動間隔為I個周期。在當前窗口中，用后4個周期與前4個周期低頻信號的差值作為觸電電流，進而分離出觸電電流。電網(wǎng)和用電設(shè)備的正常漏電電流隨著時間的變化而變化，但其變化是緩慢的。從一個穩(wěn)定狀態(tài)到另一穩(wěn)定狀態(tài)，漏電電流的變化時間可能為幾秒、幾分，甚至是幾小時，如由于大氣的濕度變化引起絕緣電阻的變化等引起的漏電電流變化。而大部分故障漏電電流則會在幾個周波，甚至是幾毫秒內(nèi)發(fā)生較大的變化，如人身觸電等，因此按上述方法能夠準確地分離出觸電電流。本發(fā)明還提供了一種利用上述方法實現(xiàn)的剩余電流保護裝置，該裝置通過上述方法實現(xiàn)了從總泄漏電流中準確地分離出觸電電流，并該觸電電流的幅值來判斷是否需要跳閘，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。具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，該裝置包括信號調(diào)理電路、單片機電路、執(zhí)行電路、電源電路及實時監(jiān)測總泄漏電流的零序電 流互感器。單片機電路是該發(fā)明的核心，負責(zé)對采集數(shù)據(jù)進行處理，分離出觸電電流，控制執(zhí)行電路的運行，達到保護效果。單片機電路具體包括重構(gòu)單元和分離單元。重構(gòu)單元用 于對實時監(jiān)測到的總泄漏電流進行小波多分辨率分解并重構(gòu)，得到重構(gòu)后的低頻信號；分離單元，用于對M個周期的所述低頻信號作為當前運算窗口，依次移動所述窗口，將后M/2個周期與前M/2個周期的低頻信號的差值作為分離的觸電電流，M為偶數(shù)。具體地，零序電流互感器穿過配電線路的A、B、C相線及中性線，零序電流互感器的輸出端與信號調(diào)理電路輸入端相連；信號調(diào)理電路輸出端于單片機電路相連，信號調(diào)理電路分時將互感器的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入單片機電路中；單片機電路記錄采集到了數(shù)據(jù)，并以此采用上述的小波結(jié)合滑動窗口的分解算法從總泄漏電流分離出觸電電流；最終，單片機以觸電電流作為裝置的動作依據(jù)，通過向與其相連的執(zhí)行電路發(fā)送跳閘執(zhí)行指令，實現(xiàn)跳閘，避免了現(xiàn)有的剩余電流保護裝置存在的拒動、誤動問題，提高了保護裝置運行的可靠性。本裝置的執(zhí)行電路的執(zhí)行動作時間要求小于等于O. I秒，即在觸電后5個周波內(nèi)必須完成跳閘保護動作，因此，M取!^中8個周期的數(shù)據(jù)作為當前運算窗口，依次移動窗口， 每次移動間隔為I個周期。在當前窗口中，用后4個周期與前4個周期低頻信號的差值作為識別的信號，并與實際測試值進行誤差分析和相似性分析，進而分離出觸電電流的幅值。為了提高算法的可靠性，本發(fā)明在單片機電路的程序中設(shè)置了一個標志位Flag，F(xiàn)lag初始值為0，只有當連續(xù)移動三個周期分離出的觸電電流都超過額定動作值時，即Flag等于3時，才會確定為觸電事故，這樣就避免了由于測試系統(tǒng)的一些采樣誤差可能引起的誤動作。進一步地，本發(fā)明的剩余電流保護裝置仍然保留了現(xiàn)有的工作模式，即本剩余電流保護裝置設(shè)置有兩種工作模式，一種是普通模式，一種是分離型模式。普通模式，即傳統(tǒng)剩余電流保護裝置的功能，當選擇為該模式時，系統(tǒng)的額定電流默認設(shè)置為30mA，當剩余電流(3/0 )大小超過30mA時，設(shè)備將動作。分離型模式，即根據(jù)觸電電流的幅值而發(fā)出跳閘指令的新模式，裝置識別出觸電電流并根據(jù)相應(yīng)判據(jù)而使保護動作。裝置默認的工作模式為分離型。且某些特殊的環(huán)境下，如浴室，本裝置的動作電流較一般情況下應(yīng)較小，因此需要對額定動作電流與動作時間進行配置。為了實現(xiàn)對工作模式及額定動作電流與動作時間的配置，本裝置還包括連接單片機電路的模式配置電路，如圖2中的鍵盤電路，用戶可通過鍵盤相關(guān)操作，設(shè)置工作模式，設(shè)置相應(yīng)的額定動作電流與動作時間。該功能可提高該套系統(tǒng)的穩(wěn)定性與適應(yīng)性。進一步地，為了實現(xiàn)更好的人機交互，本裝置還包括顯示電路，如液晶顯示器等，在顯示屏可顯示實測的剩余電流的電流值和電壓值、識別出的觸電電流值、是否觸電、工作模式設(shè)定、整定值設(shè)定等。并對三相四線供電系統(tǒng)測量三相電流、零序電流4路電流信號，三相電壓與零序電壓4路信號，并對分離出的觸電電流信號進行顯示，實時存儲選定時段的信號波形數(shù)據(jù)。進一步地，本裝置還包括通信接口電路，如串口，可通過串口將采樣數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機，便于對采樣數(shù)據(jù)作進一步分析。本發(fā)明的剩余電流保護裝置采用的部分硬件設(shè)備如下電源電路的芯片L7805CV與LM1117為可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。Ui為經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換后的9V電壓，經(jīng)L7805CV與LM1117轉(zhuǎn)換后，在VDD與VCC處分別獲得5V與3. 3V穩(wěn)定的直流電壓，既滿足串行通信、繼電器輸出等模塊對電源的要求，也能為單片機電路和液晶顯示器、串行存儲器模塊提供電源。
