单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估方法及系统，包括电流传感器、LED报警灯、多音喇叭、投影灯、电源模块、中央处理单元、放大电路；电源模块与中央处理单元相连；中央处理单元分别与电流传感器、故障LED报警灯、投影灯、放大电路相连；放大电路还与多音喇叭相连；本发明专利技术通过电流传感器测量单相断线经杆塔接地的故障电流，并输入至中央处理单元进行跨步电压计算，根据人体可承受的电流进行跨步电压危险区域划分；此外，本发明专利技术还能通过LED报警灯和多音喇叭进行报警，并在地面投影出相应的危险区域，易于推广应用。

Personal safety assessment method and system for single phase broken line through tower grounding fault

【技术实现步骤摘要】
单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估方法及系统
本专利技术属于电力系统接地分析
，具体涉及一种单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估方法及系统。
技术介绍
配网是电力系统的核心部分，其稳定可靠运行与用电可靠用电以及人们的人身安全息息相关。单相接地故障在配网的所有故障中占据了相当大的一部分，在发生单相经杆塔接地故障时，系统的带病运行会造成入地电流持续存在，势必会严重威胁到人身安全，甚至会造成生命危险。解决配网单相断线故障一直是一项难题。目前国内外已有许多针对的单相接地故障的研究，主要集中在接地电阻测试、跨步电压和接触电压分布计算等等，而缺乏对人身安全的评估报警系统或方法的研究。为了有效的保障人身安全，急需一种智能的多样化报警方法，能够对故障区域内发生触电危险的情况进行评估，并及时发出风险预警。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估方法及系统。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估系统，包括电流传感器、LED报警灯、多音喇叭、投影灯、电源模块、中央处理单元、放大电路；电源模块与中央处理单元相连；中央处理单元分别与电流传感器、故障LED报警灯、投影灯、放大电路相连；放大电路还与多音喇叭相连；中央处理单元用于根据电流传感器采集的数据进行计算；计算方法如下：(1)计算故障杆塔周围土壤区域的任意Pi点电位值VPi：设杆塔的口字形接地装置二的总周长为L，将L划分成n个大小相同的微段，令第j微段的长度为Lj，由此在杆塔附近土壤区域任意Pi点产生电位值VPi由下式计算：①当Pi点位于口字形接地装置正上方区域外时：②当Pi点位于口字形接地装置正上方区域内时，将微段j分成m个大小相等的微分段：式(1)～(3)中，RPj为互电阻，其值定义为第j微段施加单位电流源时在点Pi产生的电位；由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ0为接触层电阻率；h0为接触层厚度；I为流入口字形接地装置的总电流；ρ为土壤电阻率；r和r’分别为点Pi与第j微段中心点及其镜像点的距离，r、r’>>Lj；k表示微段j第k个微分段，djk为由微段j第k个微分段流入土壤的电流；a为口字形接地装置的导体半径，b为第k个微分段长度；以口字形接地装置几何中心为坐标原点，沿输电线路向前一杆塔延伸画x坐标轴，沿x坐标轴逆时针旋转90度画y坐标轴，垂直于土壤表面画z坐标轴，x0、y0、z0分别为第j微段中心点的位置坐标，x1、y1、z1分别为Pi点的位置坐标；K0和K1分别为零阶和一阶第二类修正贝塞尔函数；λ为积分变量；g为计算点个数，c为修正系数；(2)经任意相距为1m的P(p1，q1，r1)、Q(p2，q2，r2)两点的电位差计算经过人体的电流值IP：式(5)中，VP、VQ分别为P、Q两点的电位；Rin为人体内部电阻，R0为人体皮肤电阻；b1为人体等效接地半径；式(6)中，D为P、Q两点到口字形接地装置中心的水平距离的最大值；(3)根