一种故障电弧的检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种电弧检测技术，具体地说，基于电路电流特征及模型的故障电弧 检测方法。
【背景技术】
[0002] 故障电弧是一种可W用数学统计方法描述的随机物理现象，也被称之为"气体电 离"。故障电弧产生的压力、福射、电弧效应可能会造成设备的严重损害，同时高温、高压气 体应电弧效应产生巧热的会引发火灾。因此故障电弧研究尤其是故障电弧检测方法研究显 得尤为重要。
[0003] 目前市场上已有的电子式电弧故障断路器（AFCI)需要储存所有的电器特征（瑞 萨科技，AFCI检测原理），W判断是否为故障电弧。电路负载状况千差万别，统计所有电器 状况很难做到，而且存储信息庞大。
[0004] 中国专利申请号；201210119783.6的发明，该发明提供了一种低压电弧故障检测 方法，通过电流传感器采集回路中的电流信号，通过滤波器电路获得基频及高频两路模拟 信号，通过积分电路、中断触发和定时器实现对工频周期基频及高频两路模拟信号的累积 计算，进而求得高次谐波占有率。本发明通过实时监测线路电流高次谐波占有率的变化特 征及对高次谐波占有率超限次数统计来判断是否产生电弧故障，通过判断电弧故障所引发 的高次谐波占有率变化是否具有周期性及发生频率来区别一些特殊电器负载及正常的开 关动作产生的正常电弧与故障电弧，可实时检测电弧故障发生，不受安装位置限制，并能很 好避免由正常分、合电路时产生的操作电弧及开关电源、吸尘器等负载的干扰而发生的误 动作，可靠性更高。该方法通过硬件电路对高频信号和低频信号做分离，容易产生新的噪声 污染，从而引起判断不准确，发生误警报。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术中的缺陷，本发明提出一种基于电路电流特征及模型的故障电 弧检测方法，该方法通过对电流信号的分析，建立电路信号的数学模型，根据数学模型及实 际测量判断是否发生电弧故障。
[0006] 为实现上述的目的，本发明采用的技术方案是；采集电流信号，对电流信号进行谐 波分析，计算高次谐波含有率。通过对主电路（被检测电路）的开关开断前后设定时间内 的信号采集，得到该段时刻的高次谐波含有率，即得到该电路的高次谐波含有率的关于时 间的数学模型；计算电路断开时刻的高次谐波含有率变化情况，与实际电路的高次谐波含 有率变化情况相比较，若实际情况的高次谐波含有率高出理论情况次数大于口限值（该时 段内电流信号的周期数），则认为发生故障电弧。
[0007] 一种故障电弧检测方法，包括W下步骤：
[000引步骤1 ;设定电弧发生器的触头开断次数G。通过电流传感器采集触头断开前后的 电流信号，记录断开前后设定时间内的电流信号。
[0009] 步骤2;判断电流采集次数是否达到步骤1的设定次数G，若达到，则开始执行步骤 3,否则继续步骤1。
[0010] 步骤3 ;计算设定时间内每个周期的高次谐波电流含有率，得到其在触头断开前 后的变化关系。
[ocm] 步骤4 ;计算G次高次谐波含有率在触头断开前后的变换关系的加权平均值作为 触头正常的典型值。
[0012] 步骤5 ;继续采集下一次触头断开前后的设定时间内的电流信号，计算高次谐波 含有率。与步骤4的典型值相比较，若高次谐波含有率高于或等于典型值15%，则计数1 次，当计数次数达到口限值（该时段内电流信号的周期数）时，则判断发生电弧故障。
[001引优选的，步骤1、3、5中，所述设定时间内是指100ms内。
[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0015] 本发明能够实现实时在线检测，即便电路中负载状况千差万别，该方法均可检测， 避免了判断电路性质的复杂过程，而且本发明通过程序来计算高次谐波占有率，减少噪声 可能引进的环节，从而减少误判的可能性。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明一较优实施例的流程图；
[0017] 图2为本发明一较优实施例的原理示意图。
【具体实施方式】
[0018] W下对本发明的技术方案作进一步的说明，W下的说明仅为理解本发明技术方案 之用，不用于限定本发明的范围，本发明的保护范围W权利要求书为准。
[0019] 如图1所示，为本发明一优选实施例的方法流程图；通过电流传感器（比如霍尔电 流传感器等）采集电流信号，对电流信号进行谐波分析，计算高次谐波含有率，通过对被检 测电路的开关断开后一定时间内（比如100ms内，也可W根据需要设定其他时间））的信号 采集，得到该段时刻的高次谐波含有率，即得到该电路的高次谐波含有率的关于时间的数 学模型，计算电路断开时刻的高次谐波含有率变化情况，与实际电路的高次谐波含有率变 化情况相比较，若实际情况的高次谐波含有率高出理论情况次数大于口限值，则认为发生 故障电弧。
[0020] 如图2所示，为本发明一较优实施例的原理示意图，实验装置简易图参照附图2， 通过MCU给出的数字信号控制装置的触头分断，采用霍尔电流传感器采集分段前后100ms 时间的电流信号，对电流信号做数据预处理，并把数据传送回MCU，对数据进行高次谐波计 算，并按照图2中的流程图，当出现故障电弧时，发出故障警告。
