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      一種故障電弧的檢測方法

      文檔序號:8255747閱讀:249來源:國知局
      一種故障電弧的檢測方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電弧檢測技術(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)計方法描述的隨機物理現(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)可能會造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p害,同時高溫、高壓氣 體應(yīng)電弧效應(yīng)產(chǎn)生巧熱的會引發(fā)火災(zāi)。因此故障電弧研究尤其是故障電弧檢測方法研究顯 得尤為重要。
      [0003] 目前市場上已有的電子式電弧故障斷路器(AFCI)需要儲存所有的電器特征(瑞 薩科技,AFCI檢測原理),W判斷是否為故障電弧。電路負(fù)載狀況千差萬別,統(tǒng)計所有電器 狀況很難做到,而且存儲信息龐大。
      [0004] 中國專利申請?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 方法,通過電流傳感器采集回路中的電流信號,通過濾波器電路獲得基頻及高頻兩路模擬 信號,通過積分電路、中斷觸發(fā)和定時器實現(xiàn)對工頻周期基頻及高頻兩路模擬信號的累積 計算,進(jìn)而求得高次諧波占有率。本發(fā)明通過實時監(jiān)測線路電流高次諧波占有率的變化特 征及對高次諧波占有率超限次數(shù)統(tǒng)計來判斷是否產(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)動作產(chǎn)生的正常電弧與故障電弧,可實時檢測電弧故障發(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 動作,可靠性更高。該方法通過硬件電路對高頻信號和低頻信號做分離,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。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0005] 針對上述現(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 弧檢測方法,該方法通過對電流信號的分析,建立電路信號的數(shù)學(xué)模型,根據(jù)數(shù)學(xué)模型及實 際測量判斷是否發(fā)生電弧故障。
      [0006] 為實現(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,對電流信號進(jìn)行諧 波分析,計算高次諧波含有率。通過對主電路(被檢測電路)的開關(guān)開斷前后設(shè)定時間內(nèi) 的信號采集,得到該段時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 間的數(shù)學(xué)模型;計算電路斷開時刻的高次諧波含有率變化情況,與實際電路的高次諧波含 有率變化情況相比較,若實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 段內(nèi)電流信號的周期數(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,記錄斷開前后設(shè)定時間內(nèi)的電流信號。
      [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 ;計算設(shè)定時間內(nèi)每個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)定時間內(nèi)的電流信號,計算高次諧波 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%,則計數(shù)1 次,當(dāng)計數(shù)次數(shù)達(dá)到口限值(該時段內(nèi)電流信號的周期數(shù))時,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)實時在線檢測,即便電路中負(fù)載狀況千差萬別,該方法均可檢測, 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)實施例的流程圖;
      [0017] 圖2為本發(fā)明一較優(yōu)實施例的原理示意圖。
      【具體實施方式】
      [0018] W下對本發(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,對電流信號進(jìn)行諧波分析,計算高次諧波含有率,通過對被檢 測電路的開關(guān)斷開后一定時間內(nèi)(比如100ms內(nèi),也可W根據(jù)需要設(shè)定其他時間))的信號 采集,得到該段時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)于時間的數(shù) 學(xué)模型,計算電路斷開時刻的高次諧波含有率變化情況,與實際電路的高次諧波含有率變 化情況相比較,若實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)實施例的原理示意圖,實驗裝置簡易圖參照附圖2, 通過MCU給出的數(shù)字信號控制裝置的觸頭分?jǐn)?,采用霍爾電流傳感器采集分段前?00ms 時間的電流信號,對電流信號做數(shù)據(jù)預(yù)處理,并把數(shù)據(jù)傳送回MCU,對數(shù)據(jù)進(jìn)行高次諧波計 算,并按照圖2中的流程圖,當(dāng)出現(xiàn)故障電弧時,發(fā)出故障警告。
      [0021] 具體的,本實施例具體實施步驟如下:
      [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,記錄斷開前后共100ms的電流信號。
      [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 ;計算100ms內(nèi)每個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,計算高次諧波含有 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%,則計數(shù)1次,當(dāng)計數(shù)次 數(shù)達(dá)到口限值(該時段內(nèi)電流信號的周期數(shù))時,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,記錄斷開觸頭開關(guān)信號時刻,并記錄 該信號前后共100ms的電流信號。
      [002引上述步驟3 ;所述的計算設(shè)定時間內(nèi)每個周期的高次諧波含有率,其步驟如下:
      [0029]
      【主權(quán)項】
      1. 一種故障電弧的檢測方法,其特征在于:采集電流信號,對電流信號進(jìn)行諧波分析, 計算高次諧波含有率;通過對被檢測電路的開關(guān)開斷前后設(shè)定時間內(nèi)的信號采集,得到該 段時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)于時間的數(shù)學(xué)模型;計算 電路斷開時刻的高次諧波含有率變化情況,與實際電路的高次諧波含有率變化情況相比 較,若實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,記錄斷開前后設(shè)定時間內(nèi)的電流信號; 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 :計算設(shè)定時間內(nèi)每個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)定時間內(nèi)的電流信號,計算高次諧波含有 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%,則計數(shù)1次,當(dāng)計數(shù)次 數(shù)達(dá)到門限值時,則判斷發(fā)生電弧故障,所述門限值即該時段內(nèi)電流信號的周期數(shù)。
      3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種故障電弧的檢測方法,其特征在于,步驟1、3、5中,所 述設(shè)定時間內(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,記錄斷開觸頭開關(guān)信號時刻,并記錄該信號前后共100ms的電流信號。
      5. 如權(quán)利要求2所述的一種故障電弧的檢測方法,其特征在于,步驟3 :所述的計算設(shè) 定時間內(nèi)每個周期的高次諧波含有率,其步驟如下:
      j為虛數(shù),N為每個周期的采樣次數(shù),X(K)指K次諧波分量的大??;K取值1到20 ; 然后計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方法,其特征在于,步驟4中:計算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任一項所述的一種故障電弧的檢測方法,其特征在于,所述方法中: 每新一次檢測一個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,否則,將新的K?值加入高次諧波含有率的典型值計算,去掉原先的第1次的高次諧 波含有率HRi,重新計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方法,包括以下步驟:采集電流信號,對電流信號進(jìn)行諧波分析,計算高次諧波含有率,通過對該電路的開關(guān)斷開前后設(shè)定時間內(nèi)的信號采集,得到該段時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)于時間的數(shù)學(xué)模型,計算電路斷開時刻的高次諧波含有率變化情況,與實際電路的高次諧波含有率變化情況相比較,若實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)點在于通過對電路的分析,得到唯一的針對該電路的模型,無需提前分析。
      【IPC分類】G01R31-00
      【公開號】CN104569683
      【申請?zhí)枴緾N201510018293
      【發(fā)明人】陳樂生, 葉連慧
      【申請人】上海和伍新材料科技有限公司
      【公開日】2015年4月29日
      【申請日】2015年1月14日
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