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：当IP＝100mA时，对应P、Q两点计算D＝D1；同理当IP＝25mA时，D＝D2；IP＝6mA时，D＝D3；IP＝1mA时，D＝D4；当IP>100mA，即D<D1时，该区域为一等危险，导致死亡；当25<IP<100mA，即D1<D<D2时，该区域为二等危险，导致肌肉收缩，呼吸困难；当6<IP<25mA，即D2<D<D3时，该区域为三等危险，导致疼痛难耐；当1<IP<6mA，即D3<D<D4时，该区域为四等危险，导致轻微刺痛；当IP<1mA，即D>D4时，该区域为安全区域；之后根据计算结果，通过LED报警灯进行光报警，并通过投影灯投影出各个区域进行警示；放大电路用于将中央处理单元传来的音频信号放大，之后通过多音喇叭进行声音报警。进一步，优选的是，电源模块包括太阳能板、电池和电源保护电路；太阳能板、电源保护电路分别与电池相连。进一步，优选的是，电池为可充放电的锂电池。进一步，优选的是，投影灯以不同颜色圆环的形式投影出各个区域进行警示。进一步，优选的是，还包括无线传输模块；无线传输模块与中央处理单元相连，用于将故障信息无线上传至电力部门。进一步，优选的是，c值通过以下算法进行计算：(A)初始化：设置进化代数计数器G0＝0，设置最大进化代数G＝100，随机生成50个不同c值作为初始群体P(0)；(B)个体评价：依据下式计算群体中每个个体的适应度f(c)；其中，V’Pi是点Pi的现有理论计算电位；(C)遗传运算：根据群体中每个个体的适应度，进行选择、交叉和变异操作，产生新一代的个体；(D)若G0≤G，则G0＝G0+1，转到步骤(B)；若G0＞G，则以此进化过程中所得到的具有最大适应度的个体c作为最优解输出，终止计算。单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估方法，包括如下步骤：(1)计算故障杆塔周围土壤区域的任意Pi点电位值VPi：设杆塔的口字形接地装置二的总周长为L，将L划分成n个大小相同的微段，令第j微段的长度为Lj，由此在杆塔附近土壤区域任意Pi点产生电位值VPi由下式计算：①当Pi点位于口字形接地装置正上方区域外时：②当Pi点位于口字形接地装置正上方区域内时，将微段j分成m个大小相等的微分段：式(1)～(3)中，RPj为互电阻，其值定义为第j微段施加单位电流源时在点Pi产生的电位；由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ0为接触层电阻率；h0为接触层厚度；I为流入口字形接地装置的总电流；ρ为土壤电阻率；r和r’分别为点Pi与第j微段中心点及其镜像点的距离，r、r’>>Lj；k表示微段j第k个微分段，djk为由微段j第k个微分段流入土壤的电流；a为口字形接地装置的导体半径，b为第k个微分段长度；以口字形接地装置几何中心为坐标原点，沿输电线路向前一杆塔延伸画x坐标轴，沿x坐标轴逆时针旋转90度画y坐标轴，垂直于土壤表面画z坐标轴，x0、y0、z0分别为第j微段中心点的位置坐标，x1、y1、z1分别为Pi点的位置坐标；K0和K1分别为零阶和一阶第二类修正贝塞尔函数；λ为积分变量；g为计算点个数，c为修正系数；(2)经任意相距为1m的P(p1，q1，r1)、Q(p2，q2，r2)两点的电位差计算经过人体的电流值IP：式(5)中，VP、VQ分别为P、Q两点的电位；Rin为人体内部电阻，R0为人体皮肤电阻；b1为人体等效接地半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估系统，其特征在于，包括电流传感器(101)、LED报警灯(104)、多音喇叭(105)、投影灯(106)、电源模块(201)、中央处理单元(202)、放大电路(205)；/n电源模块(201)与中央处理单元(202)相连；/n中央处理单元(202)分别与电流传感器(101)、故障LED报警灯(104)、投影灯(106)、放大电路(205)相连；/n放大电路(205)还与多音喇叭(105)相连；/n中央处理单元(202)用于根据电流传感器(101)采集的数据进行计算；计算方法如下：/n(1)计算故障杆塔周围土壤区域的任意P

