一种低压电弧故障检测方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及低压配电系统电弧故障检测领域，尤其涉及一种不易受正常工作电流波形变化干扰的低压电弧故障检测方法和装置。
【背景技术】
[0002]随着科技的快速发展，现代家庭电气化程度不断提高，电气设备和家用电器剧增，家庭用电不断增加，电气故障造成的火灾事故也越来越频繁，这给社会造成了巨大的损失。据有关资料统计，电气火灾事故发生率高居各类火灾之首，达到30.3%。在重特大火灾中，这一比例更大，高达46.1%。电弧故障是由于接触不良、连接松动、绝缘老化、断裂等引起。故障电弧的特点是线路中电流可能减小，但温度高，并使故障迅速扩大，直至点燃附近的可燃物而引发火灾。所以预防这种由电弧故障引发的火灾尤为重要。
[0003]传统的过电流保护断路器和剩余电流保护断路器一般起不到故障电弧保护的作用。目前国内对家用电路电弧故障领域还处于研宄开发阶段，虽然有少数公司已研发出针对家用电路的电弧故障断路器，但其在市面上的流通还未真正开始，其可靠性还尚未得到很好的验证。
[0004]目前，我国针对220V/50HZ电网制定了相应的技术规范，包括国标《电气火灾监控系统一第4部分:故障电弧探测装置》和《电弧故障检测装置(AFDD)的一般要求》，为了使电弧故障检测装置符合国标，能够检测和区分电弧和正常负载干扰，且不会出现误脱扣现象。因此，电弧故障检测装置和方法需要进一步的改进，避免出现误判。
【发明内容】
[0005]针对上述技术问题，本发明提供了一种可有效区分是发生电弧故障还是负载正常启动、功率调节等引起的干扰的低压电弧故障检测方法。
[0006]本发明还提供了一种低压电弧故障检测装置。
[0007]本发明提供的技术方案为:
[0008]一种低压电弧故障检测方法，包括:
[0009]对被保护电路的火线和零线之间的电压进行采样并处理得到高频脉冲信号，对被保护电路的电流进行采样并处理得到电流半波信号；
[0010]统计高频脉冲信号在每个工频周期内的脉冲个数G、脉冲宽度和H以及最大脉冲宽度M ;统计在每个工频周期内电流半波的波动系数S、零休变化率L以及Vmax，其中，V =di/dt，任一工频周期内的零休变化率为与其相邻的工频周期的零休变化值与该工频周期的零休变化值之差再除以该工频周期的零休变化值；
[0011]选定一个米样时间窗，一个米样时间窗包含若干个工频周期；
[0012]逐个对所述采样时间窗内的各工频周期进行判断，当G.30+Η.20+Μ.50 > 50000，则判定在一个工频周期产生了一个疑似故障信号；继续统计在所述采样时间窗内的疑似故障信号的个数N，当N多9，则判定发生疑似电弧故障；再逐个对产生了疑似故障信号的工频周期进行判断，当L.40+S.30+V.30 > 50000，则判定发生电弧故障。
[0013]优选的是，所述的低压电弧故障检测方法中，所述采样时间窗采用连续更新的滑动时间窗口。
[0014]优选的是，所述的低压电弧故障检测方法中，当G.30+H.20+M.50 < 50000，则判定在一个工频周期未产生故障信号；当L.40+S.30+V.30 < 50000，则判定在一个工频周期未产生故障信号。
[0015]优选的是，所述的低压电弧故障检测方法中，一个采样时间窗包含100个工频周期。
[0016]优选的是，所述的低压电弧故障检测方法中，对被保护电路的火线和零线之间的电压进行采样并处理得到高频脉冲信号，具体通过以下过程实现:
[0017]通过高频耦合电路对被保护电路的火线和零线之间的电压进行采样，获得高频电流信号；再通过连接于高频耦合电路二次侧的第一 Ι/v变换电路将高频电流信号转变为高频电压信号；第一 Ι/v变换电路输出的高频电压信号通过带通滤波器输入到对数检波电路进行检波获得高频脉冲信号；
[0018]对被保护电路的电流进行采样并处理得到电流半波信号，具体是通过以下过程实现:
