[發明專利]一種基于高壓防觸電預警手環的高壓防觸電預警方法

有效

• 申請號: 202111208124.5
• 申請日: 2021-10-18
• 公開（公告）號: CN114023046B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 張堯;李子森;汪創;吳彥偉;王遂;唐金銳
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司廣州供電局
• 主分類號: G08B21/18
• 分類號: G08B21/18;G08B21/24;G08B7/06;H02G1/02;G01R29/08;A44C5/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

1.一種基于高壓防觸電預警手環的高壓防觸電預警方法，其特征在于：

所述高壓防觸電預警手環包括：

電場傳感器、紅外測距傳感器、計算處理模塊、無線通信模塊、顯示模塊、報警模塊、地面接收裝置；

所述電場傳感器與所述計算處理模塊通過有線方式連接；所述紅外測距傳感器與所述計算處理模塊通過有線方式連接；所述計算處理模塊分別與所述的無線通信模塊、顯示模塊、報警模塊連接；所述無線通信模塊與所述地面接收裝置通過無線方式連接；

所述電場強度傳感器用于實時采集環境電場強度，并傳輸至所述計算處理模塊；

所述紅外測距傳感器用于實時采集所述高壓防觸電預警手環與帶電線性單元的距離，并傳輸至所述計算處理模塊；

所述計算處理模塊根據環境電場強度、高壓防觸電預警手環與帶電線性單元的距離計算帶電線性單元的電壓；所述計算處理模塊將環境電場強度、高壓防觸電預警手環與帶電線性單元的距離傳輸至所述顯示模塊進行顯示；

所述計算處理模塊判斷若環境電場強度超出安全電場強度則產生觸電預警信息，并控制所述報警模塊啟動振動報警提醒和聲音報警提醒；

所述計算處理模塊判斷若所述高壓防觸電預警手環與帶電線性單元的距離小于距離閾值則產生距離預警信息，并控制所述報警模塊啟動振動報警提醒和聲音報警提醒；

所述計算處理模塊將環境電場強度、高壓防觸電預警手環與帶電線性單元的距離、電場預警信息、距離預警信息傳輸至所述無線通訊模塊；所述無線通訊模塊將環境電場強度、高壓防觸電預警手環與帶電線性單元的距離、電場預警信息、距離預警信息無線傳輸至所述地面接收裝置進行遠程監控；

所述高壓防觸電預警方法，包括以下步驟：

步驟1：所述電場強度傳感器用于實時采集環境電場強度，并傳輸至所述計算處理模塊；所述紅外測距傳感器用于實時采集所述高壓防觸電預警手環與帶電線性單元的距離，并傳輸至所述計算處理模塊；

步驟2：所述計算處理模塊根據環境電場強度、所述高壓防觸電預警手環與帶電線性單元的距離自動識別帶電線性單元的電壓；

步驟3：根據帶電線性單元的電壓，計算處理模塊自動設定當前電壓等級安全作業距離；根據標準中給出的不同電壓等級下的安全作業距離，自動設置為帶電線性單元當前電壓下的安全作業距離D_S；

步驟4：判斷環境電場強度E是否超出安全電場強度E_S，若超過則報警模塊發出觸電預警，并控制所述報警模塊啟動振動報警提醒和聲音報警提醒，否則執行下一步；

步驟5：判斷手環與帶電線性單元的間距D是否小于當前電壓等級安全作業距離D_S，若小于則報警模塊發出觸電預警，并控制所述報警模塊啟動振動報警提醒和聲音報警提醒，否則執行下一步；

