一種故障電弧檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種故障電弧檢測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展W及電氣化程度不斷提高，用電量也在不斷的增加。電 氣火災(zāi)事件的發(fā)生越來越頻繁，給人身及財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失。電弧故障是近些年被意識 到的一種導(dǎo)致電氣火災(zāi)的原因，在發(fā)生故障電弧時(shí)，故障點(diǎn)具有很高的溫度，能夠迅速引燃 周圍的可燃物。
[0003] 故障電弧可分為兩大類，一是串聯(lián)電弧，二是并聯(lián)電弧。串聯(lián)電弧發(fā)生時(shí)，具有較 小的電流，一般低于額定工作電流。并聯(lián)電弧發(fā)生時(shí)，由于受線路阻抗和電弧阻抗的影響， 其電流大小小于短路電流。因此，傳統(tǒng)的保護(hù)裝置不能有效預(yù)防故障電弧引起的電氣火災(zāi)。 因此，開發(fā)一種預(yù)防電弧故障引發(fā)火災(zāi)的裝置和方法尤為重要。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，一種方法是通過對電流波形信號進(jìn)行采集，利用小波變換分解信號 的離散小波系數(shù)，計(jì)算小波系數(shù)的和，并與闊值進(jìn)行比較，如果大于闊值，則判定為并聯(lián)電 弧。但是，配電系統(tǒng)電源W及負(fù)載正常工作時(shí)本身具有較大諧波含量，在進(jìn)行故障識別時(shí)， 闊值難于選取，并且，計(jì)算過程較為復(fù)雜，成本高。
[0005] 另一種方法是利用電流波形的特征進(jìn)行識別，如電流的過零點(diǎn)長度，電流周波有 效值變化等。但是，由于負(fù)載的多樣性，不同負(fù)載的電流波形差異較大，并且某些特征與正 常工作負(fù)載類似，因此，在靈敏度和誤動(dòng)作上具有一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為克服上述缺陷，本發(fā)明提出了一種故障電弧檢測裝置及方法。
[0007] 該種故障電弧檢測裝置，包括二總線電路、羅氏線圈、采樣電阻、信號處理電路、微 處理器、測試電路，聲光報(bào)警電路和按鍵;其中二總線電路為所述裝置提供供電電源，羅氏 線圈檢測被保護(hù)線路的電流信號，并通過采樣電阻將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，信號處理 電路將所述電壓信號分離出高頻信號和工頻信號，最后輸出高頻信號的包絡(luò)線和工頻電流 波形至微處理器，通過微處理器處理進(jìn)行故障電弧識別，當(dāng)微處理器判斷為故障電弧時(shí)，聲 光報(bào)警電路將產(chǎn)生聲光報(bào)警，并將報(bào)警狀態(tài)通過二總線電路上傳，并且按鍵和微處理器連 接，測試電路連接在羅氏線圈和微處理器之間。
[000引一種故障電弧檢測方法，主要包括如下步驟：
[0009] 第一步，W正弦波的一個(gè)半波為單位，采集被保護(hù)線路的電流信號，并對所述電流 信號進(jìn)行處理，分離得到高頻信號的包絡(luò)線和工頻電流波形；
[0010] 第二步，將固定時(shí)間移動(dòng)窗移動(dòng)一位用于保存采集的電流信號的判斷結(jié)果；
[0011] 第Ξ步，計(jì)算所述半波內(nèi)工頻電流波形數(shù)據(jù)的有效值，并保存至固定時(shí)間移動(dòng)窗 中當(dāng)前所指位置，判斷所述半波內(nèi)高頻信號的包絡(luò)線的最大值Max化lue和所述半波所有高 頻信號的包絡(luò)線采樣點(diǎn)數(shù)值的累加值A(chǔ)ddValue是否都大于相應(yīng)的闊值，如果都大于相應(yīng)的 闊值，進(jìn)一步判斷高頻信號的包絡(luò)線是否為遞增-遞減-遞增-遞減的變化，若符合該特征， 則判斷在所述半波中存在電弧，在固定時(shí)間移動(dòng)窗中寫入1，反之，寫入0;
[0012] 第四步，統(tǒng)計(jì)固定時(shí)間移動(dòng)窗內(nèi)電弧的總數(shù)，如果統(tǒng)計(jì)固定時(shí)間移動(dòng)窗內(nèi)的電弧 總數(shù)超過所設(shè)定的闊值，初步判斷為故障，進(jìn)一步的確認(rèn)工頻電流值發(fā)生變化時(shí)是否為與 檢測到的故障電弧發(fā)生的時(shí)刻一致，若一致，則判斷為故障電弧。
【附圖說明】
[0013] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0014] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例故障電弧檢測裝置硬件電路系統(tǒng)示意圖。
