一种综合负载串联电弧故障辨识方法
【专利摘要】本发明公开了一种综合负载串联电弧故障辨识技术。通过电流传感器或电压传感器获取主回路电流及各支路负载端电压特征信息信号并进行固定采样频率的A/D采样，然后对采样信号进行滤波算法滤除信号中的噪声，然后将滤波后的主回路电流信号及各支路负载端电压电弧故障特征信息与预先设定的阈值进行分析比较，判断各支路负载端电压及主回路电流是否可能电弧故障，结合各支路及主回路的电弧故障以及综合并联后特征相对较弱的电弧故障判断结果，确定线路上是否电弧故障，并通过支路电压确定具体支路。本发明不仅能检测单一负载或综合负载下故障特征显著的负载串联电弧故障，而且能检测综合负载下故障特征相对较弱的负载串联电弧故障。
【专利说明】一种综合负载串联电弧故障辨识方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电气线路故障检测领域，特别是一种综合负载串联电弧故障辨识方法。
【背景技术】
[0002]历年来的火灾事故中，电气火灾所占比例始终居于高位，电弧故障是引起电气火灾的重要原因之一。现有的电弧故障检测及识别方法单一，对配电线路非线性负载或电感类负载的电弧故障辨识泛化能力不强，实际应用中易造成故障误判；对综合并联后故障相对较弱的负载支路电弧故障还存在漏判的可靠性不足问题。因此，本专利提出综合负载下串联电弧的辨识技术，旨在消除现有电弧故障检测方法存在的漏判或误判的问题。
[0003]目前，串联电弧故障研究以电弧故障电流检测及其辨识为主。例如:利用故障电弧电流中的“零休”现象、零休后电流上升率突变、正负半波不对称、含有丰富的高频分量等特征或者是根据电弧发生时所产生的物理量来检测故障电弧。但是，非线性负载正常工作电流存在类似电弧故障电流的“零休”现象，电感类负载的启动电流具有上升率大的特点，这些特征与电弧电流过零后上升突变十分相似，采用电弧电流过零后突变特征提取的现有电弧故障电流识别方法，对配电线路非线性负载或电感类负载的电弧故障辨识泛化能力不强，实际应用中易造成故障误判；此外，单独利用电弧故障电流检测法还存在一定的漏判问题，例如:电流互感器放置于主回路，两支路负载并联，此时若一支路负载发生电弧故障，有些负载的故障电流将堙没在主回路的电弧故障检测中或被作为噪声干扰信号加以滤除，造成设置在主回路的电弧故障电流检测无法有效地辨识出该支路的电弧故障。因此，现有的电弧故障检测方法均未能有效处理综合并联后故障特征相对较弱的负载情况，然而，在配电线路中不同负载并联后有些负载故障特征相对较弱的现象十分普遍，不解决此种情况则火灾隐患依然存在。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供了一种综合负载电弧故障辨识方法，通过该方法可以有效地实现单一负载及多负载的电弧故障辨识，消除现有单独利用电弧故障电流检测辨识方法存在误判断及漏判的可靠性不足问题，且可以判断电弧故障发生的具体支路。
[0005]其主要技术方案为:一种综合负载电弧故障辨识方法，其步骤为:
501:在配电箱或控制箱主回路电流及各支路负载端电压设置信号检测，且对采样信号加以滤波处理；
502:对滤波后的主回路电流及各支路负载端电压加以特征量提取；
S03:分别对主回路电流电弧故障与各支路负载端电压电弧故障设置不同的特征量及其故障阈值判别；
S04:以主回路电流检测及电弧故障判断识别模块为主站，各支路负载端电压电弧故障判断识别采用就地采集识别方式，各支路模块将电压电弧故障判断的信息经通讯总线汇总至主站加以综合辨识。
[0006]进一步的，所述的方法包括一般情况下的综合负载电弧故障判断和综合并联后负载电弧故障。
[0007]进一步的，所述一般情况下的综合负载电弧故障判断是通过主回路电流判断出发生电弧故障且至少有一路支路负载端电压判断出发生电弧故障。
[0008]进一步的，所述的综合并联后负载电弧故障判断是通过判断至少有一支路负载端电压特征量25周期波内超过负载端电压特征量设定的阈值8.5次。
[0009]进一步的，所述就地采集识别方式即实时对流经各支路负载端的电压直接进行A/D采样及滤波处理，并根据获得的信号在本地进行电弧故障判断。