步驟6：判斷是否收到結束作業指令，若是則手環結束運行，停止工作；否則返回執行步驟1；

步驟2所述自動識別帶電線性單元的電壓的具體步驟包括：

步驟201：移動所述高壓防觸電預警手環改變與帶電線性單元的間距，通過計算處理模塊計算帶電線性單元的電壓，得到帶電線性單元的個電壓樣本數據；

所述手環計算處理模塊具體通過以下步驟獲取帶電線性單元電壓樣本數據：

計算處理模塊通過從電場強度傳感器和紅外測距傳感器實時采集得到的環境電場強度E和手環與帶電線性單元的間距D；

對于長度為L的帶電線性單元其線電荷密度在單元內按照線性規律變化，通過所述紅外測距傳感器分別測得所述高壓防觸電預警手環所在位置P(x,y,z)距離帶電線性單元首尾兩端處P1(x₁,y₁,z₁)和P2(x₂,y₂,z₂)的距離分別為D1和D2，通過電場強度傳感器分別測得手環所在位置P(x,y,z)距離帶電線性單元首尾兩端處P1(x₁,y₁,z₁)和P2(x₂,y₂,z₂)的環境電場強度分別為E1和E2；

根據電場強度與距離的關系，帶電線性單元在環境中P(x,y,z)處產生的電磁強度E(x,y,z)為：

ε_K＝ε₀ε_r

式中，Q表示帶電線性單元所帶電荷；D(x,y,z)為帶電線性單元與手環所處位置的距離；ε_K為介電常數，ε₀為真空介電常數，ε_r為測量時手環與帶電線性單元之間的相對介電常數；

已知長度為L的帶電線性單元首尾兩端在手環處電場強度E1、E2和距離D1、D2時，可確定帶電線性單元線性單元的線電荷密度τ在單元內的線性分布規律為

τ(u)＝au+b_o

其中，a表示比例系數，b_o表示截距；

帶電線性單元在場域內任一點P(x,y,z)產生的電位為：

其中，D(u)為帶電線性單元上源點到手環所在位置場點的距離；

手環所處位置的環境電場強度通過手環內置電場強度傳感器實時測量，通過帶電線性單元在場域內任一點P(x,y,z)產生的電位得手環所在位置的電位即可求得帶電線性單元的電位為：

其中，為手環所在位置的電位，E為手環所在位置的電場強度，D(u)為帶電線性單元上源點到手環所在位置場點的距離，為帶電線性單元的電位；

步驟202：重復步驟201移動移動所述高壓防觸電預警手環若干次，改變移動所述高壓防觸電預警手環與帶電線性單元的間距，得到帶電線性單元的電壓小樣本數據；

步驟203：通過手環計算處理模塊內置的支持向量回歸模型，對記錄的電壓小樣本數據進行分類識別，自動辨識帶電線性單元當前的電壓；

定義常量ε0,對于樣本i(x_i,y_i)，x_i表示第i個樣本的橫坐標，y_i表示第i個樣本的縱坐標；如果|y_i-ω·φ(x_i)-b|≤ε，則記為完全沒有損失，如果|y_i-ω·φ(x_i)-b|ε,則對應的損失為|y_i-ω·φ(x_i)-b|-ε；

則模型損失函數度量err(x_i,y_i)表示為：

其中，x_i表示第i個樣本的橫坐標，y_i表示第i個樣本的縱坐標，ε為自定義常量，err(·)為模型損失函數度量，ω為超平面的法向量，b為截距，φ(·)為映射函數；

對樣本i(x_i,y_i)加入松弛變量ξ_i≥0，則模型的損失函數度量在加入松弛變量之后變為

s.t.-ε-ξ_i^∨≤y_i-ω·φ(x_i)-b≤ε+ξ_i^{^}

ξ_i^∨≥0,ξ_i^{^}≥0，i＝1,2,...,m

其中，ω為超平面的法向量，b為截距，φ(·)為映射函數，m為樣本個數，ξ_i^v和ξ_i^{^}分別為樣本i的松弛變量；

采用拉格朗日函數將目標優化函數變成無約束的形式，將一半的樣本數據作為訓練樣本代入進行偏導計算和對偶計算得到模型參數w和b；

將另一半的樣本數據作為測試樣本代入損失函數度量中，當測試樣本落入損失函數度量所確定的寬帶為2ε的間隔帶時，則將此時|w·φ(x_i)-b|擬合計算的結果作為帶電線性單元的當前電壓。