剩余电流中触电电流分量的频谱特征与快速识别方法研究

我国农村低压电网广泛采用剩余电流保护装置防止人身触电或设备漏电事故，其动作判据通常是供电回路的工频剩余电流（总泄漏电流 ）幅值或微增量大于某个整定值。实践表明，这类判据常常导致大负荷或突变潮湿天气但非故障条件下，因剩余电流超过整定值而误动作。本项目提出一种基于剩余电流中触电电流分量的识别和整定新方法，其科学问题是如何从剩余电流中快速识别并定量描述触电支路的电流特征（暂态频谱、幅值、相位）；技术路线是以前期实验获取的四肢动物不同时刻触电电流数据（采样值-录波图）为基础，研究剩余电流中触电电流分量的快速识别方法；总目标是切实提高保护装置的动作可靠性。主要研究内容包括：剩余电流及触电电流分量的频谱特征及暂态过程；快速数字滤波算法；触电电流识别及幅值计算，主要方法包括基于Lyapunov指数和相空间重构的混沌算法、盲信号分离法；初步构建基于触电电流动作的剩余电流保护边界动作特性。

剩余电流保护装置在我国低压电网中的广泛应用，对于防止触电伤亡事故以及避免因漏电而引起的电气火灾事故具有非常重要的作用。目前在线运行的剩余电流保护装置，其动作电流的整定值与生物体触电电流无关，通常是将检测到的剩余电流有效值的大小作为是否动作的唯一判据。理论研究和实际运行经验表明，这种判据无法识别可能对触电者构成生命安全的触电支路的电流信号，在动作原理上存在先天不足和缺陷，经常导致误动或拒动现象的发生，大大降低了剩余电流保护装置的动作可靠性和正确投运率。. 针对上述问题，在国家自然科学基金项目“剩余电流中触电电流分量的频谱特征与快速识别方法”的支持下，本课题通过构建触电物理实验平台，测试和获取生物体触电原始数据，开展剩余电流中触电电流分量的频谱特征与快速识别方法研究。主要完成内容如下：. （1）设计并构建了触电物理实验平台，通过多种场景的模拟触电实验，获取批量动/植物触电数据，建立了我国低压电网生物体触电波形数据库。. （2）采用快速傅里叶变换分析了生物体发生触电故障时的剩余电流的频谱特征，掌握了暂态剩余电流的各个分量及其变化规律；提出了一种数学梯度和形态学梯度的组合算法，在分析剩余电流波形特性方面，能够突显出原始信号在触电时刻的波形变化特征。. （3）设计了基于FIR的和小波变换的两种触电信号数字滤波器，具有良好的消除白噪声和滤除高次谐波的能力，分别能够满足快速动作和高滤波精度的不同需求。. （4）提出了基于李雅普诺夫指数和相空间重构的混沌识别触电电流算法、基于盲信号分离技术的触电电流分离方法以及基于有限冲激响应和径向基神经网络相耦合的触电支路电流分量识别和计算方法。解决了工程中生物体触电支路电流不可检测的问题，为新一代基于生物体触电电流分量而动作的自适应型剩余电流保护装置的开发提供可靠的理论依据。. （5）初步建立了基于触电电流分量而动作的剩余电流保护的“幅值-时间”边界特性及其动作判据，为基于生物体触电电流动作的剩余电流保护装置实用化提供理论支持。