一種基于電弧光譜信號的故障電弧檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于實際電路保護(hù)的電弧檢測技術(shù)，具體地說，設(shè)及一種基于電 弧光譜信號的故障電弧檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力事業(yè)快速發(fā)展，給人們的日常生活帶來了許多便利，然而也帶來了頻頻發(fā)生 的電氣火災(zāi)事故。我國的電氣火災(zāi)方法技術(shù)滯后，傳統(tǒng)的檢測裝置并不能有效的檢測出電 弧故障，而當(dāng)電弧故障發(fā)生時，瞬間局部高溫會到達(dá)2000到4000攝氏度。若沒有及時切除 電弧故障，會造成電氣設(shè)備嚴(yán)重?zé)龤?、火?zāi)、人身事故等嚴(yán)重后果。因此，對故障電弧的檢測 是十分重要的工作。
[0003] 我國在電弧檢測技術(shù)研究起步較晚，目前主要處于理論研究階段（申請專利 號；201310376133. 4,發(fā)明名稱；基于小波變換和時域混合特征的交流故障電弧檢測方 法），大多數(shù)通過檢測電流信號，分析電流信號波形來判斷是否為故障電弧，然而負(fù)載情 況千差萬別，有時發(fā)生故障電弧時和正常工作時的電流波形區(qū)別很?。ㄠu云峰，吳為麟， 李智勇.基于自組織映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的低壓故障電弧聚類分析[J].儀器儀表學(xué)報，2010， 31 (3) 571-576.)，很難據(jù)此判斷是否為故障電弧。
[0004] 國外有較為成熟的故障電弧檢測產(chǎn)品，但是國內(nèi)外電壓環(huán)境不同，電弧特征會有 變化，已有產(chǎn)品并不能直接應(yīng)用，因此，研究適合國內(nèi)的故障電弧檢測產(chǎn)品是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提出的一種基于電弧光譜信號的故障電弧檢 測方法。
[0006] 為實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] 本發(fā)明提供一種基于電弧光譜信號的故障電弧檢測方法，該方法首先通過電弧光 譜采集器采集光譜信號和電流信號，然后對光譜信號做基于功率的歸一化處理，并進(jìn)行小 波變換，將計算得到的前=層小波變換細(xì)節(jié)信號的能量作為小波變換的特征值；將光譜信 號按光的不同顏色的波長范圍分?jǐn)嗵幚?，對每段光譜信號積分處理，記錄每小段的光譜強(qiáng) 度積分值；將小波變換的特征值和每小段光譜的強(qiáng)度積分值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入值；根 據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出值來判斷是否存在故障電弧。
[000引本發(fā)明的具體實施步驟如下；
[0009] 步驟1 ;設(shè)定光譜采集次數(shù)W及時間間隔。光譜采集設(shè)備采集一次開關(guān)過程中電 接觸的電弧光譜信號，得到光譜的波長和強(qiáng)度信息（A1，li)，同時霍爾電流傳感器采集電流 信息Ti;
[0010] 步驟2 ;判斷光譜采集次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定闊值，若達(dá)到，則開始執(zhí)行步驟3,否則繼 續(xù)步驟1 ;
[0011] 步驟3 ;對光譜信號進(jìn)行歸一化處理，并進(jìn)行小波變換，將前S層小波變換細(xì)節(jié)信 號的能量作為小波變換的特征值；
[0012] 步驟4;將光譜信號按光的不同顏色的波長范圍分段處理，對每段光譜信號積分 處理，記錄每小段的光譜強(qiáng)度積分值；
[001引步驟5 ;將小波變換的特征值和每小段的光譜強(qiáng)度積分值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入 值；
[0014] 步驟6 ;根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出值來判斷是否存在故障電弧。
[0015] 所述的對歸一化后的光譜信號進(jìn)行小波變換，得到前=層小波變換細(xì)節(jié)能量的特 征值，具體如下；歸一化后的光譜信號X進(jìn)行離散小波變換，兩次濾波得到的近似值分量的 尺度系數(shù)。
[0016] 所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立方法如下；
[0017] 小波變換的細(xì)節(jié)能量特征值和不同顏色的光譜強(qiáng)度積分值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸 入值，運(yùn)用MTLAB軟件建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從輸入層到隱含層和隱含層到輸出 層之間的傳遞函數(shù)分別采用logsig和tansig函數(shù)，訓(xùn)練函數(shù)采用traingd函數(shù)。
[001引所述的根據(jù)BP網(wǎng)絡(luò)的輸出值判斷是否發(fā)生電弧故障，具體為；多次獲取的光譜信 息訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出值為0時指無電弧故障，輸出值為1時發(fā)生電弧故障。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0020] 本發(fā)明是一種全新的利用光譜信號來檢測故障電弧的方法，分析光譜信號的波 長、強(qiáng)度等大小可W得到燃燒產(chǎn)生電弧的物質(zhì)，從而了解電接觸開關(guān)的使用狀態(tài)。本發(fā)明具 有適用性廣、安全性高、直接反應(yīng)電接觸開關(guān)使用情況，能準(zhǔn)確判斷故障電弧。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明一較優(yōu)實施例的故障電弧識別流程圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明一較優(yōu)實施例的故障電弧識別裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 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)。
[0024] 如圖1所示，為本發(fā)明一優(yōu)選實施例的方法流程圖；首先通過光纖采集電弧發(fā)生 器產(chǎn)生的大量的正常運(yùn)行和故障電弧的光譜信息，對采集到的光譜信號歸一化處理，進(jìn)行 小波變換得到=個小波變換細(xì)節(jié)的特征值，同時對光譜按顏色分段并積分，作為BP神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)的學(xué)習(xí)樣本，將其輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，把訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為故障電弧 的識別器。運(yùn)行時把需要識別的信號輸入到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行辨識。
