CN117459186B - 一种应用于低压漏电定位仪的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低电压技术领域，公开了一种应用于低压漏电定位仪的通信方法，其技术方案包括以下步骤：S1，设计位特征码序列，主机在变压器侧按照序列持续生成发送信号，码元为1时发送频率为Hz的正弦信号，码元为0时不发信号；S2，从机沿线路进行信号接收，实时检测特征频率强度，并根据阈值进行1/0判定，得到解码序列；S3，根据从机检测到的Hz分量，设定其均值为信号强度；S4，满足序列与序列一致且信号强度高于阈值时，认为存在漏电。本发明有效减少了无漏电情况时的误报，提高了接收端的信噪比，进而提高了系统的检测性能。

Description

一种应用于低压漏电定位仪的通信方法

技术领域

本发明涉及低电压技术领域，尤其涉及一种应用于低压漏电定位仪的通信方法。

背景技术

低压台区线路复杂，漏电情况频繁发生且难以及时排查，严重影响了居民生产生活，因此需要一种有效的方法实现故障点的准确定位。

目前低压漏电定位方案为通过主机向低压线路注入信号，从机通过电磁感应原理沿台区线路进行信号检测，通过能否检测到注入信号的方式区分故障点前与故障点后，从而实现故障点的定位。在这过程中，主机与从机之间的有效通信是实现故障点精准定位的前提，而传统的通信方法易受到外界噪声的干扰，导致检测性能下降且易出现误报情况。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种应用于低压漏电定位仪的通信方法，实现主从机之间的可靠通信，提高了主从机通信系统的检测性能，降低了无漏电情况下的误报概率，从而实现漏电点的精准定位。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种应用于低压漏电定位仪的通信方法，包括以下步骤：

S1，设计一个由1和0组成的位特征码序列，序列由连续1与连续0组成，且1 的长度为，0的长度为，总长度为；

S2，主机在变压器侧按照序列持续生成并发送重复的信号，其中单 个码元为1时发送持续时间为秒的正弦信号，该正弦信号峰值为A且频率为，码元为0时 不发信号，因此正弦信号的持续时间为，信号总持续时间为；

S3，从机沿线路进行信号接收，按照工频将相邻周期的接收信号进行作差后得到 中间信号；

S4，对中间信号按照与单个码元持续时间相同的秒小滑动窗进行滑动傅里叶 变换，实时检测特征频率分量的强度，期间每隔秒输出一次分量强度的信号，得到信 号，因此信号为个点，正弦信号占其中的个点，无信号占其中的个点；

S5，由于一个特征码序列S1内正弦信号总持续时间为秒，因此将中间信号 按照与正弦信号总持续时间相同的秒大滑动窗进行滑动傅里叶变换，实时检测特征 频率分量的强度，期间每隔秒输出一次分量强度的信号，得到信号；

S6，根据信号强度，设定小滑动窗有正弦信号时的频率分量称为信号强度， 无信号发送时的频率分量称为噪声强度；根据信号设定小滑动窗包括信号强度、信号 强度/噪声强度两种阈值。

其中，由于波动较稳定的噪声对整个持续时间的信号幅值影响相近，通过前后作 差的方式可以减轻此类噪声对1/0判决时的影响。因此设定信号强度的具体计算方式为：含 有特征频率的秒内所提取到的频率分量的平均值减去不含频率的秒内的 所提取的频率分量的平均值。由于不含频率提取的频率分量共提取到个点，因此 进行逐点作差的方式求解噪声，具体做法为：将第1个点的值减去第2个点的值。

S7，根据所求的信号强度设定信号强度阈值进行1/0判定，大于阈值为1，反之为0， 得到信号接收端序列，根据信号强度/噪声强度设定信号与噪声的相对阈值 进行幅值判决；

S8，当解码序列与特征码序列一致且信号强度与相对阈值强度均高于所设阈 值时，认为检测到所发信号，当检测信号消失时说明当前点存在漏电电流。

S9，对仅设定信号强度阈值，对判断结果进行辅助验证：当小滑动窗所求信号 强度大于大滑动窗的信号强度时，相对阈值可适当降低，若满足该条件仍认为检测到所发 信号，当检测信号消失时说明当前点存在漏电电流。

S10，从机每隔一个序列周期，根据判定结果播报一次当前点是否存在漏电电 流，从而根据漏电电流消失点判定出漏电位置。

进一步地，所述S4中，滑动傅里叶变换时以滑动窗秒进行逐点滑动，期间每隔 秒输出一次结果，秒需为频率的周期和工频周期的公倍数，滑动窗及单个码元持续时间秒需为的整数倍，因此及正弦信号总持续时间均为和工频的整数倍周期。

进一步地，所述S5中滑动傅里叶变换时以滑动窗秒进行逐点滑动，期间仍每 隔秒输出一次结果，由于总时长不变，因此信号的点数与小滑动窗时保持一致。

进一步地，所述S7中信号强度阈值和相对阈值可根据不同的应用场景进行调整。其中，信号强度阈值可按照发送信号强度的百分比进行设置，信号强度与噪声强度作差后差距增大，可根据实际场景进行测试评估。

