CN109035839A - 一种交通信号装置电气安全的全面监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种交通信号装置电气安全的全面监测系统及方法，包括：剩余电流互感器、电流互感器、电压采集模块、温度传感器、浸水报警传感器、执行信号输出模块、触摸屏显示模块、通信模块、微控制单元MCU以及与微控制单元MCU连接的电源模块和信号放大电路；其中剩余电流互感器、电流互感器、电压采集模块、温度传感器和浸水报警传感器分别通过信号放大电路与微控制单元MCU信号连接。本发明可实时对交通信号装置电气线路安全隐患进行动态跟踪监控管理,实现自动断电及通电功能，提高交通信号装置的用电安全，彻底攻破了现行交通信号控制系统中装不上漏电开关的难题，以达到交通信号控制系统电气安全运行与现代化管理的要求。

Description

一种交通信号装置电气安全的全面监测系统及方法

技术领域

本发明涉及交通信号安全监测技术领域，更具体地说，涉及一种交通信号装置电气安全的全面监测系统及方法。

背景技术

随着城市的快速发展，城市交通信号装置遍布在城市道路的各个路口，在市民日常交通生活中有着不可替代的作用。由于设备安装在户外，在极端天气情况下可能发生漏电触电事故，严重时可致人死亡，因此，对交通信号装置的用电安全的全面监测管理已成为城市交通信号管理部门亟待解决的问题。

交通信号装置的特点是分布广、且使用金属外壳材料，因此当交通信号装置供电线路的绝缘破损时，交通信号装置的整个金属部分都可能处于带电状态。当气候条件恶劣时，供电线路接地不良、线路老化、安装不规范等情况导致的交通信号装置供电线路漏电问题更为突出，这是关乎人身安全的问题。

目前，市场上城市交通信号装置电气线路均未设置合理的漏电保护装置。由于交通信号装置负载变化频繁，且分支线路众多极易受外界感应电流脉冲的影响(如雷电)，现有漏电保护装置无法对变化的漏电状况进行全面动态跟踪监测，若设置一个较高的安全阈值，则可能存在发生漏电时无法达到有效保护；若设置的安全阈值较低，又造成漏电保护器易误动作。除了上述问题外，目前用于城市交通信号装置电气线路的漏电保护装置还不具备远程监测、实时处理及自动复位功能，无法达到交通控制系统电气安全运行与现代化管理的要求。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术中的缺点与不足，提供一种交通信号装置电气安全的全面监测系统及方法。该监测系统及方法可对交通信号装置的供电线路安全隐患(如漏电)进行全面动态跟踪监测管理，实现远程监测、实时处理及自动复位功能，从而提高交通信号装置的用电安全性，以达到交通控制系统电气安全运行与现代化管理的要求。

为了达到上述目的，本发明采取了下述技术方案：

一种交通信号装置电气安全的全面监测系统及方法，用于对交通信号装置电气安全进行实时全面动态跟踪监测；包括：

用于检测交通信号装置线路中剩余电流的剩余电流互感器；

用于检测交通信号装置线路中电流的电流互感器；

用于检测交通信号装置线路中电压的电压采集模块；

用于测量交通信号装置环境温度的温度传感器；

用于检测交通信号装置浸水状况的浸水报警传感器；

用于控制断路器闭合与断开的执行信号输出模块；

用于操作和显示的触摸屏显示模块；

用于与终端通信连接的通信模块；

用于实时接收剩余电流互感器、电流互感器、电压采集模块、温度传感器和浸水报警传感器的信号，以及将数据传送给通信模块和执行信号输出模块的微控制单元MCU；

以及与微控制单元MCU连接的电源模块和信号放大电路；

所述剩余电流互感器、电流互感器、电压采集模块、温度传感器和浸水报警传感器分别通过信号放大电路与微控制单元MCU连接；所述微控制单元MCU与执行信号输出模块信号连接；所述微控制单元MCU与通信模块和触摸屏显示模块相互信号连接。