[0025] 如圖2所示，為本發(fā)明一較優(yōu)實施例的故障電弧識別裝置示意圖，其中：使用艾萬 提斯光譜儀，光譜檢測范圍為200?800nm，一分四光纖。當(dāng)電弧發(fā)生器動靜觸頭接通時，有 電流通過，凸輪在伺服電機(jī)的作用下，帶動動觸頭運(yùn)動，使動靜觸頭分開，產(chǎn)生電弧。光電傳 感器檢測到弧光并轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)放大整形后用于觸發(fā)光譜儀，光譜儀接收電弧光譜信號， 并將收集到的光譜信號計算機(jī)利用軟件進(jìn)一步處理。
[0026] 按照步驟1，設(shè)置光譜采集次數(shù)1000次，積分時間1ms，保存光譜的波長和強(qiáng)度。
[0027] 步驟2 ;判斷光譜采集次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定闊值，若達(dá)到，則開始執(zhí)行步驟3 :，否則 繼續(xù)步驟1;
[002引步驟3 ;對光譜信號進(jìn)行歸一化處理，如下所示
[0029] Xi= I i/町
[0030] Xi為歸一化后的光譜信號，I i為歸一化前的光譜信息，U為電弧電壓，I a,為電弧電 流。
[0031] 對歸一化后的光譜信號進(jìn)行小波變換，得到前=層小波變換細(xì)節(jié)能量的特征值， 具體如下；歸一化后的光譜信號X進(jìn)行離散小波變換，兩次濾波得到的近似值分量的尺度 系數(shù)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于電弧光譜信號的故障電弧檢測方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1:設(shè)定光譜采集次數(shù)以及時間間隔，光譜采集設(shè)備采集一次開關(guān)過程中電接觸 的電弧光譜信號，得到光譜的波長和強(qiáng)度信息（Ai，Ii)，同時霍爾電流傳感器采集電流信息 ri； 步驟2:判斷光譜采集次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定閾值，若達(dá)到，則開始執(zhí)行步驟3:，否則繼續(xù) 步驟1; 步驟3:對光譜信號進(jìn)行歸一化處理，并進(jìn)行小波變換，將前三層小波變換細(xì)節(jié)信號的 能量作為小波變換的特征值； 步驟4 :將光譜信號按光的不同顏色的波長范圍分段處理，對每段光譜信號積分處理， 記錄每小段的光譜強(qiáng)度積分值； 步驟5 :將小波變換的特征值和每小段的光譜強(qiáng)度積分值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入值； 步驟6 :根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出值來判斷是否存在故障電弧。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電弧光譜信號的故障電弧檢測方法，其特征在于，所述 的對采集到的光譜信息進(jìn)行歸一化處理，具體如下： Xj=Ii/UI^ \為歸一化后的光譜信號，Ii為歸一化前的光譜信息，U為電弧電壓，I%為電弧電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電弧光譜信號的故障電弧檢測方法，其特征在于，所述 步驟3中：對歸一化后的光譜信號進(jìn)行小波變換，得到前三層小波變換細(xì)節(jié)能量的特征值， 具體如下： 歸一化后的光譜信號X進(jìn)行離散小波變換，兩次濾波得到的近似值分量的尺度系數(shù)：
I 計算三個細(xì)節(jié)能量特征值如下：d^Eff/(J-1,k) d2=Eff/(J-2,k)
i指光譜采集次數(shù)，同電流采集次數(shù)； 是指光譜信號函數(shù)的子空間；hjl)、、(/)是指尺度函數(shù)系數(shù)； J是指尺度，J_1為最大尺度，最小尺度為0 ; 1指卷積中的虛變量，即替代相關(guān)的兩序列；n= 2k，是指光譜信號的序列號，k是指小波子空間的信號序列； 屯、d2、d3為細(xì)節(jié)能量特征值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電弧光譜信號的故障電弧檢測方法，其特征在于，所述 步驟4中：將光譜信號按光的不同顏色波長進(jìn)行分段處理，并積分，具體如下：
Sj是指第j種顏色的光譜強(qiáng)度積分值，b、c為該種顏色光譜波長的上下限值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的基于電弧光譜信號的故障電弧檢測方法，其特征在 于，所述步驟5中：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立方法如下： 小波變換的細(xì)節(jié)能量特征值和不同顏色的光譜強(qiáng)度積分值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入 值，運(yùn)用MATLAB軟件建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從輸入層到隱含層和隱含層到輸出層 之間的傳遞函數(shù)分別采用logsig和tansig函數(shù)，訓(xùn)練函數(shù)采用traingd函數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的基于電弧光譜信號的故障電弧檢測方法，其特征在 于，所述步驟6中：根據(jù)BP網(wǎng)絡(luò)的輸出值判斷是否發(fā)生電弧故障，具體為：多次獲取的光譜 信息、訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出值為0時指無電弧故障，輸出值為1時發(fā)生電弧故 障。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于電弧光譜信號的故障電弧檢測方法，包括以下步驟：光譜采集器按設(shè)定的時間和次數(shù)采集光譜信號包括光的波長和強(qiáng)度，同時采集電流信號，并記錄光譜信號和電流信號，對光譜信號進(jìn)行歸一化處理，然后計算小波變換細(xì)節(jié)信息作為特征值，同時對光譜信號按不同波段積分，小波變換的特征值和光譜信號不同波段的光譜強(qiáng)度積分值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)路的輸出判斷是否存在故障電弧。本發(fā)明具有適用性廣、安全性高、直接反應(yīng)電接觸開關(guān)使用情況，能準(zhǔn)確判斷故障電弧。
【IPC分類】G01R31-00
【公開號】CN104569684
【申請?zhí)枴緾N201510018307
【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