一种非接触式剩余电流检测方法及相关设备技术

本发明专利技术提供了一种非接触式剩余电流检测方法及相关设备，包括：在目标墙体布设磁传感器阵列获取磁感应强度分量测量值并输入粒子群优化算法；将建立磁感应强度分量与火线电流、零线电流、暗敷深度、水平偏移之间的数学模型、根据实际工况中导线位置与电流的上下限构造数据集均输入粒子群优化算法；基于数学模型计算每个粒子位置的磁感应强度分量计算值以及每个磁感应强度分量计算值与磁感应强度分量测量值之间差值的平方和，利用构造的惩罚函数将越界量以惩罚项形式叠加于差值的平方和上，得到迭代终止后粒子群的最优位置作为最优解；根据最优解得到剩余电流检测结果；本发明专利技术在不破坏墙体和穿入导线的情况下实现暗敷线路剩余电流的非接触式检测。路剩余电流的非接触式检测。路剩余电流的非接触式检测。

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式剩余电流检测方法及相关设备


[0001]本专利技术涉及电力测试
，特别涉及一种非接触式剩余电流检测方法及相关设备。

技术介绍

[0002]随着我国新一轮电气化快速推进，电能占终端能源需求的比重持续提高，电力需求总量持续增长。低压配电系统作为配电过程中不可或缺的系统，一旦出现问题，直接影响着人们用电可靠性和安全性。
[0003]家庭是低压配电系统的终端用户，也是组成低压配电系统的基础单位。在家庭中，漏电问题是最常见且发生最多的问题，极易影响人们正常生活与工作。漏电流又称剩余电流，是指火线与零线中矢量和不为零的电流。线路老化、机械损伤、绝缘下降的问题都会使得电力线路与电气设备漏电产生剩余电流，是导致电气火灾和人身触电的主要因素。
[0004]家庭走线多在墙体中暗敷走线，其线路具体位置不明，漏电点隐蔽性强，剩余电流值较小，用户难以及时定位和排除漏电故障，若采用传统的接入式或穿心式电流测量方法，则必须破坏墙体结构，大大提高了剩余电流的检测成本和技术难度，因此，亟需一种不接触导体本身便可测量、定位剩余电流的检测方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种非接触式剩余电流检测方法及相关设备，其目的是为了在不破坏墙体的前提下实现对暗敷线路的剩余电流非接触式检测。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种非接触式剩余电流检测方法，包括：
[0007]步骤1，在目标墙体构建直角坐标系，将直角坐标系的横轴作为主敏感轴，将直角坐标系的纵轴作为副敏感轴，在主敏感轴上布设多个传感器，在副敏感轴上布设一个传感器，得到磁传感器阵列；
[0008]步骤2，基于磁传感器阵列，获取所有传感器处的磁感应强度分量测量值，磁感应强度分量测试值包括磁感应强度x分量测试值和磁感应强度y分量测试值，并建立磁感应强度分量与火线电流、零线电流、暗敷深度、水平偏移之间的数学模型，将所有的磁感应强度x分量测量值与数学模型输入粒子群优化算法；
[0009]步骤3，根据实际工况中导线位置所处范围与电流的上下限，设置粒子飞行速度范围和粒子位置范围，在粒子飞行速度范围和粒子位置范围内构造包含火线电流、零线电流、暗敷深度和水平偏移量的数据集，将数据输入粒子群优化算法，在粒子群优化算法中将数据集作为粒子群，将数据集中的火线电流、零线电流、暗敷深度、水平偏移量作为粒子群中单个粒子位置的维度组合；
[0010]步骤4，在粒子群优化算法中，基于粒子群中的每个粒子位置的维度组合，根据数学模型计算每个粒子位置的磁感应强度分量，得到多个磁感应强度分量计算值，并计算每个磁感应强度分量计算值与磁感应强度分量测试值之间差值的平方和；
[0011]步骤5，在粒子群优化算法中构造惩罚函数，惩罚函数通过不等式约束将计算过程中的越界量以惩罚项形式叠加于差值的平方和上，得到粒子群中每个粒子的适应值，并通过每个粒子的适应值判断粒子当前的个体最优位置和粒子群当前的最优位置；
