本發(fā)明涉及配電網(wǎng)安全保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于動物觸電的物理實(shí)驗(yàn)平臺及觸電阻抗建模方法。

背景技術(shù)：

電擊事故是較為常見的惡性事故，其特征是突發(fā)性大，人員傷亡率大。鑒于目前運(yùn)行的剩余電流保護(hù)裝置，就動作特性而言，大多都無法真正辨識人體觸電支路的汲出電流信號，常常出現(xiàn)大負(fù)荷時合不上閘、無法正確投運(yùn)(此時的工頻泄漏電流值已接近或超過整定值)；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，造成因正常運(yùn)行或擾動時的泄漏電流水平接近或超過動作邊界而誤動作；另外，在一定條件下，動物體觸電或設(shè)備故障漏電不一定使剩余電流增加，反而會導(dǎo)致剩余電流減少，因此可能造成剩余電流保護(hù)裝置失效拒動。

目前，為了解決剩余電流保護(hù)裝置動作的靈敏性及誤動作問題，國內(nèi)外專家對剩余電流保護(hù)裝置的硬件材料及控制電路進(jìn)行了不斷的改進(jìn)，如檢測裝置結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、傳感元件材料的更新、零序電流互感器性能的提高等，但沒有研究動物觸電信息提取的問題，仍然建立在檢測剩余電流大小的判據(jù)基礎(chǔ)進(jìn)行研究，也就沒有從根本上解決觸電電流與剩余電流保護(hù)裝置間的直接關(guān)系。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供的一種適用于動物觸電的物理實(shí)驗(yàn)平臺及觸電阻抗建模方法，該平臺及方法能夠準(zhǔn)確且有效地識別動物觸電信息；有效避免了因剩余電流減少而導(dǎo)致剩余電流保護(hù)裝置失效拒動的問題；提高剩余電流保護(hù)裝置動作的可靠性和準(zhǔn)確性；進(jìn)而提升了農(nóng)網(wǎng)供電安全保障能力。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種適用于動物觸電的物理實(shí)驗(yàn)平臺，所述平臺包括依次串聯(lián)的實(shí)驗(yàn)電源、互感器組件及負(fù)載；

所述互感器組件上依次連接有故障錄波器及分析處理單元；

所述互感器組件與所述負(fù)載之間連接有阻抗組件。

優(yōu)選的，所述阻抗組件包括并聯(lián)的觸電支路、線路對地分布阻抗及用戶對地泄漏阻抗；

所述觸電支路、線路對地分布阻抗及用戶對地泄漏阻抗的一端依次連接在所述互感器組件與所述負(fù)載之間；

所述觸電支路、線路對地分布阻抗及用戶對地泄漏阻抗的另一端均接地。

優(yōu)選的，所述實(shí)驗(yàn)電源包括三相電源及連接至所述三相電源的調(diào)壓器。

優(yōu)選的，所述互感器組件包括電壓互感器和電流互感器，且所述電壓互感器和電流互感器均安裝在所述調(diào)壓器的電流出口側(cè)。

優(yōu)選的，所述負(fù)載為實(shí)驗(yàn)箱燈泡負(fù)載；作為線路對地的絕緣阻抗的所述實(shí)驗(yàn)箱燈泡負(fù)載包括并聯(lián)的大電阻和電容。

優(yōu)選的，所述觸電支路包括串聯(lián)的大電阻和生物體；所述分析處理單元為安裝在計(jì)算機(jī)中的分析處理程序。

一種適用于動物觸電阻抗建模方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1.搭建動物觸電物理實(shí)驗(yàn)平臺并進(jìn)行動物觸電試驗(yàn)，獲取動物觸電電壓電流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

步驟2.進(jìn)行觸電信號濾波及傅里葉分解，提取50Hz電壓電流幅值和相位，得到觸電信息；

步驟3.將所述觸電信息根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法擬合，得到動物觸電總阻抗及相角期望值；

步驟4.根據(jù)弗萊貝爾格等值電路求取動物的皮膚電阻和皮膚電容；

步驟5.搭建所述動物觸電物理實(shí)驗(yàn)平臺的數(shù)字模型，對所述動物的皮膚電阻和皮膚電容進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，得到動物觸電阻抗最終模型。

優(yōu)選的，所述步驟1包括：

1-1.搭建動物觸電物理實(shí)驗(yàn)平臺；

1-2.在所述動物觸電物理實(shí)驗(yàn)平臺中進(jìn)行動物觸電試驗(yàn)；

1-3.采集并記錄動物體發(fā)生單相觸電時的相關(guān)電氣參數(shù)，得到動物觸電電壓電流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；所述相關(guān)電氣參數(shù)包括通過動物體的電壓電流波形及剩余電流波形。

優(yōu)選的，，所述步驟2包括：

2-1.根據(jù)所述動物觸電電壓電流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)生成觸電電壓電流波形；