[0010]进一步的，所述的主回路电流电弧故障及各支路负载端电压电弧故障判断是通过识别信号中的奇异性，可用小波、小波包、独立成分分析等方法，主回路电流电弧故障及各支路负载端电压电弧故障判断可采用相同或不相同的方法。
[0011]进一步的，所述的各支路负载端电压电弧故障特征量阈值的设定:对滤波后的电压信号实施故障特征量提取，将工频正弦电压波形下的故障特征量值设置为电弧故障判断的基准值Base，将综合并联后故障特征相对较弱的特殊情况下综合负载电弧故障电压阈值设置为Nl*Base, —般情况下的综合负载端电弧故障电压阈值为N2*Base,其中，N1、N2为大于I的自然数，且NI〉N2。
[0012]进一步的，所述在主回路线路电流电弧故障及各支路负载端电压电弧故障加以实时监测基础上，对主回路及所有支路的串联电弧故障状态信息加以综合辨识，以确定串联电弧故障发生所在的支路或者在主回路上的位置。
[0013]进一步的，所述主站可现场安装在配电箱或控制箱，主回路线路电流电弧故障检测识别设置在主站上，且主站还承担各支路负载端电压电弧故障与主回路线路电流电弧故障的综合分析。
[0014]本发明的有益效果是:
1、不仅能检测单一负载或综合负载下故障特征显著的负载串联电弧故障，而且能检测综合负载下故障特征相对较弱的负载串联电弧故障；
2、消除现有单独利用电弧故障电流检测辨识方法存在误判断及漏判的可靠性不足问
题；
3、可以判断电弧故障发生的具体支路，方法简单，具有较好的使用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1本发明一种综合负载串联电弧故障辨识方法的流程示意图。
[0016]图2本发明系统示意框图。
[0017]图3电饭煲故障波形图。
[0018]图4显示器故障波形图。
[0019]图5电饭煲正常+显示器故障波形图。
[0020]图6电饭煲故障+显示器正常波形图。
[0021]图7电饭煲故障波形图。
[0022]图8微波炉故障波形图。[0023]图9电饭煲故障+微波炉正常波形图。
[0024]图10电饭煲正常+微波炉故障波形图。
[0025]图11冰箱故障波形图。
[0026]图12显示器故障波形图。
[0027]图13冰箱故障+显示器正常波形图。
[0028]图14冰箱正常+显示器故障波形图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明，特别说明，此处所描述的具体实施案例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
[0030]如图1所示，本实施例为综合负载电弧故障辨识方法，其步骤为:
501:在配电箱或控制箱主回路电流及各支路负载端电压设置信号检测，且对采样信号加以滤波处理；
502:对滤波后的主回路电流及各支路负载端电压加以特征量提取；
S03:分别对主回路电流电弧故障与各支路负载端电压电弧故障设置不同的特征量及其故障阈值判别；
S04:以主回路电流检测及电弧故障判断识别模块为主站，各支路负载端电压电弧故障判断识别采用就地采集识别方式，各支路模块将电压电弧故障判断的信息经通讯总线汇总至主站加以综合辨识。
[0031]为了尽量防止电弧故障误判的出现，增加电弧故障判断的准确性，如图1所示，所述的方法包括一般情况下的综合负载电弧故障判断和综合并联后负载电弧故障；所述一般情况下的综合负载电弧故障判断是通过主回路电流判断出发生电弧故障且至少有一路支路负载端电压判断出发生电弧故障；所述的综合并联后负载电弧故障判断是通过判断至少有一支路负载端电压特征量25周期波内超过负载端电压特征量设定的阈值8.5次。
[0032]为了能对各支路端电弧判断进行实时监测，所述就地采集识别方式即实时对流经各支路负载端的电压直接进行A/D采样及滤波处理，并根据获得的信号在本地进行电弧故障判断。
[0033]为了保证电弧故障判断结果的准确性，采用多种分析方法，所述的主回路电流及各支路负载端电压判断电弧故障是通过识别信号中的奇异性，可用小波、小波包、独立成分分析等方法，主回路电流及各支路负载端电压的电弧故障判断可采用相同或不相同的方法。
