一種故障電弧的檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電弧檢測(cè)技術(shù)，具體地說，基于電路電流特征及模型的故障電弧 檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 故障電弧是一種可W用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法描述的隨機(jī)物理現(xiàn)象，也被稱之為"氣體電 離"。故障電弧產(chǎn)生的壓力、福射、電弧效應(yīng)可能會(huì)造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p害，同時(shí)高溫、高壓氣 體應(yīng)電弧效應(yīng)產(chǎn)生巧熱的會(huì)引發(fā)火災(zāi)。因此故障電弧研究尤其是故障電弧檢測(cè)方法研究顯 得尤為重要。
[0003] 目前市場(chǎng)上已有的電子式電弧故障斷路器（AFCI)需要儲(chǔ)存所有的電器特征（瑞 薩科技，AFCI檢測(cè)原理），W判斷是否為故障電弧。電路負(fù)載狀況千差萬別，統(tǒng)計(jì)所有電器 狀況很難做到，而且存儲(chǔ)信息龐大。
[0004] 中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枺?01210119783.6的發(fā)明，該發(fā)明提供了一種低壓電弧故障檢測(cè) 方法，通過電流傳感器采集回路中的電流信號(hào)，通過濾波器電路獲得基頻及高頻兩路模擬 信號(hào)，通過積分電路、中斷觸發(fā)和定時(shí)器實(shí)現(xiàn)對(duì)工頻周期基頻及高頻兩路模擬信號(hào)的累積 計(jì)算，進(jìn)而求得高次諧波占有率。本發(fā)明通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路電流高次諧波占有率的變化特 征及對(duì)高次諧波占有率超限次數(shù)統(tǒng)計(jì)來判斷是否產(chǎn)生電弧故障，通過判斷電弧故障所引發(fā) 的高次諧波占有率變化是否具有周期性及發(fā)生頻率來區(qū)別一些特殊電器負(fù)載及正常的開 關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的正常電弧與故障電弧，可實(shí)時(shí)檢測(cè)電弧故障發(fā)生，不受安裝位置限制，并能很 好避免由正常分、合電路時(shí)產(chǎn)生的操作電弧及開關(guān)電源、吸塵器等負(fù)載的干擾而發(fā)生的誤 動(dòng)作，可靠性更高。該方法通過硬件電路對(duì)高頻信號(hào)和低頻信號(hào)做分離，容易產(chǎn)生新的噪聲 污染，從而引起判斷不準(zhǔn)確，發(fā)生誤警報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提出一種基于電路電流特征及模型的故障電 弧檢測(cè)方法，該方法通過對(duì)電流信號(hào)的分析，建立電路信號(hào)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)學(xué)模型及實(shí) 際測(cè)量判斷是否發(fā)生電弧故障。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是；采集電流信號(hào)，對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行諧 波分析，計(jì)算高次諧波含有率。通過對(duì)主電路（被檢測(cè)電路）的開關(guān)開斷前后設(shè)定時(shí)間內(nèi) 的信號(hào)采集，得到該段時(shí)刻的高次諧波含有率，即得到該電路的高次諧波含有率的關(guān)于時(shí) 間的數(shù)學(xué)模型；計(jì)算電路斷開時(shí)刻的高次諧波含有率變化情況，與實(shí)際電路的高次諧波含 有率變化情況相比較，若實(shí)際情況的高次諧波含有率高出理論情況次數(shù)大于口限值（該時(shí) 段內(nèi)電流信號(hào)的周期數(shù)），則認(rèn)為發(fā)生故障電弧。
[0007] 一種故障電弧檢測(cè)方法，包括W下步驟：
[000引步驟1 ;設(shè)定電弧發(fā)生器的觸頭開斷次數(shù)G。通過電流傳感器采集觸頭斷開前后的 電流信號(hào)，記錄斷開前后設(shè)定時(shí)間內(nèi)的電流信號(hào)。
[0009] 步驟2;判斷電流采集次數(shù)是否達(dá)到步驟1的設(shè)定次數(shù)G，若達(dá)到，則開始執(zhí)行步驟 3,否則繼續(xù)步驟1。
[0010] 步驟3 ;計(jì)算設(shè)定時(shí)間內(nèi)每個(gè)周期的高次諧波電流含有率，得到其在觸頭斷開前 后的變化關(guān)系。
[ocm] 步驟4 ;計(jì)算G次高次諧波含有率在觸頭斷開前后的變換關(guān)系的加權(quán)平均值作為 觸頭正常的典型值。
[0012] 步驟5 ;繼續(xù)采集下一次觸頭斷開前后的設(shè)定時(shí)間內(nèi)的電流信號(hào)，計(jì)算高次諧波 含有率。與步驟4的典型值相比較，若高次諧波含有率高于或等于典型值15%，則計(jì)數(shù)1 次，當(dāng)計(jì)數(shù)次數(shù)達(dá)到口限值（該時(shí)段內(nèi)電流信號(hào)的周期數(shù)）時(shí)，則判斷發(fā)生電弧故障。