【技术特征摘要】
1.一种单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估系统，其特征在于，包括电流传感器(101)、LED报警灯(104)、多音喇叭(105)、投影灯(106)、电源模块(201)、中央处理单元(202)、放大电路(205)；
电源模块(201)与中央处理单元(202)相连；
中央处理单元(202)分别与电流传感器(101)、故障LED报警灯(104)、投影灯(106)、放大电路(205)相连；
放大电路(205)还与多音喇叭(105)相连；
中央处理单元(202)用于根据电流传感器(101)采集的数据进行计算；计算方法如下：
(1)计算故障杆塔周围土壤区域的任意Pi点电位值VPi：
设杆塔的口字形接地装置二的总周长为L，将L划分成n个大小相同的微段，令第j微段的长度为Lj，由此在杆塔附近土壤区域任意Pi点产生电位值VPi由下式计算：



①当Pi点位于口字形接地装置正上方区域外时：



②当Pi点位于口字形接地装置正上方区域内时，将微段j分成m个大小相等的微分段：



式(1)～(3)中，RPj为互电阻，其值定义为第j微段施加单位电流源时在点Pi产生的电位；由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ0为接触层电阻率；h0为接触层厚度；I为流入口字形接地装置的总电流；ρ为土壤电阻率；r和r’分别为点Pi与第j微段中心点及其镜像点的距离，r、r’>>Lj；k表示微段j第k个微分段，djk为由微段j第k个微分段流入土壤的电流；a为口字形接地装置的导体半径，b为第k个微分段长度；以口字形接地装置几何中心为坐标原点，沿输电线路向前一杆塔延伸画x坐标轴，沿x坐标轴逆时针旋转90度画y坐标轴，垂直于土壤表面画z坐标轴，x0、y0、z0分别为第j微段中心点的位置坐标，x1、y1、z1分别为Pi点的位置坐标；K0和K1分别为零阶和一阶第二类修正贝塞尔函数；λ为积分变量；g为计算点个数，c为修正系数；
(2)经任意相距为1m的P(p1，q1，r1)、Q(p2，q2，r2)两点的电位差计算经过人体的电流值IP：






式(5)中，VP、VQ分别为P、Q两点的电位；Rin为人体内部电阻，R0为人体皮肤电阻；b1为人体等效接地半径；
式(6)中，D为P、Q两点到口字形接地装置中心的水平距离的最大值；
(3)根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：
当IP＝100mA时，对应P、Q两点计算D＝D1；同理当IP＝25mA时，D＝D2；IP＝6mA时，D＝D3；IP＝1mA时，D＝D4；
当IP>100mA，即D<D1时，该区域为一等危险，导致死亡；当25<IP<100mA，即D1<D<D2时，该区域为二等危险，导致肌肉收缩，呼吸困难；当6<IP<25mA，即D2<D<D3时，该区域为三等危险，导致疼痛难耐；当1<IP<6mA，即D3<D<D4时，该区域为四等危险，导致轻微刺痛；当IP<1mA，即D>D4时，该区域为安全区域；
之后根据计算结果，通过LED报警灯(104)进行光报警，并通过投影灯(106)投影出各个区域进行警示；
放大电路(205)用于将中央处理单元(202)传来的音频信号放大，之后通过多音喇叭(105)进行声音报警。


2.根据权利要求1所述的单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估系统，其特征在于，电源模块(201)包括太阳能板(107)、电池(203)和电源保护电路(204)；
太阳能板(107)、电源保护电路(204)分别与电池(203)相连。


3.根据权利要求2所述的单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估系统，其特征在于，电池(203)为可充放电的锂电池。


4.根据权利要求1所述的单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估系统，其特征在于，投影灯(106)以不同颜色圆环的形式投影出各个区域进行警示。


5.根据权利要求1所述的单相断线经杆塔接地故障下的人身安全评估系统，其特征在于，还包括无线传输模块(108)；

【专利技术属性】
技术研发人员：方正云，黄继盛，马御棠，马仪，周利军，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司，云南电网有限责任公司临沧供电局，云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53