一种故障电弧探测方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种故障电弧探测方法及装置，属于电气火灾领域。在本发明中，首先获取待测信号的实时频率，再根据实时频率获取多个周波的采样点数据；然后当待测信号的采样波形存在平肩部时，根据采样点数据获取多个多次谐波的含量；根据多个多次谐波的含量获取总谐波的含量；当多次谐波中三次谐波的含量处于第一预设区间时，或者总谐波的含量处于第二预设区间且正负周波的幅值比大于预设比例时，判定发生半周波故障；最后当预设时间内半周波故障的次数大于预设次数时，判定产生了故障电弧。本发明通过所述故障电弧探测方法及装置，准确识别了故障电弧，避免了误报警。
【专利说明】
一种故障电弧探测方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及电气火灾领域，特别涉及一种故障电弧探测方法及装置。
【背景技术】
[0002] 故障电弧是一种气体游离放电现象，也是一种等离子体。电弧中的电流从微观上 看是电子及正离子在电场作用下移动的结果，其中电子的移动构成电流的主要部分。电弧 的特点是温度很高，电流很小，故障电弧类型续时间短，一旦出现击穿点则会频繁出现。电 弧产生时，会释放大量的热，有可能引燃周围的易燃易爆品，造成火灾甚至爆炸。故障电弧 的最主要危害是引发火灾，当故障电弧产生时，其中心温度高达3000°C~4000°C，并且伴 有金属熔化物喷溅出来。故障电弧产生的高温高热，极易引燃线路绝缘层导致线路起火，如 果在故障点附近存在有可燃物时，也极易引燃可燃物而导致火灾的发生。
[0003] 中国2005至2009年电弧故障导致的火灾占总电气火灾的51 %，直接经济损失占 总火灾的36%。串联故障电弧的电流值小于回路额定电流，并联故障电弧的电流值可能大 于额定电流，而家用电器的启动涌流大于额定电流。
[0004] 故障电弧广泛导致各类火灾事故发生，目前的检测装置很难准确定位，误报警很 多。且事后很难提供可供分析的数据，难以对故障原因进行进一步的分析并对防护措施进 行提尚改进。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种故障电弧探测方法及装置，旨在解决现有技术中很难准确识别 故障电弧和误报警多的问题。
[0006] -方面，本发明提供了一种故障电弧探测方法，所述方法包括：
[0007] a.获取待测信号的实时频率；
[0008] b.根据所述实时频率获取所述待测信号的多个周波的采样点数据；
[0009] c.判断所述待测信号的采样波形是否存在平肩部，若是，则执行步骤d ;
[0010] d.根据所述采样点数据获取多个多次谐波的含量；
[0011] e.判断所述多次谐波中的三次谐波的含量是否处于第一预设区间，若是，则执行 步骤i，若否，则执行步骤f;
[0012] f.根据所述多个多次谐波的含量获取总谐波的含量；
[0013] g.判断所述总谐波的含量是否处于第二预设区间，若是，则执行步骤h ;
[0014] h.判断正负周波的幅值比是否大于预设比例，若是，则执行步骤i ;
[0015] i.判定发生半周波故障；
[0016] j.判断预设时间内所述半周波故障的次数是否大于预设次数，若是，则执行步骤 k ；
[0017] k.判定产生了故障电弧。
[0018] 第二方面，本发明提供了一种故障电弧探测装置，所述装置包括：
[0019] 实时频率获取模块，用于获取待测信号的实时频率；
[0020] 采样点数据获取模块，用于根据所述实时频率获取所述待测信号的多个周波的采 样点数据；
[0021] 平肩部判断模块，用于判断所述待测信号的采样波形是否存在平肩部；
[0022] 多次谐波含量获取模块，用于根据所述采样点数据获取多个多次谐波的含量；
[0023] 第一预设区间判断模块，用于判断所述多次谐波中的三次谐波的含量是否处于第 一预设区间；