[001引優(yōu)選的，步驟1、3、5中，所述設(shè)定時(shí)間內(nèi)是指100ms內(nèi)。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0015] 本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，即便電路中負(fù)載狀況千差萬別，該方法均可檢測(cè)， 避免了判斷電路性質(zhì)的復(fù)雜過程，而且本發(fā)明通過程序來計(jì)算高次諧波占有率，減少噪聲 可能引進(jìn)的環(huán)節(jié)，從而減少誤判的可能性。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明一較優(yōu)實(shí)施例的流程圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明一較優(yōu)實(shí)施例的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] W下對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，W下的說明僅為理解本發(fā)明技術(shù)方案 之用，不用于限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍W權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
[0019] 如圖1所示，為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的方法流程圖；通過電流傳感器（比如霍爾電 流傳感器等）采集電流信號(hào)，對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行諧波分析，計(jì)算高次諧波含有率，通過對(duì)被檢 測(cè)電路的開關(guān)斷開后一定時(shí)間內(nèi)（比如100ms內(nèi)，也可W根據(jù)需要設(shè)定其他時(shí)間））的信號(hào) 采集，得到該段時(shí)刻的高次諧波含有率，即得到該電路的高次諧波含有率的關(guān)于時(shí)間的數(shù) 學(xué)模型，計(jì)算電路斷開時(shí)刻的高次諧波含有率變化情況，與實(shí)際電路的高次諧波含有率變 化情況相比較，若實(shí)際情況的高次諧波含有率高出理論情況次數(shù)大于口限值，則認(rèn)為發(fā)生 故障電弧。
[0020] 如圖2所示，為本發(fā)明一較優(yōu)實(shí)施例的原理示意圖，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)易圖參照附圖2， 通過MCU給出的數(shù)字信號(hào)控制裝置的觸頭分?jǐn)?，采用霍爾電流傳感器采集分段前?00ms 時(shí)間的電流信號(hào)，對(duì)電流信號(hào)做數(shù)據(jù)預(yù)處理，并把數(shù)據(jù)傳送回MCU，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高次諧波計(jì) 算，并按照?qǐng)D2中的流程圖，當(dāng)出現(xiàn)故障電弧時(shí)，發(fā)出故障警告。
[0021] 具體的，本實(shí)施例具體實(shí)施步驟如下：
[0022] 步驟1 ;設(shè)定電弧發(fā)生器的觸頭開斷次數(shù)G，通過電流傳感器采集觸頭斷開前的電 流信號(hào)，記錄斷開前后共100ms的電流信號(hào)。
[0023] 步驟2;判斷電流采集次數(shù)是否達(dá)到步驟1的設(shè)定次數(shù)G，若達(dá)到，則開始執(zhí)行步驟 3,否則繼續(xù)步驟1。
[0024] 步驟3 ;計(jì)算100ms內(nèi)每個(gè)周期的高次諧波電流含有率，得到其在觸頭斷開前后的 變化關(guān)系。
[0025] 步驟4 ;計(jì)算G次高次諧波含有率在觸頭斷開前后的變換關(guān)系的加權(quán)平均值作為 觸頭正常的典型值。
[0026] 步驟5 ;繼續(xù)采集下一次觸頭斷開前后共100ms內(nèi)的電流信號(hào)，計(jì)算高次諧波含有 率。與步驟4的典型值相比較，若高次諧波含有率高于典型值15%，則計(jì)數(shù)1次，當(dāng)計(jì)數(shù)次 數(shù)達(dá)到口限值（該時(shí)段內(nèi)電流信號(hào)的周期數(shù)）時(shí)，則判斷發(fā)生電弧故障。
[0027] 上述步驟1 ;連續(xù)采集電弧發(fā)生器電流信號(hào)，記錄斷開觸頭開關(guān)信號(hào)時(shí)刻，并記錄 該信號(hào)前后共100ms的電流信號(hào)。
[002引上述步驟3 ;所述的計(jì)算設(shè)定時(shí)間內(nèi)每個(gè)周期的高次諧波含有率，其步驟如下：