[0012]步骤6，在粒子群优化算法中，基于粒子当前的个体最优位置和粒子群当前的最优位置对每个粒子的速度和位置进行迭代，得到迭代终止后粒子群的最优位置，并将迭代终止后粒子群的最优位置作为最优解；
[0013]步骤7，根据与最优解对应的单个粒子位置的维度组合，对待测导线的剩余电流进行计算，得到剩余电流检测结果。
[0014]进一步来说，步骤2包括：
[0015]基于磁传感器阵列，获取所有传感器处的磁感应强度分量测量值，磁感应强度分量测试值包括磁感应强度x分量测试值和磁感应强度y分量测试值；
[0016]以磁感应强度y分量测量值B
y
为调节指标，以直角坐标系的原点为中心，对磁传感器阵列进行顺时针或逆时针旋转；
[0017]当B
y
＝0时，sinβ＝0，β＝0，磁传感器阵列位于最佳测量角度；
[0018]建立磁感应强度分量与火线电流、零线电流、暗敷深度、水平偏移之间的数学模型；
[0019]将所有的磁感应强度x分量测量值与数学模型输入粒子群优化算法。
[0020]进一步来说，磁感应强度y分量测量值B
y
为：
[0021][0022]其中，μ0表示真空中磁导率，μ0＝4π
×
10
‑7T
·
m/A，I1表示火线电流，D表示暗敷深度，I2表示零线电流，X表示水平偏移量，β表示磁传感器阵列的y轴与待测导线之间的角度，v表示导线与导线之间的间距。
[0023]进一步来说，磁感应强度分量与火线电流、零线电流、暗敷深度和水平偏移之间的数学模型为：
[0024][0025][0026][0027][0028]其中，B1、B2、B3、B4均表示磁感应强度x轴分量，μ0表示真空中磁导率，μ0＝4π
×
10
‑7T
·
m/A，I1表示火线电流，D表示暗敷深度，I2表示零线电流，d表示主敏感轴上两个传感器之间的距离，X表示水平偏移量，β表示磁传感器阵列的y轴与待测导线之间的角度，V表示导线与导线之间的间距。
[0029]进一步来说，粒子飞行速度范围为：
[0030]v
Imin
＜v
I1
，v
I2
＜v
Imax
[0031]v
Dmin
＜v
D
＜v
Dmax
[0032]v
xmin
＜v
x
＜v
xmax
[0033]粒子位置范围为：
[0034]I
min
＜I1，I2＜I
max
[0035]D
min
＜D＜D
max
[0036]X
min
＜X＜X
max
[0037]其中，I
min
表示根据实际工况定义的最小电流，I
max
表示根据实际工况定义的最大电流，D
min
表示目标墙体内导线的最小暗敷深度，D
max
表示目标墙体内导线的最大暗敷深度，X
min
表示测量过程中磁传感器阵列可能出现的最小水平偏移量，X
max
表示测量过程中磁传感器阵列可能出现的最大水平偏移量。
[0038]进一步来说，惩罚函数F为：
[0039]F＝f+k
·
(q1+q2+q3+q4)
[0040]q1＝max(max(I1，I
max
)
‑
I
max
，I
min
‑
min(I1，I
min
))
[0041]q2＝max(max(I2，I
max
)
‑
I
max
，I
min
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非接触式剩余电流检测方法，其特征在于，包括：步骤1，在目标墙体构建直角坐标系，将所述直角坐标系的横轴作为主敏感轴，将所述直角坐标系的纵轴作为副敏感轴，在所述主敏感轴上布设多个传感器，在所述副敏感轴上布设一个传感器，得到磁传感器阵列；步骤2，基于所述磁传感器阵列，获取所有传感器处的磁感应强度分量测量值，所述磁感应强度分量测试值包括磁感应强度x分量测试值和磁感应强度y分量测试值，并建立磁感应强度分量与火线电流、零线电流、暗敷深度和水平偏移之间的数学模型，将所有的磁感应