进一步地，所述S9中信号强度阈值设定为秒内所提取的特征频率分量 的平均值。

本发明的有益技术效果：通过优化主从机的编解码的方式，提高了主从机通信的可靠性，从而有效减少了无漏电情况时的误报。而基于特征频率强度作差的方式，可以降低噪声对信号检测的影响，提高接收端的信噪比，进而提高系统的检测性能。为了降低误报率，采用增大滑动窗大小进行辅助判决的方法，进一步增加了信号判决的限制条件，保证了漏电位置检测的准确性。

附图说明

图1为本发明主从机通信流程。

图2为本发明主机信号发送流程。

图3为本发明从机信号接收处理过程。

图4为本发明实施例中主机发送信号时域波形图。

图5为本发明实施例中从机接收信号滑动傅里叶变换结果。

图6为本发明实施例中从机接收信号大窗滑动傅里叶变换结果。

图7为本发明方案漏识别率结果。

图8为本发明方案误识别率结果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。

实施例：如图1所示，一种应用于低压漏电定位仪的通信方法，包括以下步骤：

S1，由于发送信号为序列的不断重复，因此以单个序列为例，分析信号生成及 检测过程。考虑到硬件实现过程中对于发热的要求，特征码序列中1的占空比不宜过高，最 高不超过1/2，因此主机侧选用7位特征码序列=[1 1 1 0 0 0 0]。

S2，主机在变压器侧按照序列持续生成并发送重复的信号，其中码 元为1时发送持续时间为秒的正弦信号，该正弦信号峰值为A且频率为，码元为0时不发 信号；

S3，在信号接收时，采用手持从机沿线路持续检测并进行播报的方式，且播报周期 为序列的持续时间，因此序列的持续时间不宜过长，尽量控制在2s左右，否则会影响使 用体验。因此序列中，设定单个码元持续时间t为0.3s，整个序列总共持续时间为2.1s。

特征频率选取过程中，考虑到y电容的影响，若频率过高会影响漏电模型，由于硬 件限制频率过低会导致发热严重，主机功耗过高，因此频率范围在2kHz~3kHz之间；根据软 件实现要求，n=150k/频率，因此频率=150k/n，n不是整数时会导致发送频率不准确，影响检 测准确性；由于识别算法限制，频点需至少在0.06s内为整周期，否则分段个数过少容易受 到干扰，从而影响性能。综上所述，满足所有要求的频率有且仅有=2083.33Hz，因此将其 确定为特征频率。

主机在变压器侧发送1mA信号流程如图2所示，发送信号时域波形图如图4所示，其 中，0~0.9s内为正弦信号波形图，幅值为A，右侧横线表示0.9~2.1秒无信号，内部小曲 线图为发送信号在0.9s附近的局部放大图。

从机沿线路进行接收数据采集，采样频率为5kHz，从机信号接收处理过程如图3所 示。一个工频周期为100个采样点，因此将采样数据每隔100点进行作差得到。

S4，对信号进行滑动傅里叶变换实时提取特征频率分量，滑动窗t大小为0.3s， 期间每隔0.06s输出一次频率强度。因此一个码元持续时间内，可以得到5个特征频率分量 结果，7位码元总共35个点，滑动傅里叶变换提取特征频率结果如图5所示。

S5，对信号进行滑动傅里叶变换实时提取特征频率分量，滑动窗大小为，由=[1 1 1 0 0 0 0]知，m1为3，因此，此时滑动窗大小为0.9s，期间每隔0.06s输出一次频 率强度。因此一个码元持续时间内，可以得到5个特征频率分量结果，7位码元总共35个点， 滑动傅里叶变换提取特征频率结果如图6所示。

S6，根据图4所示信号，求得序列持续时间内特征频率的平均强度为0.46mA，将其 设为阈值后进行逐点滑动，每隔5个点进行一次1/0判定，大于0.46mA解码为1，小于0.46mA 解码为0，滑动过程中可以得到信号接收端的解码序列。

S7，根据图5所示的滑动傅里叶变换结果，码元为1时，随着窗口的不断滑动，所累积的信号强度越来越高，直到整个滑动窗口均包含特征频率信号，因此第一个码元为1的结果处于整段序列1信号的上升沿，同理，最后一个码元为1的结果处于下降沿。

根据上述现象，在求解信号强度时将第一位码元为1的结果去除后，取其余几位的特征频率分量强度的均值作为信号强度，求解噪声强度时，去除第一位码元为0的结果，取其余几位的结果均值作为噪声强度。即，本例中将第5~15点与第20~30点进行作差后求均值，得到接收信号强度；将第20~34点与第21~35点进行作差后求均值，得到接收噪声强度。