[0029]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種故障電弧的檢測(cè)方法，其特征在于：采集電流信號(hào)，對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行諧波分析， 計(jì)算高次諧波含有率；通過對(duì)被檢測(cè)電路的開關(guān)開斷前后設(shè)定時(shí)間內(nèi)的信號(hào)采集，得到該 段時(shí)刻的高次諧波含有率，即得到該電路的高次諧波含有率的關(guān)于時(shí)間的數(shù)學(xué)模型；計(jì)算 電路斷開時(shí)刻的高次諧波含有率變化情況，與實(shí)際電路的高次諧波含有率變化情況相比 較，若實(shí)際情況的高次諧波含有率高出理論情況次數(shù)大于門限值，則認(rèn)為發(fā)生故障電弧。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種故障電弧的檢測(cè)方法，其特征在于，所述方法包括以下步 驟： 步驟1 :設(shè)定電弧發(fā)生器的觸頭開斷次數(shù)G，通過電流傳感器采集觸頭斷開前后的電流 信號(hào)，記錄斷開前后設(shè)定時(shí)間內(nèi)的電流信號(hào)； 步驟2 :判斷電流采集次數(shù)是否達(dá)到步驟1的設(shè)定次數(shù)G，若達(dá)到，則開始執(zhí)行步驟3， 否則繼續(xù)步驟1 ; 步驟3 :計(jì)算設(shè)定時(shí)間內(nèi)每個(gè)周期的高次諧波電流含有率，得到高次諧波電流含有率 在觸頭斷開如后的變化關(guān)系； 步驟4 :計(jì)算G次高次諧波含有率在觸頭斷開前后的變換關(guān)系的加權(quán)平均值作為觸頭 正常的典型值； 步驟5 :繼續(xù)采集下一次觸頭斷開前后的設(shè)定時(shí)間內(nèi)的電流信號(hào)，計(jì)算高次諧波含有 率；與步驟4的典型值相比較，若高次諧波含有率高于典型值15%，則計(jì)數(shù)1次，當(dāng)計(jì)數(shù)次 數(shù)達(dá)到門限值時(shí)，則判斷發(fā)生電弧故障，所述門限值即該時(shí)段內(nèi)電流信號(hào)的周期數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種故障電弧的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟1、3、5中，所 述設(shè)定時(shí)間內(nèi)是指l〇〇ms內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求2所述的一種故障電弧的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟1 :連續(xù)采集電弧 發(fā)生器電流信號(hào)，記錄斷開觸頭開關(guān)信號(hào)時(shí)刻，并記錄該信號(hào)前后共100ms的電流信號(hào)。
5. 如權(quán)利要求2所述的一種故障電弧的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟3 :所述的計(jì)算設(shè) 定時(shí)間內(nèi)每個(gè)周期的高次諧波含有率，其步驟如下：
j為虛數(shù)，N為每個(gè)周期的采樣次數(shù)，X(K)指K次諧波分量的大?。籏取值1到20 ; 然后計(jì)算各次諧波分量的幅值及高次諧波含有率：
Ck指K次諧波分量的幅值，HR為高次諧波含有率，i取值2到20。
6. 如權(quán)利要求2所述的一種故障電弧的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟4中：計(jì)算G次 高次諧波含有率在觸頭斷開前后的變換關(guān)系的加權(quán)平均值作為觸頭正常的典型值，具體如 下：
Wi指加權(quán)系數(shù)，所有加權(quán)系數(shù)之和為l，Wi的取值必須遵循從小到大原則；HRi指第i次 的高次諧波含有率； M指高次諧波含有率的加權(quán)平均值。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種故障電弧的檢測(cè)方法，其特征在于，所述方法中： 每新一次檢測(cè)一個(gè)斷路與原高次諧波含有率的典型值比較判斷，若判斷為故障電弧，則發(fā) 出警報(bào)，否則，將新的K?值加入高次諧波含有率的典型值計(jì)算，去掉原先的第1次的高次諧 波含有率HRi，重新計(jì)算高次諧波含有率的典型值。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種故障電弧的檢測(cè)方法，包括以下步驟：采集電流信號(hào)，對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行諧波分析，計(jì)算高次諧波含有率，通過對(duì)該電路的開關(guān)斷開前后設(shè)定時(shí)間內(nèi)的信號(hào)采集，得到該段時(shí)刻的高次諧波含有率，即得到該電路的高次諧波含有率的關(guān)于時(shí)間的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算電路斷開時(shí)刻的高次諧波含有率變化情況，與實(shí)際電路的高次諧波含有率變化情況相比較，若實(shí)際情況的高次諧波含有率高出理論情況次數(shù)大于門限值，則認(rèn)為發(fā)生故障電弧。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于通過對(duì)電路的分析，得到唯一的針對(duì)該電路的模型，無需提前分析。
【IPC分類】G01R31-00
【公開號(hào)】CN104569683
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510018293
【發(fā)明人】陳樂生, 葉連慧
【申請(qǐng)人】上海和伍新材料科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月14日