[0034]为了对采样滤波后的信息进行分析比较，需要设置电弧故障特征量阈值，所述的各支路负载端电压电弧故障特征量阈值的设定:对滤波后的电压信号实施故障特征量提取，将工频正弦电压波形下的故障特征量值设置为电弧故障判断的基准值Base，将综合并联后故障特征相对较弱的特殊情况下综合负载电弧故障电压阈值设置为Nl*Base，一般情况下的综合负载端电弧故障电压阈值为N2*Base，其中，N1、N2为大于I的自然数，且NI〉N2。
[0035]为了定位串联电弧故障发生位置，所述在主回路线路电流电弧故障及各支路负载端电压电弧故障加以实时监测基础上，对主回路及所有支路的串联电弧故障状态信息加以综合辨识，以确定串联电弧故障发生所在的支路或者在主回路上的位置。
[0036]为了实现一种综合负载电弧故障辨识方法，需设置一个主站，如图2所示，所述主站可现场安装在配电箱或控制箱，主回路线路电流电弧故障检测识别设置在主站上，且主站还承担各支路负载端电压电弧故障与主回路线路电流电弧故障的综合分析。
[0037]以下为本发明的具体实施方法:如图2所示，通过电流传感器或电压传感器实时对流经其的电流或电压进行监测，并根据获得的信号在本地进行电弧故障特征量提取，然后将电弧故障特征量通过有线/无线等方式上传到电流电弧故障识别主站模块，与预先设定的阈值进行分析比较，最终根据比较结果进行综合负载电弧故障辨识并给相应的脱扣信号；也可将所有信号都发送至智能控制欲信息交换平台进行电弧故障特征量提取及辨识，在本地只进行A/D采样，图1所示为其具体电弧故障判断流程步骤:
501:对配电箱或控制箱主回路电流及各支路负载端电压信号进行固定采样频率的A/D采样，然后对采样信号进行滤波算法滤除信号中的噪声；
502:对滤波后的主回路电流信号及各支路负载端电压提取电弧故障特征信息；
503:通过各支路负载端电压判断是否可能电弧故障；若不是，跳到步骤S05 ;若是，电弧故障电压周期计数加一，跳到步骤S04 ；
504:判断连续25个周期(即0.5s)中电弧故障电压周期计数是否超过8.5个；若不是，跳到步骤S05 ;若是，电弧故障电压标志位置1，跳到步骤S05 ；
S05:通过主回路电流判断是否可能电弧故障；若不是，跳到步骤S08;若是，电弧故障电流周期计数加一，跳到步骤S06 ；
S06:判断连续25个周期(即0.5s)中电弧故障电流周期计数是否超过8.5个；若不是，跳到步骤S08 ;若是，电弧故障电流标志位置I，跳到步骤S07 ；
S07:判断电弧故障电压标志位与电弧故障电流标志位是否均为1，若不是，跳到步骤S08;若是，判定线路上发生了电弧故障，并通过支路电压识别具体支路或主回路发生电弧故障；
S08:通过各支路负载端电压判断是否可能综合并联后故障特征相对较弱的负载支路发生串联电弧故障；若不是，跳到步骤SOl ;若是，综合并联后故障特征相对较弱的负载端电弧故障电压周期计数加一，跳到步骤S09 ；
S09:判断连续25个周期(即0.5s)中综合并联后故障特征相对较弱的负载端电弧故障电压周期计数是否超过8.5个；若不是，跳到步骤SOl ;若是，判定线路上发生了电弧故障，并通过支路电压识别具体支路发生电弧故障。
[0038]其中故障阈值的设定:
对滤波后的电压信号实施故障特征量提取，将工频正弦电压波形下的故障特征量值定为电弧故障电压判断的基准值UBase，将综合并联后故障特征相对较弱的特殊情况下负载端电弧故障电压阈值设为Nl*UBase, —般情况的串联电弧故障电压阈值为N2*UBase,对滤波后的电流信号实施故障特征量提取，将正常情况下电流波形的故障特征量值定为串联电弧故障电流判断的基准值IBase，一般情况下的串联电弧故障电流阈值为N3*IBase。其中，N1、N2、N3为大于I自然数，且NI〉N2。