在上述方案中，本发明交通信号装置电气安全的全面监测系统实时采集并上传电气线路的安全状态参数。整个控制部分采用电子电路，以微控制单元MCU为核心控制组件，通过检测组件采集得到所需的微小模拟信号，经过高性能的运算放大电路(运算放大器和滤波元件)处理后送给微控制单元MCU，经过微控制单元MCU处理得到数字信号，传送至触摸屏显示模块，并将执行信号通过输出模块控制断路器断开或闭合，同时通信模块将数据传送至服务器。

本发明的系统可及时发现漏电、浸水、过载、短路、欠压、过压、温升异常等全面的电气安全隐患，并借助终端显示设备，实现对交通信号装置供电线路安全隐患的远程监测，自动控制断路器断开或闭合，从而提高交通信号装置的用电安全性能，以达到交通控制系统电气安全运行与现代化管理的要求。

所述剩余电流互感器设置在交通信号装置线路中以测量剩余电流，所述剩余电流为：

I＝I_r-I_c＝I_R+I_Z+I_N+I_P

其中，I_r为流入线路的电流，I_c为流出线路的电流，I_R为电器元件剩余电流，I_Z为线路中剩余电流，I_N为感应电流脉冲，I_P为触电电流。

所述电流互感器和电压采集模块均设置在交通信号装置线路中。

所述温度传感器设置在靠近剩余电流互感器附近，以测量剩余电流互感器处交通信号装置线路的环境温度。

所述浸水报警传感器设置在交通信号装置的底部。

所述通信模块通过服务器与通信终端连接，通信终端为终端显示设备。

上述措施保障了全面检测信号的准确性。

一种交通信号装置电气安全的全面监测方法，其特征在于：通过对剩余电流互感器采集的剩余电流信号进行分析处理，并对交通信号装置线路是否存在缓慢漏电、人体触电或感应电流脉冲三种情况进行判断，实现远程报警并实时控制断路器断开或闭合；

分别通过对温度传感器、电流互感器和电压采集模块采集的温度信号、电流信号和电压信号进行分析处理，以判断交通信号装置线路是否存在环境温度异常、过载、短路、欠压或过压状况，实现远程报警并实时控制断路器断开或闭合；

通过对浸水报警传感器采集的浸水状况信号进行分析处理，以判断交通信号装置是否处于浸水状态，实现远程报警并实时控制断路器断开或闭合。

本发明交通控制装置的电气安全的全面监测方法，通过对上述有关信号进行全面分析处理，并对交通信号装置线路是否存在缓慢漏电、人体触电或感应电流脉冲的三种情况进行判断，实现远程监测与实时自动控制，以满足现代化管理的要求；分别通过对上述模块采集有关信号进行分析处理，以判断交通信号装置线路是否存在环境温度异常、过载、短路、欠压或过压、浸水等全面的状况，实现远程监测及自动控制功能。

所述通过对剩余电流互感器采集的剩余电流信号进行分析处理，并对交通信号装置线路是否存在缓慢漏电、人体触电或感应电流脉冲三种情况进行判断，实现远程报警并实时控制断路器断开或闭合，包括以下步骤：

第一步：设置可调漏电情况的剩余电流动作阈值A(在0～250mA中，每1mA地递减递增，实现无级无档设定)，设置可调漏电参数B(考虑人身承受安全电流范围，设置在0～30mA)，设置可调假性漏电自动复位参数C(设置在20～60s)；

第二步：正常工作时I_R+I_Z的剩余电流缓慢变化，通过剩余电流互感器采集N个数据产生初始平均值I_U,自适应校正后得到I_U(Z)，并对交通信号装置线路是否存在漏电风险进行判断：当I_U(Z)≥A，则判断交通信号装置存在电气元件老化缓慢漏电超标情况，则报警并控制断路器断电，该漏电风险须进一步排除故障后，才能重新通电；当I_U(Z)<A则进入第三步；