[0024] 总谐波含量获取模块，用于根据所述多个多次谐波的含量获取总谐波的含量；
[0025] 第二预设区间判断模块，用于判断所述总谐波的含量是否处于第二预设区间；
[0026] 幅值判断模块，用于判断正负周波的幅值比是否大于预设比例；
[0027] 半周波故障判定模块，用于判定发生半周波故障；
[0028] 次数判断模块，用于判断预设时间内所述半周波故障的次数是否大于预设次数；
[0029] 故障电弧判定模块，用于判定产生了故障电弧。
[0030] 在本发明中，由于首先获取待测信号的实时频率，再根据实时频率获取多个周波 的采样点数据；然后当待测信号的采样波形存在平肩部时，根据采样点数据获取多个多次 谐波的含量；根据多个多次谐波的含量获取总谐波的含量；当多次谐波中三次谐波的含量 处于第一预设区间时，或者总谐波的含量处于第二预设区间且正负周波的幅值比大于预设 比例时，判定发生半周波故障；最后当预设时间内半周波故障的次数大于预设次数时，判定 产生了故障电弧；因此准确识别了故障电弧，避免了误报警。
【附图说明】
[0031] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。
[0032] 图1为本发明实施例一提供的故障电弧探测方法一种流程图；
[0033] 图2为本发明实施例一提供的故障电弧探测方法另一种流程图；
[0034] 图3为本发明实施例二提供的故障电弧探测装置一种结构示意图；
[0035] 图4为本发明实施例二提供的故障电弧探测装置另一种结构示意图；
[0036] 图5为本发明实施例二提供的故障电弧探测装置实时频率获取模块结构示意图。
【具体实施方式】
[0037] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0038] 实施例一:
[0039] 本发明实施例一提供了一种故障电弧探测方法，参见图1，故障电弧探测方法包括 以下步骤：
[0040] 101.获取待测信号的实时频率。
[0041] 具体实施中，当系统开机时可直接使用工频频率作为实时频率，而当系统开机预 定时间后步骤101可以包括：
[0042] 实际应用中，一个周波理论采样点数取值大于等于128,此时记录波形数据的分辨 率可达到0. 16ms。分辨率至少要在0. 42ms以上，才可探测到故障电弧。
[0043] A.根据一个周波理论采样点数对待测信号进行多个周波的采样。
[0044] B.获取多个周波实际采样点数和周波数。
[0045] C.获取多个周波中的第一个周波过零点和最后一个周波过零点的时间差。
[0046] D.根据一个周波理论采样点数、多个周波实际采样点数、周波数以及时间差获取 待测信号的实时频率。
[0047] 步骤D可以具体为：
[0048] 根据以下算式计算待测信号的实时频率：
[0049] 其中，Freq为实时频率，η为多个周波实际采样点数，m为一个周波理论采样点数， a为多个周波的周波数，insert为时间差。
[0050] 例如，当一个周波理论采样点数为128,多个周波实际采样点数为544,多个周波 的周波数为4,时间差为0时，可以根据上述算式获取到实时频率为53. 125Hz。
[0051] 步骤D的有益效果为：通过软件测量频率，确保步骤105进行谐波含量获取的时间 窗是正确的，保证了快速傅里叶算法的准确性，防止了频谱泄露；同时减少了布板的空间， 节约了硬件成本。
[0052] 102.根据实时频率获取待测信号的多个周波的采样点数据。
[0053] 103.判断待测信号的采样波形是否存在平肩部，若是，则执行步骤104。
[0054] 具体实施中，判断待测信号的采样波形是否存在平肩部可以具体为：判断一段时 间内每个点之间的斜率是否小于一个斜率阈值。时间段可以选择为3至5ms。
[0055] 104.根据采样点数据获取多个多次谐波的含量。
[0056] 具体实施中，多次可以为2至63次。
[0057] 具体实施中，步骤104可以具体为：