[0039]以下结合实验结果图3-14来说明本发明综合串联电弧故障辨识方法电弧故障判断相对于现有电弧故障判断方法的有效性: 如图3-6所示，阻性负载(电饭煲)与非线性负载(显示器)组合，当电饭煲与显示器并联时，电饭煲支路发生串联电弧故障时，如图6所示，主回路电流有明显的“零休”特征，但显示器支路发生串联电弧故障时，如图5所示，主回路电流与正常时几乎相似，没有明显的差别，而显示器支路负载端电压有明显的故障特征；如图7-10所示，阻性负载(电饭煲)与感性负载(微波炉)组合，当电饭煲与微波炉并联时，微波炉支路发生串联电弧故障时，如图10所示，主回路电流有明显的故障特征，但电饭煲支路发生串联电弧故障时，如图9所示，主回路与正常几乎相似，没有明显的差别，而电饭煲支路负载端电压有明显的故障特征；如图11-14所示，感性负载(冰箱)+非线性负载(显示器)组合，当冰箱与显示器并联时，冰箱支路发生串联电弧故障时，如图13所示，主回路电流有明显的故障特征，但显示器支路发生串联电弧故障时，如图14所示，主回路电流波形与正弦波形几乎相似，没有明显的差别，而显示器支路负载端电压有明显的故障特征。
[0040]从图3-14中可以说明单独利用主回路电流无法进行综合负载时负载支路串联电弧故障识别，但通过结合各支路负载端电压可以进行有效的识别。
[0041]以上所述仅为本发明的较佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的综合负载电弧故障辨识方法，凡依本发明申请专利范围所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种综合负载串联电弧故障辨识方法，其特征在于: 501:在配电箱或控制箱主回路电流及各支路负载端电压设置信号检测，且对采样信号加以滤波处理； 502:对滤波后的主回路电流及各支路负载端电压加以特征量提取； S03:分别对主回路电流电弧故障与各支路负载端电压电弧故障设置不同的特征量及其故障阈值判别； S04:以主回路电流检测及电弧故障判断识别模块为主站，各支路负载端电压电弧故障判断识别采用就地采集识别方式，各支路模块将电压电弧故障判断的信息经通讯总线汇总至主站加以综合辨识。
2.根据权利要求1所述的综合负载串联电弧故障辨识方法，其特征在于:所述的方法包括一般情况下的综合负载电弧故障判断和综合并联后负载电弧故障。
3.根据权利要求2所述的综合负载串联电弧故障辨识方法，其特征在于:所述一般情况下的综合负载电弧故障判断是通过主回路电流判断出发生电弧故障且至少有一路支路负载端电压判断出发生电弧故障。
4.根据权利要求2所述的综合负载串联电弧故障辨识方法，其特征在于:所述的综合并联后负载电弧故障判断是通过判断至少有一支路负载端电压特征量25周期波内超过负载端电压特征量设定的阈值8.5次。
5.根据权利要求1所述的综合负载串联电弧故障辨识方法，其特征在于:所述就地采集识别方式即实时对流经各支路负载端的电压直接进行A/D采样及滤波处理，并根据获得的信号在本地进行电弧故障判断。
6.根据权利要求1所述的综合负载串联电弧故障辨识方法，其特征在于:所述的主回路电流电弧故障及各支路负载端电压电弧故障判断是通过识别信号中的奇异性，可用小波、小波包、独立成分分析等方法，主回路电流电弧故障及各支路负载端电压电弧故障判断可采用相同或不相同的方法。
7.根据权利要求1所述的综合负载串联电弧故障辨识方法，其特征在于:所述的各支路负载端电压电弧故障特征量阈值的设定:对滤波后的电压信号实施故障特征量提取，将工频正弦电压波形下的故障特征量值设置为电弧故障判断的基准值Base，将综合并联后负载电弧故障电压阈值设置为Nl*Base, —般情况下的综合负载端电弧故障电压阈值为N2*Base，其中，N1、N2为大于I的自然数，且NI〉N2。
8.根据权利要求1所述的综合负载串联电弧故障辨识方法，其特征在于:所述在主回路线路电流电弧故障及各支路负载端电压电弧故障加以实时监测基础上，对主回路及所有支路的串联电弧故障状态信息加以综合辨识，以确定串联电弧故障发生所在的支路或者在主回路上的位置。
9.根据权利要求1所述的综合负载串联电弧故障辨识方法，其特征在于:所述主站可现场安装在配电箱或控制箱，主回路线路电流电弧故障检测识别设置在主站上，且主站还承担各支路负载端电压电弧故障与主回路线路电流电弧故障的综合分析。
【文档编号】G01R31/00GK103454535SQ201310420546
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】缪希仁, 郭银婷, 张丽萍, 吴晓梅 申请人:福州大学