第三步：通过剩余电流互感器继续采集下一个剩余电流数据I_N+1，自适应校正后得到I_N+1(z)并与I_U(Z)比较，对交通信号装置线路是否存在感应电流脉冲情况进行判断：当I_N+1(z)-I_U(Z)≥B，则认为交通信号装置线路中存在感应电流脉冲情况，报警并控制断路器断电，进入第四步；当I_N+1(z)-I_U(Z)<B则进入第六步；

第四步：C秒后自动复位，再次继续采集I_N+2，自适应校正后得到I_N+2(z)，并对交通信号装置线路是否存在假性漏电进行判断：当I_N+2(z)-I_U(Z)≥B，则认为交通信号装置线路中可能存在故障漏电或人体触电情况，则报警并控制断路器断电，进入第五步；当I_N+2(z)-I_U(Z)<B，则认为交通信号装置线路中存在感应电流脉冲情况(如雷电)，导致系统误动作，进入第六步；

第五步：C秒后第二次自动复位，再次继续采集I_N+3，自适应校正后得到I_N+3(z)，对交通信号装置线路是否存在人体触电或感应电流脉冲情况进行确认：当I_N+3(z)-I_U(Z)≥B，则认为交通信号装置线路中存在故障漏电或人体触电情况，同时报警并控制断路器断电；当I_N+3(z)-I_U(Z)<B，则进入第六步；

第六步：删除第一个采样值I₁，将I_N+1加入数列产生新的平均值I_U’并对I_U’自适应校正得到I_U’(z)，判断交通信号装置线路是否存在漏电风险：当I_U’(z)≥A，则判断交通信号装置线路存在电气元件老化缓慢漏电超标情况，报警并控制断路器断电；当I_U’(z)<A，则进入第三步。

上述方法可达到减少误判，确保数据可靠性与准确性，从而符合现代化的控制要求。

在采集剩余电流值过程中，包括对温度传感器获取的温度信号进行判断，对该温度下采集的剩余电流值进行自适应调整的步骤：

首先，设定剩余电流值为校正值时温度；

其次，录入工作环境温度时剩余电流值的校正差值与各温度的关系对照数据，实现剩余电流值自适应调整至校正值。

本发明可对该温度下采集的剩余电流值进行补偿，提高采集数据可靠性与准确性，减少设备误判。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、本发明交通信号装置电气安全的全面监测系统及方法可实时对交通信号装置的供电线路安全隐患进行全面动态跟踪监控管理,实现远程动态跟踪监测与实时自动控制功能，可提高交通信号装置控制系统的用电安全，减少漏电误判造成的交通混乱，以达到交通控制系统电气安全运行与现代化管理的要求。

2、本发明交通信号装置电气安全的全面监测系统及方法采用温度补偿的形式对不同温度下剩余电流值的测量值进行校正，可有效保证剩余电流测量值的可靠性和准确性。

3、本发明交通信号装置电气安全的全面监测系统及方法可对假性漏电进行分析及判断，在提高交通信号装置用电安全性能的同时保障了该系统稳定性，以及确保假性漏电情况下系统的稳定与正常运行。彻底攻破了现行交通信号装置线路中装不上漏电开关的难题，这也是本发明最大的亮点。

4、本发明交通信号装置电气安全的全面监测系统及方法可根据被保护线路的实际负载特性，对剩余电流动作阈值实行无级无档位自适应设定，可以更精准、可靠地切断故障电流，从而实现有效的保护。