S8，根据实际应用情况设定接收信号强度阈值为0.6mA，接收信号/噪声信号阈值为3。

将解码序列与特征码序列进行对比，满足解码序列与特征码序列一致且强度高于所设阈值时，认为检测到发送信号。

S9，根据图6所示大窗滑动傅里叶变换结果，设置信号阈值为0.0065，进行阈值判断，若信号强度阈值大于0.0065，则接收信号/噪声信号阈值为2，若满足该条件，也认为检测到发送信号。

方案的漏识别与误识别性能分别如图7和图8所示。

S10，当检测信号消失时说明当前点存在漏电电流，从机每隔一个序列周期内根 据判定结果播报一次当前点是否存在漏电电流，从而根据漏电电流消失点判定出漏电位 置。

上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种应用于低压漏电定位仪的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，设计一个由1和0组成的m位特征码序列S₁，序列S₁由连续1与连续0组成，且1的长度为m₁，0的长度为m₂，总长度为m_all＝m₁+m₂；

S2，主机在变压器侧按照序列S_c＝[S₁,S₁,…]持续生成并发送重复的信号，其中码元为1时发送持续时间为t秒的正弦信号，该正弦信号峰值为A且频率为f₁，码元为0时不发信号，因此正弦信号的持续时间为T₁＝m₁*t，信号总持续时间为m_all*t；

S3，从机沿线路进行信号接收，按照工频将相邻周期的接收信号进行作差后得到中间信号s1；

S4，对中间信号s1按照与单个码元持续时间相同的t秒小滑动窗进行滑动傅里叶变换，实时检测特征频率f₁分量的强度，期间每隔t₁秒输出一次f₁分量强度的信号，得到信号S_f1，因此信号S_f1为m_all*t/t₁个点，正弦信号占其中的m₁*t/t₁个点，无信号占其中的m₂*t/t₁个点；

S5，由于一个特征码序列S1内正弦信号总持续时间为m₁*t秒，因此将中间信号s1按照与正弦信号总持续时间相同的m₁*t秒大滑动窗进行滑动傅里叶变换，实时检测特征频率f₁分量的强度，期间每隔t₁秒输出一次f₁分量强度的信号，得到信号S_f2；

S6，根据信号S_f1设定小滑动窗包括信号强度、信号强度/噪声强度两种阈值；

其中，由于波动较稳定的噪声对整个持续时间的信号幅值影响相近，通过前后作差的方式可以减轻此类噪声对1/0判决时的影响，因此设定信号强度的具体计算方式为：含有特征频率f₁的m₁*t秒内所提取到的频率分量的平均值减去不含f₁频率的m₂*t秒内的所提取的频率分量的平均值；由于不含f₁频率提取的频率分量共提取到m₂*t/t₁个点，因此进行逐点作差的方式求解噪声，具体做法为：将第1个点的值m₂*t/t₁-1减去第2个点的值m₂*t/t₁；

S7，根据所求的信号强度设定信号强度阈值进行1/0判定，大于阈值为1，反之为0，得到信号接收端序列S_r＝[S₂,S₂,…]，根据信号强度/噪声强度设定相对阈值强度，根据设定的相对阈值强度对解码序列S₂进行幅值判决；

S8，当解码序列S₂与特征码序列S₁一致且信号强度与信号强度/噪声强度均高于步骤S7所设的信号强度阈值与相对阈值强度时，认为检测到所发信号，当检测信号消失时说明当前点存在漏电电流；

S9，对S_f2仅设定信号强度阈值，设定方式同小滑动窗，对判断结果进行辅助验证：当小滑动窗所求信号强度大于大滑动窗的信号强度时，S7中设定的相对阈值强度可适当降低，此时重复步骤S8；

S10，从机每隔一个序列S₁周期，根据判定结果播报一次当前点是否存在漏电电流，从而根据漏电电流消失点判定出漏电位置。

2.根据权利要求1所述的一种应用于低压漏电定位仪的通信方法，其特征在于，所述S4中滑动傅里叶变换时以滑动窗t秒进行逐点滑动，期间每隔t₁秒输出一次结果，t₁秒需为f₁频率的周期和工频周期的公倍数，滑动窗及单个码元持续时间t秒需为t₁的整数倍，因此t及正弦信号总持续时间T₁＝m₁*t均为f₁和工频的整数倍周期。

3.根据权利要求1所述的一种应用于低压漏电定位仪的通信方法，其特征在于，所述S5中滑动傅里叶变换时以滑动窗m₁*t秒进行逐点滑动，期间每隔t₁秒输出一次结果，由于总时长不变，因此信号S_f2的点数与小滑动窗所得信号点数保持一致。

4.根据权利要求1所述的一种应用于低压漏电定位仪的通信方法，其特征在于，所述S7中信号强度阈值和相对阈值可根据不同的应用场景进行调整；其中，信号强度阈值可按照发送信号强度的百分比进行设置，信号强度与噪声强度作差后差距增大，可根据实际场景进行测试评估。

5.根据权利要求1所述的一种应用于低压漏电定位仪的通信方法，其特征在于，所述S9中信号强度阈值设定为(m_all-1)*t秒内所提取的特征频率分量的平均值。