[0021] 具体的，本实施例具体实施步骤如下：
[0022] 步骤1 ;设定电弧发生器的触头开断次数G，通过电流传感器采集触头断开前的电 流信号，记录断开前后共100ms的电流信号。
[0023] 步骤2;判断电流采集次数是否达到步骤1的设定次数G，若达到，则开始执行步骤 3,否则继续步骤1。
[0024] 步骤3 ;计算100ms内每个周期的高次谐波电流含有率，得到其在触头断开前后的 变化关系。
[0025] 步骤4 ;计算G次高次谐波含有率在触头断开前后的变换关系的加权平均值作为 触头正常的典型值。
[0026] 步骤5 ;继续采集下一次触头断开前后共100ms内的电流信号，计算高次谐波含有 率。与步骤4的典型值相比较，若高次谐波含有率高于典型值15%，则计数1次，当计数次 数达到口限值（该时段内电流信号的周期数）时，则判断发生电弧故障。
[0027] 上述步骤1 ;连续采集电弧发生器电流信号，记录断开触头开关信号时刻，并记录 该信号前后共100ms的电流信号。
[002引上述步骤3 ;所述的计算设定时间内每个周期的高次谐波含有率，其步骤如下：
[0029]
【主权项】
1. 一种故障电弧的检测方法，其特征在于：采集电流信号，对电流信号进行谐波分析， 计算高次谐波含有率；通过对被检测电路的开关开断前后设定时间内的信号采集，得到该 段时刻的高次谐波含有率，即得到该电路的高次谐波含有率的关于时间的数学模型；计算 电路断开时刻的高次谐波含有率变化情况，与实际电路的高次谐波含有率变化情况相比 较，若实际情况的高次谐波含有率高出理论情况次数大于门限值，则认为发生故障电弧。
2. 如权利要求1所述的一种故障电弧的检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步 骤： 步骤1 :设定电弧发生器的触头开断次数G，通过电流传感器采集触头断开前后的电流 信号，记录断开前后设定时间内的电流信号； 步骤2 :判断电流采集次数是否达到步骤1的设定次数G，若达到，则开始执行步骤3， 否则继续步骤1 ; 步骤3 :计算设定时间内每个周期的高次谐波电流含有率，得到高次谐波电流含有率 在触头断开如后的变化关系； 步骤4 :计算G次高次谐波含有率在触头断开前后的变换关系的加权平均值作为触头 正常的典型值； 步骤5 :继续采集下一次触头断开前后的设定时间内的电流信号，计算高次谐波含有 率；与步骤4的典型值相比较，若高次谐波含有率高于典型值15%，则计数1次，当计数次 数达到门限值时，则判断发生电弧故障，所述门限值即该时段内电流信号的周期数。
3. 如权利要求1或2所述的一种故障电弧的检测方法，其特征在于，步骤1、3、5中，所 述设定时间内是指l〇〇ms内。
4. 如权利要求2所述的一种故障电弧的检测方法，其特征在于，步骤1 :连续采集电弧 发生器电流信号，记录断开触头开关信号时刻，并记录该信号前后共100ms的电流信号。
5. 如权利要求2所述的一种故障电弧的检测方法，其特征在于，步骤3 :所述的计算设 定时间内每个周期的高次谐波含有率，其步骤如下：
j为虚数，N为每个周期的采样次数，X(K)指K次谐波分量的大小；K取值1到20 ; 然后计算各次谐波分量的幅值及高次谐波含有率：
Ck指K次谐波分量的幅值，HR为高次谐波含有率，i取值2到20。
6. 如权利要求2所述的一种故障电弧的检测方法，其特征在于，步骤4中：计算G次 高次谐波含有率在触头断开前后的变换关系的加权平均值作为触头正常的典型值，具体如 下：
Wi指加权系数，所有加权系数之和为l，Wi的取值必须遵循从小到大原则；HRi指第i次 的高次谐波含有率； M指高次谐波含有率的加权平均值。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种故障电弧的检测方法，其特征在于，所述方法中： 每新一次检测一个断路与原高次谐波含有率的典型值比较判断，若判断为故障电弧，则发 出警报，否则，将新的K?值加入高次谐波含有率的典型值计算，去掉原先的第1次的高次谐 波含有率HRi，重新计算高次谐波含有率的典型值。
【专利摘要】本发明公开一种故障电弧的检测方法，包括以下步骤：采集电流信号，对电流信号进行谐波分析，计算高次谐波含有率，通过对该电路的开关断开前后设定时间内的信号采集，得到该段时刻的高次谐波含有率，即得到该电路的高次谐波含有率的关于时间的数学模型，计算电路断开时刻的高次谐波含有率变化情况，与实际电路的高次谐波含有率变化情况相比较，若实际情况的高次谐波含有率高出理论情况次数大于门限值，则认为发生故障电弧。本发明优点在于通过对电路的分析，得到唯一的针对该电路的模型，无需提前分析。
【IPC分类】G01R31-00
【公开号】CN104569683
【申请号】CN201510018293
【发明人】陈乐生, 叶连慧
【申请人】上海和伍新材料科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月14日