附图说明

图1是本发明交通信号装置电气安全的全面监测系统的原理示意图；

图2是交通信号装置线路中剩余电流互感器测试示意图；

图3是本发明交通信号装置电气安全的全面监测方法的流程图；

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例

如图1至3所示，本发明交通信号装置电气安全的全面监测系统，是用于对交通控制装置电气安全进行实时全面监测，包括：

用于检测交通信号装置线路中剩余电流的剩余电流互感器；

用于检测交通信号装置线路中电流值的电流互感器；

用于检测交通信号装置线路中电压值的电压采集模块；

用于测量交通信号装置环境温度的温度传感器；

用于检测交通信号装置浸水状况的浸水报警传感器；

用于控制断路器闭合与断开的执行信号输出模块；

用于操作和显示的触摸屏显示模块；

用于与终端通信连接的通信模块；

用于实时接收上述有关信号数据传送的微控制单元MCU；

用于实时接收剩余电流互感器、电流互感器、电压采集模块、温度传感器和浸水报警传感器的信号，以及将数据传送给通信模块和执行信号输出模块的微控制单元MCU；

以及与微控制单元MCU连接的电源模块和信号放大电路；

剩余电流互感器、电流互感器、电压采集模块、温度传感器和浸水报警传感器分别通过信号放大电路与微控制单元MCU连接；微控制单元MCU与执行信号输出模块信号连接；微控制单元MCU与通信模块和触摸屏显示模块相互信号连接。

本发明剩余电流互感器设置在交通信号装置线路中以测量剩余电流，所述剩余电流为：

I＝I_r-I_c＝I_R+I_Z+I_N+I_P

其中，I_r为流入线路的电流，I_c为流出线路的电流，I_R为电器元件剩余电流，I_Z为线路中剩余电流，I_N为感应电流脉冲，I_P为触电电流。

本发明电流互感器和电压采集模块均设置在交通信号装置线路中，温度传感器设置在靠近剩余电流互感器附近，以测量安装剩余电流互感器处交通信号装置线路的环境温度，浸水报警传感器设置在交通信号装置的底部。

本发明通信模块通过服务器与通信终端连接，通信终端为终端显示设备。服务器端的应用程序支持通过特定的端口号实现发送和接收数据。

本发明交通信号装置电气安全的全面监测方法是通过对剩余电流互感器采集的剩余电流信号进行分析处理，并对交通信号装置线路是否存在缓慢漏电、人体触电或感应电流脉冲三种情况进行判断，实现远程报警并实时控制断路器断开或闭合；

分别通过对温度传感器、电流互感器和电压采集模块采集的温度信号、电流信号和电压信号进行分析处理，以判断交通信号装置线路是否存在环境温度异常、过载、短路、欠压或过压状况，实现远程报警并实时控制断路器断开或闭合；

通过对浸水报警传感器采集的浸水状况信号进行分析处理，以判断交通信号装置是否处于浸水状态，实现远程报警并实时控制断路器断开或闭合。

本发明交通信号装置电气安全的全面监测方法，通过对有关信号进行分析处理，并对交通信号装置线路是否存在缓慢漏电、人体触电或感应电流脉冲的三种情况进行分析判断，实现远程报警并实时自动控制断路器断开或闭合；分别通过对相关模块采集的数据进行分析处理，以判断交通信号装置线路是否存在环境温度异常、浸水、过载、短路、欠压或过压等全面的状况，实现远程动态跟踪监测并实时自动控制断路器断开或闭合；

其中，通过对剩余电流互感器采集的剩余电流信号进行分析处理，并对交通信号装置线路是否存在缓慢漏电、人体触电或感应电流脉冲三种情况进行判断，实现远程报警并实时控制断路器断开或闭合，包括以下步骤：

第一步：设置漏电情况的可调剩余电流动作阈值A(在0～250mA中，每1mA地递减递增，实现无级无档设定)，设置可调漏电参数B(考虑人身承受安全电流范围，设置在0～30mA)，设置可调假性漏电自动复位参数C(设置在20～60s)；

第二步：正常工作时I_R+I_Z的剩余电流缓慢变化，通过剩余电流互感器采集N个数据产生初始平均值I_U,自适应校正后得到I_U(Z)，并对交通信号装置线路是否存在漏电风险进行判断：当I_U(Z)≥A，则判断交通信号装置存在电气元件老化缓慢漏电超标情况，则报警并控制断路器断电，该漏电风险须进一步排除故障后，才能重新通电；当I_U(Z)<A则进入第三步；

第三步：通过剩余电流互感器继续采集下一个剩余电流数据I_N+1，自适应校正后得到I_N+1(z)并与I_U(Z)比较，对交通信号装置是否存在感应电流脉冲情况进行判断：当I_N+1(z)-I_U(Z)≥B，则认为交通信号装置线路中存在感应电流脉冲情况，报警并控制断路器断电，进入第四步；当I_N+1(z)-I_U(Z)<B，则进入第六步；

