[0001] 本发明涉及低压配电网安全技术领域，具体涉及一种低压配电网生物触电识别方法。

[0002] 电能凭借其运输安全经济、转换形式方便、环保等诸多优点已经逐渐成为生活中不可或缺的能源。但与此同时，电能的广泛使用会给电力安全带来一些问题，尤其是在农村，由于缺乏安全意识、电力设备质量差、气象复杂性等复杂因素，农村地区经常发生漏电事故。据相关统计分析表明，触电事故是水电施工企业高概率、高危害、高损失的事故类别。电力系统根据电压不同，可以简单分为高压和低压两大类。触电事故基本发生在1KV以下的低压系统中， 80％以上触电死亡事故发生在低压系统中。

[0003] 当前对于剩余电流检测与保护的问题，有效的解决手段是在电网线路中安装剩余电流保护器，利用剩余电流动作保护器来检测电路中存在的漏电情况，包括线路的漏电、用电设备的漏电等。但是目前的剩余电流动作保护器仍然停留在以断路器动作电流整定值来判断故障。对于漏电流较小的台区，这样的方法基本适用；对于漏电流较大的台区，由于漏电流过大，正常线路中的电流值可能超过整定值而造成剩余电流动作保护器误动作。此外，剩余电流动作保护器还无法对具体触电对象进行判别，无法判断触电的是否为生命体。因此，分析触电前后不同触电类型的波形的具体差异性来对生命体触电进行具体研究是非常必要而且迫切的。

[0040] 为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：

[0041] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本说明书使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0042] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0043] 如图1‑图3所示，本实施例提出的低压配电网生命体触电识别方法，主要包括以下内容：复合加权突变量法异常事件检测技术S2和分段周期面积差法漏电类型检测技术S3，具体如下：

[0044] 一、复合加权突变量法异常事件检测技术S2：

[0045] 步骤S21：计算滤波后的波形数据的周期差分值：

[0046] ΔKfi＝||Kfm+p|‑|Kfm||   (1)

[0047] 其中ΔKfi为对应点的周期差分值，Kfm为经过滤波后的对应波形数值，p为每个工频周期的采样点数；

[0048] 步骤S22：计算一个周期内周期变化量的最大值ν和平均值μ：

[0049] ν＝max(ΔKfi)   (2)

[0050]

[0051] 步骤S23：计算信号的最大利用系数ω，其为一个周期内周期变化量的最大值ν和平均值μ的比值；

[0052]

[0053] 步骤S24：再利用最大值ν和平均值μ以及最大利用系数ω组成复合加权突变值η：

[0054] η＝μ+νω   (5)

[0055] 所述复合加权突变值η作为检测信号中有无冲击的指标。

[0056] 在步骤S2中，计算波形周期差分值ΔKfi和复合加权突变值η，当计算的波形周期差分值ΔKfi超过用上个周期信号所计算出的复合加权突变值η时，则进入等待判断阶段：先冻结η，然后连续计算T个点的ΔKfi，记录ΔKfi超过η值的次数，若次数大于θ，则判定发生了触电事故，否则认为是干扰，返回步骤S1重新检测。

[0057] 二、分段周期面积差法漏电类型检测技术S3：

[0058] 步骤S31：当根据复合加权突变量法异常事件检测判断发生了触电事故后，收集触电后三个周波的波形作为判断生命体触电与否的判断波形；

[0059] 步骤S32：通过归一化将数据统一映射到[0,1]区间上：

[0060]

[0061] 其中Xnorm为归一化后的数据，X为原始数据，Xmax、Xmin分别为原始数据集的最大值和最小值；

[0062] 步骤S33：将波形按照周期进行分段处理，分别得到三个周波，计算触电后的第二周期以及第三周期对应点的绝对差分值：

[0063] |Kf(x)|＝||Kf(x+200)|‑|Kf(x)||,x＝201,202,...,600   (7)

[0064] 其中Kf(x)表示经滤波后的波形值；

[0065] 步骤S34：对绝对差分值进行绝对均值加权积分：

[0066]

[0067] 其中i＝401,402,...,600,j＝201,202,...,400，Yi表示判断波形中第401‑600个点之间第 i个点的值，Yj表示判断波形中第201‑400个点之间第j个点的值；

[0068] 步骤S35：计算分段周期偏差量最终得到分段周期面积差值来判断触电类型：

[0069]

[0070] 其中 表示200个点差值之和。

[0071] 在步骤S3中，通过对多个生命体触电样本与非生命体触电样本的分析，确定分段周期面积差值ξ作为判断两种触电类型的阈值，将不同故障样本的 与ξ比较判断触电类型。