信號調(diào)理電路共包括信號放大與濾波電路兩部分，選用的芯片為德州儀器生產(chǎn)的精密運算放大器0PA4374，該放大器輸入偏置電流為ΙΟρΑ，輸入失調(diào)電壓為5mV，采用單電源供電。單片機電路選用為美國TI公司的MSP430F149，該芯片內(nèi)部含2kBRAM區(qū)，可用于快速存儲采樣數(shù)據(jù)，在8MHz晶體的驅(qū)動下，實現(xiàn)125ns的指令周期，自帶12位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC12)，能夠?qū)崿F(xiàn)12位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換，采樣速度最高可達200kbps。液晶顯示電路采用的芯片為北京友力發(fā)科貿(mào)有限公司生產(chǎn)的圖形點陣式液晶顯示器 YLF12232。 如圖3所示，為本發(fā)明的剩余電流保護裝置工作流程圖，該裝置在上電后進入系統(tǒng)初始化；各個模塊的初始化順利完成后，進入單片機電路中的主程序循環(huán)，系統(tǒng)的工作模式通過按鍵的相關(guān)操作確定，默認的為分離型模式。當選擇為分離型模式時，系統(tǒng)將進入 數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、分離算法等程序，最終分離出觸電電流幅值；當觸電電流小于設(shè)定的動作值時，繼續(xù)主程序的循環(huán)；當觸電電流大于設(shè)定的動作值時，系統(tǒng)發(fā)出跳閘指令，結(jié)束循環(huán)。當選擇為一般模式時，系統(tǒng)將按照常規(guī)的剩余電流保護裝置的工作原理運行，當剩余電流超過30mA時，系統(tǒng)發(fā)出跳閘指令，結(jié)束循環(huán)，反之，則繼續(xù)主程序的循環(huán)。以上按鍵操作、實測到的泄漏電流和分理出的觸電電流幅值以及裝置動作情況，都可以通過液晶顯示程序，在液晶顯示屏中顯示。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
1.一種觸電電流分離方法，其特征在于，包括以下步驟 Si:對實時監(jiān)測到的總泄漏電流進行小波多分辨率分解并重構(gòu)，得到重構(gòu)后的低頻信號; S2 :對M個周期的所述低頻信號作為當前運算窗口，依次移動所述窗口，將后M/2個周期與前M/2個周期的低頻信號的差值作為分離的觸電電流，M為偶數(shù)。
2.如權(quán)利要求I所述的觸電電流分離方法，其特征在于，步驟SI中采用Daubechies系中的dbll母小波對實時監(jiān)測到的總泄漏電流進行小波多分辨率分解。
3.如權(quán)利要求I所述的觸電電流分離方法，其特征在于，所述步驟SI中，進行小波多分辨率分解，分解尺度為6。
4.如權(quán)利要求I所述的觸電電流分離方法，其特征在于，所述M為8。
5.如權(quán)利要求I所述的觸電電流分離方法，其特征在于，依次移動所述窗口時，每次移動I個周期。
6.一種剩余電流保護裝置，包括單片機電路和執(zhí)行電路，其特征在于，所述單片機電路用于按權(quán)利要求I 5中任一項所述的觸電電流分離方法從接收到的總泄漏電流中分離出觸電電流，并當所述觸電電流幅值超過額定動作值時向所述執(zhí)行電路發(fā)出跳閘執(zhí)行指令。
7.如權(quán)利要求6所述的剩余電流保護裝置，其特征在于，所述單片機電路檢測到連續(xù)移動窗口三次分離出的觸電電流都超過所述額定動作值時向所述執(zhí)行電路發(fā)出跳閘執(zhí)行指令。
8.如權(quán)利要求6所述的剩余電流保護裝置，其特征在于，還包括模式配置電路，連接所述單片機電路，用于配置所述單片機的工作模式。
9.如權(quán)利要求6所述的剩余電流保護裝置，其特征在于，還包括與所述單片機電路連接的用于顯示參數(shù)的顯示電路。
10.如權(quán)利要求6所述的剩余電流保護裝置，其特征在于，還包括與所述單片機電路連接的用于與計算機通信的通信接口電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種觸電電流分離方法，涉及電氣工程技術(shù)領(lǐng)域，包括S1對實時監(jiān)測到的總泄漏電流進行小波多分辨率分解并重構(gòu)，得到重構(gòu)后的低頻信號；S2對M個周期的所述低頻信號作為當前運算窗口，依次移動所述窗口，將后M/2個周期與前M/2個周期的低頻信號的差值作為分離的觸電電流，M為偶數(shù)。本發(fā)明還公開了一種利用上述方法的剩余電流保護裝置。本發(fā)明通過基于小波和滑動窗口方式實現(xiàn)了從總泄漏電流中準確地分離出觸電電流，并依據(jù)該觸電電流的幅值來判斷是否需要跳閘，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。
文檔編號H02H3/08GK102684141SQ20121013482
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者夏越, 廖從研, 李春蘭, 杜松懷, 蘇娟 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)