第四步：C秒后自动复位，再次继续采集I_N+2，自适应校正后得到I_N+2(z)，并对交通信号装置线路是否存在假性漏电进行判断：当I_N+2(z)-I_U(Z)≥B，则认为交通信号装置线路中可能存在感应电流脉冲或人体触电情况，则报警并控制断路器断电，进入第五步；当I_N+2(z)-I_U(Z)<B，则认为交通信号装置线路中存在感应电流脉冲情况(如雷电)，导致系统误动作，进入第六步；

第五步：C秒后第二次自动复位，再次继续采集I_N+3，自适应校正后得到I_N+3(z)，对交通信号装置线路是否存在人体触电或感应电流脉冲情况进行确认：当I_N+3(z)-I_U(Z)≥B，则认为交通信号装置线路中存在故障漏电或人体触电情况，同时报警并控制断路器断电；当I_N+3(z)-I_U(Z)<B，则进入第六步；

第六步：删除第一个采样值I₁，将I_N+1加入数列产生新的平均值I_U’并对I_U’自适应校正得到I_U’(z)，判断交通信号装置线路是否存在漏电风险：当I_U’(z)≥A，则判断交通信号装置线路存在电气元件老化缓慢漏电超标情况，报警并控制断路器断电；当I_U’(z)<A，则进入第三步。

在采集剩余电流值过程中，包括对温度传感器获取的温度信号进行判断，对该温度下采集的剩余电流值进行自适应调整的步骤：

首先，设定剩余电流值为校正值时温度；

其次，录入工作环境温度时剩余电流值的校正差值与各温度的关系对照数据，实现剩余电流值自适应调整至校正值。

本发明可对该温度下采集的剩余电流值进行补偿，提高采集数据可靠性与准确性，减少设备误判。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种交通信号装置电气安全的全面监测系统及方法，用于对交通信号装置电气安全进行监测；包括：

用于检测交通信号装置线路中剩余电流的剩余电流互感器；

用于检测交通信号装置线路中电流的电流互感器；

用于检测交通信号装置线路中电压的电压采集模块；

用于测量交通信号装置环境温度的温度传感器；

用于检测交通信号装置浸水状况的浸水报警传感器；

用于控制断路器闭合与断开的执行信号输出模块；

用于操作和显示的触摸屏显示模块；

用于与终端通信连接的通信模块；

用于实时接收剩余电流互感器、电流互感器、电压采集模块、温度传感器和浸水报警传感器的信号，以及将数据传送给通信模块和执行信号输出模块的微控制单元MCU；

以及与微控制单元MCU连接的电源模块和信号放大电路；

所述剩余电流互感器、电流互感器、电压采集模块、温度传感器和浸水报警传感器分别通过信号放大电路与微控制单元MCU连接；所述微控制单元MCU与执行信号输出模块信号连接；所述微控制单元MCU与通信模块和触摸屏显示模块相互信号连接。

2.根据权利要求1所述的交通信号装置电气安全的全面监测系统，其特征在于：所述剩余电流互感器设置在交通信号装置线路中以测量剩余电流，所述剩余电流为：

I＝I_r-I_c＝I_R+I_Z+I_N+I_P

其中，I_r为流入线路的电流，I_c为流出线路的电流，I_R为电器元件剩余电流，I_Z为线路中剩余电流，I_N为感应电流脉冲，I_P为触电电流。

3.根据权利要求1所述的交通信号装置电气安全的全面监测系统，其特征在于：所述电流互感器和电压采集模块均设置在交通信号装置线路中。

4.根据权利要求1所述的交通信号装置电气安全的全面监测系统，其特征在于：所述温度传感器设置在靠近剩余电流互感器附近，以测量剩余电流互感器处交通信号装置线路的环境温度。