[0019]通过电流互感器对被保护线路的电流进行采样，获得AC电流波形信号；再通过连接于电流互感器二次侧的第二 Ι/ν变换电路将该AC电流波形信号转变为AC电压波形信号；第二 ΙΛ变换电路输出的AC电压波形信号通过信号调理后获得适合AD采样的电流半波信号。
[0020]一种低压电弧故障检测装置，包括:
[0021]高频脉冲信号生成电路，其用于对被保护电路的火线和零线之间的电压进行采样并处理得到高频脉冲信号；
[0022]电流半波信号生成电路，其用于对被保护电路的电流进行采样并处理得到电流半波信号；
[0023]处理模块，其用于统计高频脉冲信号在每个工频周期内的脉冲个数G、脉冲宽度和H以及最大脉冲宽度M，以及用于统计在每个工频周期内电流半波的波动系数S、零休变化率L以及Vmax，其中，V = di/dt，任一工频周期内的零休变化率为与其相邻的工频周期的零休变化值与该工频周期的零休变化值之差再除以该工频周期的零休变化值；
[0024]所述处理模块用于在其上选定一个采样时间窗，一个采样时间窗包含若干个工频周期；
[0025]所述处理模块用于逐个对所述采样时间窗内的各工频周期进行判断，当G.30+H.20+M.50 > 50000，则判定在一个工频周期产生了一个疑似故障信号，继续统计在所述采样时间窗内的疑似故障信号的个数N，当N多9，则判定发生疑似电弧故障，再逐个对产生了疑似故障信号的工频周期进行判断，当L.40+S.30+V.30 > 50000，则判定发生电弧故障。
[0026]优选的是，所述的低压电弧故障检测装置中，所述采样时间窗采用连续更新的滑动时间窗口。
[0027]优选的是，所述的低压电弧故障检测装置中，当G.30+H.20+M.50 < 50000，则判定在一个工频周期未产生故障信号；当L.40+S.30+V.30 < 50000，则判定在一个工频周期未产生故障信号。
[0028]优选的是，所述的低压电弧故障检测装置中，一个采样时间窗包含100个工频周期。
[0029]优选的是，所述的低压电弧故障检测装置中，所述高频脉冲信号生成电路包括用于对被保护电路的火线和零线之间的电压进行采样并获得高频电流信号的高频耦合电路、连接于高频耦合电路二次侧的用于将高频电流信号转变为高频电压信号的第一 Ι/v变换电路、用于将高频电压信号放大并进行带通滤波的带通滤波器以及用于将带通滤波后的信号整形成高频脉冲信号的对数检波电路；所述电流半波信号生成电路包括用于对被保护线路的电流进行采样并获得AC电流波形信号的电流互感器、连接于电流互感器二次侧的用于该AC电流波形信号转变为AC电压波形信号的第二 I/V变换电路以及用于将AC电压波形信号通过信号调理后形成适合AD采样的电流半波信号的信号调理电路。
[0030]本发明对高频脉冲信号分析，再结合单位时间内对电流特征的变化分析，综合多特征来进行电弧故障实时监测，可有效区分是发生电弧故障还是负载正常启动、功率调节等引起的干扰，能以更高的可靠性来监测故障电弧，由此减少装置的误脱动作。
【附图说明】
[0031]图1为本发明所述的低压电弧故障检测装置的一个实施例的结构示意图；
[0032]图2为本发明所述的低压电弧故障检测方法的一个实施例的流程图；
[0033]图3为一个实施例中微处理器执行的流程图；
[0034]图4为一个实施例中高频脉冲信号的采样流程图；
[0035]图5为一个实施例中电流半波信号的采样流程图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0037]如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明提供一种低压电弧故障检测方法，包括:对被保护电路的火线和零线之间的电压进行采样并处理得到高频脉冲信号，对被保护电路的电流进行采样并处理得到电流半波信号；统计高频脉冲信号在每个工频周期内的脉冲