2-2.對觸電電壓電流信號進(jìn)行濾波；

2-3.采用快速傅里葉變換提取濾波后的觸電電壓電流信號中的工頻分量，得到觸電信息；所述工頻分量包括50Hz電壓電流幅值和相位。

優(yōu)選的，所述步驟4包括：

根據(jù)弗萊貝爾格等值電路求取動物的皮膚電阻R_S和皮膚電容C_S：

式中，Z為動物觸電總阻抗值；R0為內(nèi)電阻。

從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供了一種適用于動物觸電的物理實(shí)驗(yàn)平臺及觸電阻抗建模方法；平臺包括依次串聯(lián)的實(shí)驗(yàn)電源、互感器組件及負(fù)載；互感器組件上依次連接有故障錄波器及分析處理單元；互感器組件與負(fù)載之間連接有阻抗組件。方法包括搭建動物觸電物理實(shí)驗(yàn)平臺并進(jìn)行動物觸電試驗(yàn)，獲取動物觸電電壓電流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；得到觸電信息、動物觸電總阻抗及相角期望值；求取皮膚電阻和皮膚電容；搭建動 物觸電物理實(shí)驗(yàn)平臺數(shù)字模型，得到動物觸電阻抗最終模型。本發(fā)明提出的平臺及方法能夠準(zhǔn)確且有效地識別動物觸電信息；有效避免了因剩余電流減少而導(dǎo)致剩余電流保護(hù)裝置失效拒動的問題；提高剩余電流保護(hù)裝置動作的可靠性和準(zhǔn)確性；進(jìn)而提升了農(nóng)網(wǎng)供電安全保障能力。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：

1、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，平臺包括依次串聯(lián)的實(shí)驗(yàn)電源、互感器組件及負(fù)載；互感器組件上依次連接有故障錄波器及分析處理單元；互感器組件與負(fù)載之間連接有阻抗組件。該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確且有效地識別動物觸電信息；有效避免了因剩余電流減少而導(dǎo)致剩余電流保護(hù)裝置失效拒動的問題。

2、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，方法包括搭建動物觸電物理實(shí)驗(yàn)平臺并進(jìn)行動物觸電試驗(yàn)，獲取動物觸電電壓電流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；得到觸電信息、動物觸電總阻抗及相角期望值；求取皮膚電阻和皮膚電容；搭建動物觸電物理實(shí)驗(yàn)平臺數(shù)字模型，得到動物觸電阻抗最終模型。該方法能夠可靠且有效地識別動物觸電信息；提高剩余電流保護(hù)裝置動作的可靠性和準(zhǔn)確性；進(jìn)而提升了農(nóng)網(wǎng)供電安全保障能力。

3、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，方法可進(jìn)行動物觸電阻抗建模，模型可應(yīng)用于剩余電流保護(hù)裝置中進(jìn)行生物體觸電信號識別，為提高新一代剩余電流保護(hù)裝置的可靠性和準(zhǔn)確性提供技術(shù)支撐。

4、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，平臺根據(jù)本專利提供的方法可進(jìn)行動物體阻抗建模，模型可直接應(yīng)用于配電數(shù)字仿真軟件中進(jìn)行暫態(tài)動物觸電短路故障計(jì)算。

5、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，應(yīng)用廣泛，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種適用于動物觸電的物理實(shí)驗(yàn)平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的一種適用于動物觸電阻抗建模方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明的觸電阻抗建模方法中的步驟1的流程示意圖；

圖4是本發(fā)明的觸電阻抗建模方法中的步驟2的流程示意圖；

圖5是本發(fā)明的一種應(yīng)用在一種適用于動物觸電的物理實(shí)驗(yàn)平臺上的觸電阻抗建模方法的具體應(yīng)用例的流程圖；

圖6是本發(fā)明的具體應(yīng)用例的弗萊貝爾格等值電路圖；

圖7是本發(fā)明的具體應(yīng)用例的利用Simulink搭建動物觸電實(shí)驗(yàn)平臺的數(shù)字模型示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種適用于動物觸電的物理實(shí)驗(yàn)平臺，平臺包括依次串聯(lián)的實(shí)驗(yàn)電源、互感器組件及負(fù)載；

互感器組件上依次連接有故障錄波器及分析處理單元；

互感器組件與負(fù)載之間連接有阻抗組件。

其中，阻抗組件包括并聯(lián)的觸電支路、線路對地分布阻抗及用戶對地泄漏阻抗；

觸電支路、線路對地分布阻抗及用戶對地泄漏阻抗的一端依次連接在互感器組件與負(fù)載之間；

觸電支路、線路對地分布阻抗及用戶對地泄漏阻抗的另一端均接地。

其中，實(shí)驗(yàn)電源包括三相電源及連接至三相電源的調(diào)壓器。

互感器組件包括電壓互感器和電流互感器，且電壓互感器和電流互感器均安裝在調(diào)壓器的電流出口側(cè)。

負(fù)載為實(shí)驗(yàn)箱燈泡負(fù)載；作為線路對地的絕緣阻抗的實(shí)驗(yàn)箱燈泡負(fù)載包括并聯(lián)的大電阻和電容。

觸電支路包括串聯(lián)的大電阻和生物體；分析處理單元為安裝在計(jì)算機(jī)中的分析處理程序。

如圖2所示，本發(fā)明提供一種適用于動物觸電阻抗建模方法，包括如下步驟：

步驟1.搭建動物觸電物理實(shí)驗(yàn)平臺并進(jìn)行動物觸電試驗(yàn)，獲取動物觸電電壓電流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