[0072] 基于以上方法的设计，本实施例进一步提供其是实现的手段：

[0073] 三、所提生命体触电装置的设计

[0074] 所提生命体触电装置的结构如图3所示，其中各部分的结构与功能如下：

[0075] (1)剩余电流互感器：总剩余电流信号，生命体触电检测装置上作为其输入信号；

[0076] (2)信号处理：信号处理主要采用仪表放大器，将传感器输出的小的电压、电流或变化在变换为数字数据之前进行信号处理，使其适合于AD转换器的输入；

[0077] (3)A/D模块：A/D转换对模拟信号进行数字化，转换为16位的数字信号通过SPI 接口传送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理；

[0078] (4)MCU：用于处理故障的启动和识别，同时控制电指示灯用来指示是否发生了触电事故，控制继电器电路用于在发生生命体触电时快速切断供电回路。当发生了非生命体触电事故，对应非生命体触电指示灯亮，但继电器不动作，不会立即切断漏电支路；当发生了生命体触电事故，对应生命体触电指示灯亮，同时继电器快速动作，切断漏电支路保护生命体安全；通信模块会将相应的触电数据发送给主机；

[0079] (5)电源系统：主要给包括放大电路、AD转换模块、MCU、RS485通信模块等进行供电。

[0080] 其中剩余电流互感器ZTA22D‑1A/0.5V主要采集线路的零序电流，调理电路主要采用 AD8226仪表放大器，将输入的电流信号转换为合适的电压信号；AD采样由AD7606负责，转换为16位的数字信号通过SPI接口传送给MCU单元；MCU的控制芯片是STM32F407，用于处理故障的启动和识别，并通过RS485通信模块将触电的波形发送给上位机。

[0081] 以上装置设计仅作为实现本发明方案的一优选实例，不应视为对本发明方案保护范围的限制。

[0082] 进一步地，在本实施例中，选择了金属导体、纯净水、浑浊水、干燥土地、湿润土地、干燥树枝、湿润树枝、干燥水泥地、湿润水泥地共9种不同的非生命体触电实验场景，选用猪作为生命体触电的主要实验对象，选择干燥土地、湿润土地、金属笼三种具有良好的接地和导电性的场景进行生命体触电实验。从每类非生命体触电实验场景和每类生命体触电实验场景中分别收集30组数据用于触电类型的判别，结果如下：

[0083] 表1非生命体触电不同实验场景结果

[0084]实验场景 样本数 正确样本数 准确率
金属 30 30 100％
纯净水 30 30 100％
浑浊水 30 30 100％
干燥土地 30 28 93.33％
湿润土地 30 30 100％
干燥树枝 30 30 100％
湿润树枝 30 30 100％
干燥水泥地 30 28 93.33％
湿润水泥地 30 30 100％
总计 270 266 98.52％

[0085] 表2生命体触电不同实验场景结果

[0086] 实验场景 样本数 正确样本数 准确率干燥土地 30 28 93.33％
湿润土地 30 30 100％
金属 30 30 100％
总计 90 88 97.78％

[0087] 由表1、表2中可以看出，270组非生命体触电数据中共判断正确266组，对于非生命体触电的判断准确率为98.52％，90组生命体触电数据中共判断正确88组，对于非生命体触电的判断准确率为97.78％，两种触电场景共360组实验数据中354组判断正确，总分类准确率为98.33％。

[0088] 而本实施例在硬件上所用的诊断时间可大致分为三个部分：

[0089] (1)首先，启动算法中，以卡尔曼滤波为例，算法会造成数据延迟1.4ms，而当波形变化值第一次超过复合加权突变值时，需要连续判断T个变化值来确定是否发生了触电本实例中T取50，θ取10，本实验装置的采样频率为10kHz，所以其采集一个点所用时间为0.1ms，连续判断50个点需要5ms，综上，启动算法共用时6.4ms。

[0090] (2)发生故障后需要采集故障后的600个数据点用于下一步触电类型的判断，所以波形采集时间为60ms。

[0091] (3)波形采集后需要对波形进行触电类型的判断，本文所用分段周期面积差法的故障类型诊断时间为0.67ms。

[0092] 综上，本实施例所提出算法的波形收集时间为65ms，检测时间为2.07ms，从故障发生到判断完成的总判断时间为67.07ms，远小于触电的危险时间200ms，表明此方法可以在极短的时间内检测到生物体触电故障，能够在实际场景中具备应用价值。

[0093] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

[0094] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和 /或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和 /或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

[0095] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

[0096] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

[0097] 本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

[0098] 本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

[0099] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

[0100] 本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的低压配电网生物触电识别方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。