[0015] 圖2為正常工作時(shí)的波形分離得到的工頻電流波形。
[0016] 圖3為正常工作時(shí)的波形分離得到的高頻信號波形。
[0017] 圖4為發(fā)生電弧時(shí)的波形信號分離得到的工頻電流波形。
[0018] 圖5為發(fā)生電弧時(shí)的波形信號分離得到的高頻信號波形。
[0019] 圖6為用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電弧故障檢測方法的固定時(shí)間移動(dòng)窗。
[0020] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例電弧故障檢測主程序示意圖。
[0021 ]圖8為本發(fā)明實(shí)施例電弧故障檢測微處理器電弧判斷程序示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為了更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明提供的實(shí)施 例。
[0023] -種低壓電弧故障檢測裝置，包括二總線電路、羅氏線圈、采樣電阻、信號處理電 路、測試電路、微處理器、聲光報(bào)警電路和按鍵。所述二總線電路可W是P0WERBUS二總線電 路。
[0024] P0WERBUS二總線電路包括了通訊電路W及DC-DC電路。其中，通訊電路用于提取 P0WERBUS二總線中的通訊信號，轉(zhuǎn)換為RS232接口信號并與微處理器的串行口相接，實(shí)現(xiàn)主 機(jī)與檢測裝置的通訊。P0WERBUS二總線的總線電壓為36V，通過DC-DC電路轉(zhuǎn)換成3.3V為微 處理器及運(yùn)放等集成電路供電。
[0025] 羅氏線圈檢測被保護(hù)線路的電流信號，并通過采樣電阻將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信 號。通過信號處理電路對其進(jìn)行分離，輸出高頻信號的包絡(luò)線和工頻(50Hz)電流波形。其中 信號處理電路包括高通濾波電路、高頻運(yùn)算放大電路、檢波電路、低通濾波電路、和差分運(yùn) 算放大電路。
[0026] 信號處理電路輸出的高頻信號的包絡(luò)線和工頻電流波形，通過微處理器處理進(jìn)行 故障電弧識別。進(jìn)一步，為了避免發(fā)生不必要的誤判，當(dāng)判斷為故障電弧時(shí)，確認(rèn)工頻電流 發(fā)生變化的時(shí)間是否與高頻信號發(fā)生的時(shí)間一致。若一致，則聲光報(bào)警電路將產(chǎn)生聲光報(bào) 警，并將報(bào)警狀態(tài)通過P0WERBUS二總線電路上傳。
[0027] 故障電弧檢測裝置含有復(fù)位、消音和測試按鍵，其中復(fù)位按鍵用于在報(bào)警后消除 報(bào)警狀態(tài)。消音按鍵用于故障電弧發(fā)生時(shí)，關(guān)閉聲音報(bào)警，保存光報(bào)警。測試按鍵，用于發(fā)出 模擬電弧故障信號，該信號通過測試電路禪合到羅氏線圈，羅氏線圈輸出的信號經(jīng)過所述 的信號處理電路，最終輸入至微處理器采集端口，微處理器采集到模擬電弧故障信號，能夠 進(jìn)行故障報(bào)警，則表明該檢測裝置正常。該功能用于在安裝時(shí)或者定期測試故障電弧檢測 裝置是否正常運(yùn)行。
[0028] W下W阻性負(fù)載舉例說明，正常工作和發(fā)生故障電弧時(shí)的電流波形和對應(yīng)的高頻 信號。圖2為阻性負(fù)載正常工作時(shí)，羅氏線圈輸出信號經(jīng)過低通濾波電路得到的工頻信號。 圖3為阻性負(fù)載正常工作時(shí)，羅氏線圈輸出信號經(jīng)過高通濾波電路后得到的高頻信號。從圖 2和圖3可W看出，阻性負(fù)載在正常工作時(shí)，電流波形信號為正弦波波形，沒有明顯的高頻信 號。圖4為阻性負(fù)載發(fā)生電弧時(shí)，羅氏線圈輸出信號經(jīng)過低通濾波電路得到的工頻信號。圖5 為阻性負(fù)載發(fā)生電弧時(shí)，羅氏線圈輸出信號經(jīng)過高通濾波電路后得到的高頻信號。從圖4和 圖5可W看出，在發(fā)生電弧時(shí)，有明顯的高頻信號，并且高頻信號的輪廓為馬鞍型。同時(shí)，高 頻信號的分布與電流的周期性一致。高頻在電流過零點(diǎn)附近最大，隨著電流逐漸上升高頻 幅值減小。當(dāng)電流幅值下降時(shí)，高頻信號幅值逐漸上升，至電流過零點(diǎn)達(dá)到最大值。因此，高 頻信號作為判別故障電弧的一個(gè)主要依據(jù)，將高頻信號的馬鞍形分布的高頻信號作為故障 電弧識別的主要特征。
[0029] 參照圖6-8所示，提供一種故障電弧檢測方法。所述的電弧故障檢測算法程序包括 主程序、電弧故障檢測程序兩部分，其程序運(yùn)行流程如下：
[0030] 所述的固定時(shí)間移動(dòng)窗如圖6所示。該固定時(shí)