步驟2.進(jìn)行觸電信號濾波及傅里葉分解，提取50Hz電壓電流幅值和相位，得到觸電信息；

步驟3.將觸電信息根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法擬合，得到動物觸電總阻抗及相角期望值；

步驟4.根據(jù)弗萊貝爾格等值電路求取動物的皮膚電阻和皮膚電容；

步驟5.搭建動物觸電物理實(shí)驗(yàn)平臺的數(shù)字模型，對動物的皮膚電阻和皮膚電容進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，得到動物觸電阻抗最終模型。

如圖3所示，步驟1包括：

1-1.搭建動物觸電物理實(shí)驗(yàn)平臺；

1-2.在動物觸電物理實(shí)驗(yàn)平臺中進(jìn)行動物觸電試驗(yàn)；

1-3.采集并記錄動物體發(fā)生單相觸電時的相關(guān)電氣參數(shù)，得到動物觸電電壓電流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；相關(guān)電氣參數(shù)包括通過動物體的電壓電流波形及剩余電流波形。

如圖4所示，步驟2包括：

2-1.根據(jù)動物觸電電壓電流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)生成觸電電壓電流波形；

2-2.對觸電電壓電流信號進(jìn)行濾波；

2-3.采用快速傅里葉變換提取濾波后的觸電電壓電流信號中的工頻分量，得到觸電信息；工頻分量包括50Hz電壓電流幅值和相位。

其中，步驟4包括：

根據(jù)弗萊貝爾格等值電路求取動物的皮膚電阻R_S和皮膚電容C_S：

式中，Z為動物觸電總阻抗值；R0為內(nèi)電阻。

本發(fā)明提供一種應(yīng)用在一種適用于動物觸電的物理實(shí)驗(yàn)平臺上的觸電阻抗建模方法的具體應(yīng)用例，包括：

步驟1、根據(jù)圖1觸電物理平臺實(shí)驗(yàn)原理圖搭建動物觸電物理實(shí)驗(yàn)平臺。實(shí)驗(yàn)主要由實(shí)驗(yàn)電源、用戶對地泄漏阻抗、用電阻和電容表示的線路對地分布阻抗、故障錄波器和零序電流互感器等部分組成。其中，采用三相電源作為實(shí)驗(yàn)電源，通過調(diào)壓器向負(fù)載直接供電；負(fù)載為實(shí)驗(yàn)箱燈泡負(fù)載；以大電阻和電容的并聯(lián)來作為線路對地的絕緣阻抗；剩余電流感應(yīng)線圈安裝在調(diào)壓器的出口處；觸電支路是采用大電阻和生物體的串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)；單相剩余電流保護(hù)裝置直接串聯(lián)在觸電支路中。實(shí)驗(yàn)平臺搭建成功后，通過動物觸電實(shí)驗(yàn)，采用錄波儀獲取動物體發(fā)生單相觸電時通過動物體的電壓電流波形、剩余電流波形等相關(guān)電氣參數(shù)，每個觸電時刻取電壓電流采樣點(diǎn)各3000個。

步驟2、在matlab中，將錄波儀中獲取的動物觸電數(shù)據(jù)生成觸電電壓電流波形；再用加hamming窗FIR低通濾波器對觸電電壓電流信號濾波，其中通帶截止頻率選擇50Hz，阻帶起始頻率選擇1000Hz，階數(shù)為54；最后采用快速傅里葉變換提取濾波后的觸電電壓電流信號中的工頻分量。由于錄波儀一個周期的采樣點(diǎn)是200個，在觸電信號達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，取一個周期的波形提取50Hz的電壓電流的幅值和相位。流程圖如圖5所示。

步驟3、將獲取的多組觸電電壓電流信息采用最小二乘法擬合，得到動物觸電總的阻抗值Z。

步驟4、動物模型采用弗萊貝爾格等值電路如圖6所示，R_s、C_s分別為皮膚電阻、皮膚電容，R₀為內(nèi)電阻，在計(jì)算中，內(nèi)電阻取值為50。求取動物的皮膚電阻和皮膚電容R_s、C_s；

步驟5、利用Simulink搭建動物觸電實(shí)驗(yàn)平臺的數(shù)字模型如圖7所示，對求取的動物阻抗模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，完善動物觸電阻抗模型。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。