[0058] 对采样点数据进行多次快速傅里叶计算以获取多个多次谐波的含量。
[0059] 快速傅里叶计算（fast Fourier transform)，即利用计算机计算离散傅里叶变换 (DFT)的高效、快速计算方法的统称，简称FFT。
[0060] 105.判断多次谐波中的三次谐波的含量是否处于第一预设区间，若是，则执行步 骤109,若否，则执行步骤106。
[0061] 具体实施中，第一预设区间可以为14%至20%。
[0062] 106.根据多个多次谐波的含量获取总谐波的含量。
[0063] 107.判断总谐波的含量是否处于第二预设区间，若是，则执行步骤109。
[0064] 具体实施中，第二预设区间可以为10%至14%或20%至25%。
[0065] 108.判断正负周波的幅值比是否大于预设比例，若是，则执行步骤109。
[0066] 具体实施中，预设比例可以为1. 2。
[0067] 109.判定发生半周波故障。
[0068] 110.判断预设时间内半周波故障的次数是否大于预设次数，若是，则执行步骤 111〇
[0069] 具体实施中，预设次数可以为14次。
[0070] 111.判定产生了故障电弧。
[0071] 具体实施中，当预设时间内半周波故障的次数小于9次时，可以认为没有发生故 障电弧，但是有放电现象产生，会记录事件，用户可以通过装置面板和通信查询；当预设时 间内半周波故障的次数在9至14次之间时，作为一个内部事件保留，只开放给研发人员做 分析使用；当预设时间内半周波故障的次数大于14次时，可以通知报警和动作机构执行下 一步的动作，并为记录波形数据进行准备。
[0072] 可选的，如图2所示，在步骤111之后还包括步骤112。
[0073] 112.记录故障电弧发生前后的多个周波的波形数据。
[0074] 通过步骤112进行故障录波，即在系统发生故障（如线路短路、接地等，以及系统 过电压、负荷不平衡等）时，自动地、准确地记录系统故障前、后过程的各种电气量（主要数 字量，比如开关状态变化，模拟量，主要是电压、电流数值）的变化情况，通过这些电气量的 分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高系统安全运行水平的作用。
[0075] 具体实施中，可以记录故障电弧发生前的5个周波的波形数据和故障电弧发生后 的50个周波的波形数据。
[0076] 步骤112的有益效果为：通过记录故障电弧发生前后的多个周波的波形数据以比 较标准故障电弧波形和实际采集波形，能够进一步获得电流畸变的信息。
[0077] 本实施例通过首先获取待测信号的实时频率，再根据实时频率获取多个周波的采 样点数据；然后当待测信号的采样波形存在平肩部时，根据采样点数据获取多个多次谐波 的含量；根据多个多次谐波的含量获取总谐波的含量；当多次谐波中三次谐波的含量处于 第一预设区间时，或者总谐波的含量处于第二预设区间且正负周波的幅值比大于预设比例 时，判定发生半周波故障；最后当预设时间内半周波故障的次数大于预设次数时，判定产生 了故障电弧；因此准确识别了故障电弧，避免了误报警。
[0078] 实施例二:
[0079] 本发明实施例二提供了一种故障电弧探测装置，如图3所示，故障电弧探测装置 30包括实时频率获取模块310、采样点数据获取模块320、平肩部判断模块330、多次谐波含 量获取模块340、第一预设区间判断模块350、总谐波含量获取模块360、第二预设区间判断 模块370、幅值判断模块380、半周波故障判定模块390、次数判断模块3100以及故障电弧判 定模块3110。
[0080] 实时频率获取模块310,用于获取待测信号的实时频率；
[0081] 采样点数据获取模块320,用于根据实时频率获取待测信号的多个周波的采样点 数据；
[0082] 平肩部判断模块330,用于判断待测信号的采样波形是否存在平肩部；
[0083] 多次谐波含量获取模块340,用于根据采样点数据获取多个多次谐波的含量；
