[发明专利]基于改进单通道快速独立分量法的触电事故特征信号检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统漏电保护领域，特别涉及一种基于改进单通道快速独立分量法的触电事故特征信号检测方法。

背景技术

触电事故是供用电领域导致人身伤亡的主要原因。漏电保护装器被广泛应用于城乡供电网，是低压电网防止触漏电伤亡的主要技术手段。20世纪开始，国内外在人体触电电流方面进行了许多研究，将通电时间和触电电流通过人体带来的生理反应划分为几个区域，建立起以幅值为判据的安全基准，作为漏电保护器整定准则，以此提供给各个国家作为电击保护特性研究及装置开发的参考。在理想条件下可以起到比较良好的保护效果，但对于实际线路中存在自然漏电流引起的保护死区仍然无法解决。现有的脉冲动作型、鉴幅鉴相动作型等几种类型漏电保护装置，未能动作于具有唯一可比性的触电事故特征信号，难以有效防止人身触电伤亡。由于线路通常存在自然漏电电流，发生人身或其他生命体触电事故时，保护装置检测到的漏电流，是非常微弱的触电特征信号电流与自然漏电流的随机混合，增加了触电特征信号的检测难度。研究具有唯一可比性的触电事故特征信号的快速、准确检测方法是保证供用电安全的关键课题，具有重要理论价值和现实意义。

在三相四线制中、低压供电网中，当发生生命体触电或其他短路事故时，保护装置检测到事故电流，经处理和识别后，按设定规则向断路器发出动作信号，原理如图1所示，图1中的I或II为检测点。接入电网的保护装置在线运行，未发生事故时，检测的实时单通道总漏电流为自然漏电流I_r，为三相漏电流矢量和。正常时，三相漏电流平衡，自然漏电流I_r＝0；非正常时，三相漏电流不平衡，I_r≠0，保护装置动作。实际中，正常供电时，三相负荷很难完全平衡，线路存在老化，环境和气象变化等，均可能导致漏电流，因此总存在不为0的自然漏电流。供电网内的触电或非触电事故，主要是单相或两相之间的触电事故，均会引起漏电流变化，这是保护装置动作的基本原理。

以单相事故为例。假设C相发生触电事故，检测电流I_z是事故电流I_s与I_r的向量和：

I·z=I·r+I·s---(1)]]>

现有保护装置根据I_z的大小或变化幅度进行保护，但式(1)为随机性向量和，难以保证I_z必然增大或减小，不能区分生命体和非生命体触电，且保护装置存在死区。

因此当发生了人体触电，保护能检测到触电事故特征信号立即动作，就可以真正避免电击对人体造成的伤害。国内外已有相关的探索研究，包括小波与神经网络、有限脉冲响应与径向基神经网络、FIR滤波与RBF神经网络、支持向量机等人工智能的触电信号检测方法，但样本依赖性强，工程应用困难。事实上，保护装置检测所得漏电流可分解为自然漏电流和事故漏电流两个分量，现有特波法希望能刻画触电特征，但因对唯一可比性特征的认识不足，尚未推广应用。生命体电阻抗的频散特性可作为区分触电事故的唯一可比性特征，但该特征的检测算法复杂，工程应用尚有困难。

针对面临的困难，从保护装置可检测到信号的固有特征出发，可利用盲源分离技术进行触电事故特征信号检测。盲源分离(BlindSourceSeparation，BSS)无需先验知识，具有抗干扰性强的特点，是随机混合信号中微弱信号检测的有效方法，已得到广泛应用，其中最常用的算法为快速独立分量法(IndependentComponentAnalysis，ICA)。漏电保护装置测量到的漏电流为单通道混合信号电流，利用单通道快速独立分量法(SingleChannelIndependentComponentAnalysis，SCICA)技术检测触电事故特征信号，很有吸引力，该方法已在声信号、图像、生物医学和机械故障检测等领域得到应用。

发明内容