5.根据权利要求1所述的交通信号装置电气安全的全面监测系统，其特征在于：所述浸水报警传感器设置在交通信号装置的底部。

6.根据权利要求1所述的交通信号装置电气安全的全面监测系统，其特征在于：所述通信模块通过服务器与通信终端连接，通信终端为终端显示设备。

7.一种交通信号装置电气安全的全面监测方法，其特征在于：通过对剩余电流互感器采集的剩余电流信号进行分析处理，并对交通信号装置线路是否存在缓慢漏电、人体触电或感应电流脉冲三种情况进行判断，实现远程报警并实时控制断路器断开或闭合；

分别通过对温度传感器、电流互感器和电压采集模块采集的温度信号、电流信号和电压信号进行分析处理，以判断交通信号装置线路是否存在环境温度异常、过载、短路、欠压或过压状况，实现远程报警并实时控制断路器断开或闭合；

通过对浸水报警传感器采集的浸水状况信号进行分析处理，以判断交通信号装置是否处于浸水状态，实现远程报警并实时控制断路器断开或闭合。

8.根据权利要求1所述的交通信号装置电气安全的全面监测方法，其特征在于：所述通过对剩余电流互感器采集的剩余电流信号进行分析处理，并对交通信号装置线路是否存在缓慢漏电、人体触电或感应电流脉冲三种情况进行判断，实现远程报警并实时控制断路器断开或闭合，包括以下步骤：

第一步：设置漏电情况的可调剩余电流动作阈值A，设置可调漏电参数B，设置可调假性漏电自动复位参数C；

第二步：正常工作时I_R+I_Z的剩余电流缓慢变化，通过剩余电流互感器采集N个数据产生初始平均值I_U,自适应校正后得到I_U(Z)，并对交通信号装置线路是否存在漏电风险进行判断：当I_U(Z)≥A，则判断交通信号装置存在电气元件老化缓慢漏电超标情况，则报警并控制断路器断电，该漏电风险须进一步排除故障后，才能重新通电；当I_U(Z)<A，则进入第三步；

第三步：通过剩余电流互感器继续采集下一个剩余电流数据I_N+1，自适应校正后得到I_N+1(z)并与I_U(Z)比较，对交通信号装置是否存在感应电流脉冲情况进行判断：当I_N+1(z)-I_U(Z)≥B，则认为交通信号装置线路中存在感应电流脉冲情况，报警并控制断路器断电，进入第四步；当I_N+1(z)-I_U(Z)<B，则进入第六步；

第四步：C秒后自动复位，再次继续采集I_N+2，自适应校正后得到I_N+2(z)，并对交通信号装置线路是否存在假性漏电进行判断：当I_N+2(z)-I_U(Z)≥B，则认为交通信号装置线路中可能存在感应电流脉冲或人体触电情况，则报警并控制断路器断电，进入第五步；当I_N+2(z)-I_U(Z)<B，则认为交通信号装置线路中存在感应电流脉冲情况，导致系统误动作，进入第六步；

第五步：C秒后第二次自动复位，再次继续采集I_N+3，自适应校正后得到I_N+3(z)，对交通信号装置线路是否存在人体触电或感应电流脉冲情况进行确认：当I_N+3(z)-I_U(Z)≥B，则认为交通信号装置线路中存在故障漏电或人体触电情况，同时报警并控制断路器断电；当I_N+3(z)-I_U(Z)<B，则进入第六步；

第六步：删除第一个采样值I₁，将I_N+1加入数列产生新的平均值I_U’并对I_U’自适应校正得到I_U’(z)，判断交通信号装置线路是否存在漏电风险：当I_U’(z)≥A，则判断交通信号装置线路存在电气元件老化缓慢漏电超标情况，报警并控制断路器断电；当I_U’(z)<A，则进入第三步。

9.根据权利要求8所述的交通信号装置电气安全的全面监测方法，其特征在于：在采集剩余电流值过程中，包括对温度传感器获取的温度信号进行判断，对该温度下采集的剩余电流值进行自适应调整的步骤：

首先，设定剩余电流值为校正值时温度；

其次，录入工作环境温度时剩余电流值的校正差值与各温度的关系对照数据，实现剩余电流值自适应调整至校正值。