强度x分量测量值与所述数学模型输入粒子群优化算法；步骤3，根据实际工况中导线位置所处范围与电流的上下限，设置粒子飞行速度范围和粒子位置范围，在所述粒子飞行速度范围和所述粒子位置范围内构造包含火线电流、零线电流、暗敷深度和水平偏移量的数据集，将所述数据输入粒子群优化算法，在所述粒子群优化算法中将所述数据集作为粒子群，将所述数据集中的火线电流、零线电流、暗敷深度、水平偏移量作为所述粒子群中单个粒子位置的维度组合；步骤4，在所述粒子群优化算法中，基于所述粒子群中的每个粒子位置的维度组合，根据所述数学模型计算每个所述粒子位置的磁感应强度分量，得到多个磁感应强度分量计算值，并计算每个所述磁感应强度分量计算值与所述磁感应强度分量测试值之间差值的平方和；步骤5，在所述粒子群优化算法中构造惩罚函数，所述惩罚函数通过不等式约束将计算过程中的越界量以惩罚项形式叠加于所述差值的平方和上，得到所述粒子群中每个粒子的适应值，并通过每个所述粒子的适应值判断所述粒子当前的个体最优位置和所述粒子群当前的最优位置；步骤6，在所述粒子群优化算法中，基于所述粒子当前的个体最优位置和所述粒子群当前的最优位置对每个所述粒子的速度和位置进行迭代，得到迭代终止后所述粒子群的最优位置，并将所述迭代终止后粒子群的最优位置作为最优解；步骤7，根据与所述最优解对应的单个粒子位置的维度组合，对待测导线的剩余电流进行计算，得到剩余电流检测结果。2.根据权利要求1所述的非接触式剩余电流检测方法，其特征在于，所述步骤2包括：基于所述磁传感器阵列，获取所有传感器处的磁感应强度分量测量值，所述磁感应强度分量测试值包括磁感应强度x分量测试值和磁感应强度y分量测试值；以所述磁感应强度y分量测量值B
y
为调节指标，以所述直角坐标系的原点为中心，对所述磁传感器阵列进行顺时针或逆时针旋转；当B
y
＝0时，sinβ＝0，β＝0，所述磁传感器阵列位于最佳测量角度；建立磁感应强度分量与火线电流、零线电流、暗敷深度、水平偏移之间的数学模型；将所有的磁感应强度x分量测量值与所述数学模型输入粒子群优化算法。3.根据权利要求2所述的非接触式剩余电流检测方法，其特征在于，所述磁感应强度y分量测量值B
y
为：
其中，μ0表示真空中磁导率，μ0＝4π
×
10
‑7T
·
m/A，I1表示火线电流，D表示暗敷深度，I2表示零线电流，X表示水平偏移量，β表示磁传感器阵列的y轴与待测导线之间的角度，V表示导线与导线之间的间距。4.根据权利要求2所述的非接触式剩余电流检测方法，其特征在于，所述磁感应强度分量与火线电流、零线电流、暗敷深度和水平偏移之间的数学模型为：量与火线电流、零线电流、暗敷深度和水平偏移之间的数学模型为：量与火线电流、零线电流、暗敷深度和水平偏移之间的数学模型为：量与火线电流、零线电流、暗敷深度和水平偏移之间的数学模型为：其中，B1、B2、B3、B4均表示磁感应强度x轴分量，μ0表示真空中磁导率，μ0＝4π
×
10
‑7T
·
m/A，I1表示火线电流，D表示暗敷深度，I2表示零线电流，d表示主敏感轴上两个传感器之间的距离，X表示水平偏移量，β表示磁传感器阵列的y轴与待测导线之间的角度，v表示导线与导线之间的间距。5.根据权利要求1所述的非接触式剩余电流检测方法，其特征在于，所述粒子飞行速度范围为：v
Imin
<v
I1
，v
I2
<v
Imax
v
Dmin
<v
D
<v
Dmax
v
xmin
<v
x
<v
xmax
所述粒子位置范围为：I
min
<I1，I2<I
max
D
min
<D<D
mmax
X
min
<X<X...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐欣，李泽宇，肖超凡，陈霁腾，唐凯璇，屈贝，王帅，刘鹏宇，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：