一種故障電弧檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種故障電弧檢測裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展W及電氣化程度不斷提高，用電量也在不斷的增加。電 氣火災事件的發(fā)生越來越頻繁，給人身及財產(chǎn)造成巨大的損失。電弧故障是近些年被意識 到的一種導致電氣火災的原因，在發(fā)生故障電弧時，故障點具有很高的溫度，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，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，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)的保護裝置不能有效預防故障電弧引起的電氣火災。 因此，開發(fā)一種預防電弧故障引發(fā)火災的裝置和方法尤為重要。
[0004] 現(xiàn)有技術中，一種方法是通過對電流波形信號進行采集，利用小波變換分解信號 的離散小波系數(shù)，計算小波系數(shù)的和，并與闊值進行比較，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及負載正常工作時本身具有較大諧波含量，在進行故障識別時， 闊值難于選取，并且，計算過程較為復雜，成本高。
[0005] 另一種方法是利用電流波形的特征進行識別，如電流的過零點長度，電流周波有 效值變化等。但是，由于負載的多樣性，不同負載的電流波形差異較大，并且某些特征與正 常工作負載類似，因此，在靈敏度和誤動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線和工頻電流 波形至微處理器，通過微處理器處理進行故障電弧識別，當微處理器判斷為故障電弧時，聲 光報警電路將產(chǎn)生聲光報警，并將報警狀態(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正弦波的一個半波為單位，采集被保護線路的電流信號，并對所述電流 信號進行處理，分離得到高頻信號的包絡線和工頻電流波形；
[0010] 第二步，將固定時間移動窗移動一位用于保存采集的電流信號的判斷結果；
[0011] 第Ξ步，計算所述半波內(nèi)工頻電流波形數(shù)據(jù)的有效值，并保存至固定時間移動窗 中當前所指位置，判斷所述半波內(nèi)高頻信號的包絡線的最大值Max化lue和所述半波所有高 頻信號的包絡線采樣點數(shù)值的累加值AddValue是否都大于相應的闊值，如果都大于相應的 闊值，進一步判斷高頻信號的包絡線是否為遞增-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，在固定時間移動窗中寫入1，反之，寫入0;
[0012] 第四步，統(tǒng)計固定時間移動窗內(nèi)電弧的總數(shù)，如果統(tǒng)計固定時間移動窗內(nèi)的電弧 總數(shù)超過所設定的闊值，初步判斷為故障，進一步的確認工頻電流值發(fā)生變化時是否為與 檢測到的故障電弧發(fā)生的時刻一致，若一致，則判斷為故障電弧。
【附圖說明】
[0013] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0014] 圖1為本發(fā)明實施例故障電弧檢測裝置硬件電路系統(tǒng)示意圖。
[0015] 圖2為正常工作時的波形分離得到的工頻電流波形。
[0016] 圖3為正常工作時的波形分離得到的高頻信號波形。
[0017] 圖4為發(fā)生電弧時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)明實施例的電弧故障檢測方法的固定時間移動窗。
[0020] 圖7為本發(fā)明實施例電弧故障檢測主程序示意圖。
[0021 ]圖8為本發(fā)明實施例電弧故障檢測微處理器電弧判斷程序示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 為了更好的理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖詳細描述本發(fā)明提供的實施 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，實現(xiàn)主 機與檢測裝置的通訊。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 處理器及運放等集成電路供電。
[0025] 羅氏線圈檢測被保護線路的電流信號，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行分離，輸出高頻信號的包絡線和工頻(50Hz)電流波形。其中 信號處理電路包括高通濾波電路、高頻運算放大電路、檢波電路、低通濾波電路、和差分運 算放大電路。
[0026] 信號處理電路輸出的高頻信號的包絡線和工頻電流波形，通過微處理器處理進行 故障電弧識別。進一步，為了避免發(fā)生不必要的誤判，當判斷為故障電弧時，確認工頻電流 發(fā)生變化的時間是否與高頻信號發(fā)生的時間一致。若一致，則聲光報警電路將產(chǎn)生聲光報 警，并將報警狀態(tài)通過P0WERBUS二總線電路上傳。
[0027] 故障電弧檢測裝置含有復位、消音和測試按鍵，其中復位按鍵用于在報警后消除 報警狀態(tài)。消音按鍵用于故障電弧發(fā)生時，關閉聲音報警，保存光報警。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 進行故障報警，則表明該檢測裝置正常。該功能用于在安裝時或者定期測試故障電弧檢測 裝置是否正常運行。
[0028] W下W阻性負載舉例說明，正常工作和發(fā)生故障電弧時的電流波形和對應的高頻 信號。圖2為阻性負載正常工作時，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為阻性負載正常工作時，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，阻性負載在正常工作時，電流波形信號為正弦波波形，沒有明顯的高頻信 號。圖4為阻性負載發(fā)生電弧時，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 為阻性負載發(fā)生電弧時，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，有明顯的高頻信號，并且高頻信號的輪廓為馬鞍型。同時，高 頻信號的分布與電流的周期性一致。高頻在電流過零點附近最大，隨著電流逐漸上升高頻 幅值減小。當電流幅值下降時，高頻信號幅值逐漸上升，至電流過零點達到最大值。因此，高 頻信號作為判別故障電弧的一個主要依據(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，其程序運行流程如下：
[0030] 所述的固定時間移動窗如圖6所示。該固定時