[0084] 具体实施中，多次谐波含量获取模块根据一个周波的采样点数据获取多个多次谐 波的含量的过程具体为：
[0085] 对采样点数据进行多次快速傅里叶计算以获取多个多次谐波的含量。
[0086] 第一预设区间判断模块350,用于判断多次谐波中的三次谐波的含量是否处于第 一预设区间；
[0087] 总谐波含量获取模块360,用于根据多个多次谐波的含量获取总谐波的含量；
[0088] 第二预设区间判断模块370,用于判断总谐波的含量是否处于第二预设区间；
[0089] 幅值判断模块380,用于判断正负周波的幅值比是否大于预设比例；
[0090] 半周波故障判定模块390,用于判定发生半周波故障；
[0091] 次数判断模块3100,用于判断预设时间内半周波故障的次数是否大于预设次数；
[0092] 故障电弧判定模块3110,用于判定产生了故障电弧。
[0093] 可选的，如图4所示，故障电弧探测装置40还包括故障录波模块3120。
[0094] 故障录波模块3130,用于记录故障电弧发生前后的多个周波的波形数据。
[0095] 其中，如图5所示，实时频率获取模块310包括采样单元311、实际采样点数获取单 元312、时间差获取单元313以及实时频率获取单元314。
[0096] 采样单元311，用于根据一个周波理论采样点数对待测信号进行多个周波的采 样；
[0097] 实际采样点数获取单元312,用于获取多个周波实际采样点数和周波数；
[0098] 时间差获取单元313,用于获取多个周波中的第一个周波过零点和最后一个周波 过零点的时间差；
[0099] 实时频率获取单元314,用于根据一个周波理论采样点数、多个周波实际采样点 数、周波数以及时间差获取待测信号的实时频率。
[0100] 具体实施中，实时频率获取单元314根据一个周波理论采样点数、多个周波实际 采样点数、周波数以及时间差获取待测信号的实时频率的过程具体为：
[0101] 根据以下算式计算待测信号的实时频率：
[0102] 其中，Freq为实时频率，η为多个周波实际采样点数，m为一个周波理论采样点数， a为周波数，insert为时间差。
[0103] 综上所述，本实施例通过首先获取待测信号的实时频率，再根据实时频率获取多 个周波的采样点数据；然后当待测信号的采样波形存在平肩部时，根据采样点数据获取多 个多次谐波的含量；根据多个多次谐波的含量获取总谐波的含量；当多次谐波中三次谐波 的含量处于第一预设区间时，或者总谐波的含量处于第二预设区间且正负周波的幅值比大 于预设比例时，判定发生半周波故障；最后当预设时间内半周波故障的次数大于预设次数 时，判定产生了故障电弧；因此准确识别了故障电弧，避免了误报警。
[0104] 上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0105] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件 来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读 存储介质中，上述提到的存储介质可以是掉电不丢失的可读写存储器，磁盘等。
[0106] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种故障电弧探测方法，其特征在于，所述故障电弧探测方法包括： a. 获取待测信号的实时频率； b. 根据所述实时频率获取所述待测信号的多个周波的采样点数据； c. 判断所述待测信号的采样波形是否存在平肩部，若是，则执行步骤d ; d. 根据所述采样点数据获取多个多次谐波的含量； e. 判断所述多次谐波中的三次谐波的含量是否处于第一预设区间，若是，则执行步骤 i，若否，则执行步骤f; f. 根据所述多个多次谐波的含量获取总谐波的含量； g. 判断所述总谐波的含量是否处于第二预设区间，若是，则执行步骤h ; h. 判断正负周波的幅值比是否大于预设比例，若是，则执行步骤i ; i. 判定发生半周波故障； j. 