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新疆农业大学机电工程学院、新疆职业大学机械电子工程学院、中国农业大学信息与电气工程学院的研究人员李春兰、罗杰、王长云、王海杨、杜松怀，在2021年第22期《电工技术学报》上撰文，针对触电事故具有随机性、难以识别的问题，提出一种基于循环功率谱密度特征和聚类分析的触电事故识别方法。
剩余电流保护装置（Residual Current Protection Device, RCD）被广泛应用于末级电网，其主要作用是减小电器不正常接地及其他故障事故带来的危害，同时也作为预防生物触电的主要保护装置。但运行结果表明，目前使用的剩余电流保护装置普遍存在误动、拒动现象。
通过对剩余电流保护装置的保护特性研究发现，剩余电流保护装置检测到的剩余电流，受泄漏电流与触电电流相位差的影响，存在触电电流大于人体触电安全电流30mA时，检测值仍小于整定值的拒动情况。相关学者就此提出开发基于触电电流动作的新型剩余电流保护装置。
目前对生物触电事故的研究，主要集中于触电信号的特征识别及触电电流提取两个方面。但是，针对触电特征识别和触电电流检测的研究算法复杂度高，尚无法满足触电事故对保护装置实时动作的要求，因此目前仍仅限于理论研究方面。
循环平稳理论最早由W. A. Gardner提出，国内学者罗利春、王洪就其数学原理及物理意义做了相关研究，因其具有在展示信号傅里叶频率的同时提供一个信号广义倍频与自混频的优势，被广泛应用于通信信号的检测和调制识别，近年来信号一阶、二阶循环平稳特性的研究被用于机械故障特征识别和医学信号的特征识别。
由于个体差异，不同触电个体的触电信号频谱图存在明显差异；即使同一个体在不同时间触电，其相关频谱差异仍然存在，传统频谱分析方法很难提取触电时刻的特殊频率或频段来识别触电事故的发生与否。
鉴于此，新疆农业大学等单位的科研人员提出利用循环谱相关理论对触电信号进行循环频谱特性分析，提取生物触电特征，为研发基于触电电流动作的剩余电流保护装置提供理论依据。
图1 生物触电实验电路原理图
研究人员首先利用循环功率谱分析获得触电前、后剩余电流信号的循环功率谱三维图，对剩余电流中150Hz成分对应的循环谱切面分析，提取特征循环频率1200Hz的线谱占比，定义四种循环频谱特征；然后利用K-means聚类分析对不同维度的循环频谱组合特征进行聚类，提出了触电识别判据，同时提出加偏置修正的欧式距离测度提高了聚类识别准确率。
图2 改进后的聚类分析识别结果
他们的研究结果表明：
1）单相、三相两种电路结构下的触电前、后剩余电流信号循环频谱切片差异均表现为f=150Hz频率对应的alpha=1200Hz线谱占比差异，据此提出了四种触电信号循环谱特征。
2）对单一和组合循环谱特征进行了聚类分析，其中单相电路分析结果表明特征2、3、4三维组合特征下的聚类识别率最高为94.67%，提取的单相电路时触电后剩余电流聚类中心为[20.597，57.682，4.773]，正常剩余电流聚类中心为[4.102，11.387，0.923]；另三相电路时的最佳识别特征为特征4，识别率为100%，提取的三相电路时触电后剩余电流聚类中为[16.136]，正常剩余电流聚类中心为[2.197]。
3）利用对欧式距离加偏置项的修正距离测度进行触电识别，其分辨率提高到了99.33%，偏置项设定阈值为0.2919。
本文编自2021年第22期《电工技术学报》，论文标题为“基于循环谱特征和聚类分析的触电识别”，作者为李春兰、罗杰 等。
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