判断预设时间内所述半周波故障的次数是否大于预设次数，若是，则执行步骤k ; k. 判定产生了故障电弧。2. 根据权利要求1所述的故障电弧探测方法，其特征在于，所述获取待测信号的实时 频率的步骤包括： 根据一个周波理论采样点数对待测信号进行多个周波的采样； 获取多个周波实际采样点数和周波数； 获取所述多个周波中的第一个周波过零点和最后一个周波过零点的时间差； 根据所述一个周波理论采样点数、所述多个周波实际采样点数、所述周波数以及所述 时间差获取所述待测信号的实时频率。3. 根据权利要求2所述的故障电弧探测方法，其特征在于，所述根据所述一个周波理 论采样点数、所述多个周波实际采样点数、所述周波数以及所述时间差获取所述待测信号 的实时频率的步骤具体为： 根据以下算式计算所述待测信号的实时频率 其中，Freq为所述实时频率，η为所述多个周波实际采样点数，m为所述一个周波理论 采样点数，a为所述周波数，insert为所述时间差。4. 根据权利要求1所述的故障电弧探测方法，其特征在于，所述根据所述采样点数据 获取多个多次谐波的含量的步骤具体为： 对所述采样点数据进行多次快速傅里叶变换以获取多个多次谐波的含量。5. 根据权利要求1所述的故障电弧探测方法，其特征在于，所述判定发生故障电弧的 步骤之后还包括： 记录所述故障电弧发生前后的多个周波的波形数据。6. -种故障电弧探测装置，其特征在于，所述故障电弧探测装置包括： 实时频率获取模块，用于获取待测信号的实时频率； 实际采样点数获取模块，用于根据所述实时频率获取所述待测信号的多个周波的采样 点数据； 平肩部判断模块，用于判断所述待测信号的采样波形是否存在平肩部； 多次谐波含量获取模块，用于根据所述采样点数据获取多个多次谐波的含量； 第一预设区间判断模块，用于判断所述多次谐波中的三次谐波的含量是否处于第一预 设区间； 总谐波含量获取模块，用于根据所述多个多次谐波的含量获取总谐波的含量； 第二预设区间判断模块，用于判断所述总谐波的含量是否处于第二预设区间； 幅值判断模块，用于判断正负周波的幅值比是否大于预设比例； 半周波故障判定模块，用于判定发生半周波故障； 次数判断模块，用于判断预设时间内所述半周波故障的次数是否大于预设次数； 故障电弧判定模块，用于判定产生了故障电弧。7. 根据权利要求6所述的故障电弧探测装置，其特征在于，所述实时频率获取模块包 括： 采样单元，用于根据一个周波理论采样点数对待测信号进行多个周波的采样； 实际采样点数获取单元，用于获取多个周波实际采样点数和周波数； 时间差获取单元，用于获取所述多个周波中的第一个周波过零点和最后一个周波过零 点的时间差； 实时频率获取单元，用于根据所述一个周波理论采样点数、所述多个周波实际采样点 数、所述周波数以及所述时间差获取所述待测信号的实时频率。8. 根据权利要求7所述的故障电弧探测装置，其特征在于，所述实时频率获取单元根 据所述一个周波理论采样点数、所述多个周波实际采样点数、所述周波数以及所述时间差 获取所述待测信号的实时频率的过程具体为： 根据以下算式计算所述待测信号的实时频率其中，Freq为所述实时频率，η为所述多个周波实际采样点数，m为所述一个周波理论 采样点数，a为所述周波数，insert为所述时间差。9. 根据权利要求6所述的故障电弧探测装置，其特征在于，所述多次谐波含量获取模 块根据一个周波的所述采样点数据获取多个多次谐波的含量的过程具体为： 对所述采样点数据进行多次快速傅里叶计算以获取多个多次谐波的含量。10. 根据权利要求6所述的故障电弧探测装置，其特征在于，还包括： 故障录波模块，用于记录所述故障电弧发生前后的多个周波的波形数据。
【文档编号】G01R31/12GK105866635SQ201510473620
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年8月5日
【发明人】张荣奎, 熊武辉, 徐世亮, 梁福双, 朱元国
【申请人】深圳市赋安安全系统有限公司