一种故障电弧检测方法及检测装置的制造方法
【专利摘要】一种故障电弧检测方法及检测装置，涉及电故障的探测，包括如下步骤：采集电路信号；判断采集点数是否达到0.5s内采集点数的预设值，若达到则进行下一步，否则返回；对采集的信号使用DB4小波进行小波阈值降噪；对降噪后的信号进行二层小波变换；提取第二层高频系数；处理二层高频系数；统计处理后的二层高频系数中不为0的点数；若统计值大于预设的阈值，则报警，否则返回步骤1。单片机模块与信号调理模块、驱动模块以及电源模块连接，所述信号调理模块与传感器模块连接，所述单片机模块包括有信号采集模块和计算模块，其发明目的是提高故障电弧检测精度，减少误报率，提高检测的准确性。
【专利说明】
-种故障电弧检测方法及检测装置
技术领域
[0001] 本发明设及电故障的探测装置，设及探测电缆、传输线或网络中的故障，尤指一种 故障电弧检测方法及检测装置。
【背景技术】
[0002] 故障电弧检测技术就是把容易产生电气火灾的有害电弧脉冲（如电线绝缘下降、 负载短路、开关接插件接触不良等产生的电弧)从大量的无害电弧脉冲（如节能灯、调光调 速开关、电吹风机、手电钻、吸尘器、电弧焊机、空压机、大功率开关动作等产生的电弧脉冲） 及干扰脉冲中检测出来，然后切断电源，同时又不能产生误动作。在电网中对故障电弧的检 测有很多方法，部分算法需要的阔值过多，难W协调；阔值的设定严重依赖经验和数据，难 W推广。部分方法，最初的正常波形数据是需要提前输入的，如果负载不同则可能误报;正 常波形的数据是动态更新的，若每次更新时，波形都发生了没有超过阔值的变化，多次累积 之下，正常波形的数据也将不再正常，从而无法检测。同样需要多个阔值，依赖于数据和经 验，难W推广。部分方法的，高次谐波含有率的典型值会动态更新，若每次更新时发生了没 有超过阔值的变动，则在多次累积之下，该典型值不再正常，从而无法检测。判据太过单一， 仅依靠对高次谐波的检测来判断容易误检。部分方法，在负载功率较小时，无法对其进行检 测。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种故障电弧检测方法及检测装 置。可提高故障电弧检测精度，减少误报率，提高检测的准确性。并进行报警，减少火灾发 生，保护人员的声明和财产安全。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供一种故障电弧检测方法， 其特征在于包括如下步骤：
[0005] 步骤1:采集电路信号；
[0006] 步骤2:判断采集点数是否达到0.5s内采集点数的预设值，若达到则进行下一步， 否则返回进行步骤1;
[0007] 步骤3:对采集的信号使用DB4小波进行小波阔值降噪，共S次；
[000引步骤4:对降噪后的信号进行二层小波变换；
[0009] 步骤5:提取第二层高频系数；
[0010] 步骤6:处理二层高频系数；
[0011] 步骤7:统计处理后的二层高频系数中不为0的点数；
[0012] 步骤8:若统计值大于预设的阔值，则报警，否则返回步骤1。
[0013] 所述步骤3中小波阔值降噪包含W下步骤：
[0014] 步骤3.1:对信号进行一层小波变换
[0015] 步骤3.2:提取高频系数序列D
[0016] 步骤3.3:根据的十算噪音水平，公式如下：
[0017]
[001引 击驢3.4，if當励值.公古如下，
[0019]
[0020] 步骤3.5:根据阔值，对序列D进行软阔值处理，公式如下：
[0021]
[0022] 其中y[i]为新信号x[i]为原始信号，threshold为上面计算出的阔值
[0023] 步骤3.6:根据处理后的高频系数D '和原低频系数序列A进行逆小波变换，得到降 噪后的信号。
[0024] 所述步骤4中小波变换可细分为如下步骤：
[0025] 步骤4.1:对信号进行一层小波变换；
[00%]步骤4.2:提取高频系数序列D;
[0027] 步骤4.3:根据的十算噪音水平，公式如下：
[002引 9
[0029] 步骤4.4:计算阔值，公式如下：
[0030]
[0031] 步骤4.5:根据阔值，对序列D进行软阔值处理，公式如下：
[0032]
[0033] 其中y[i]为新信号，x[i]为原始信号，t虹eshold为上面计算出的阔值；
[0034] 步骤4.6:根据处理后的高频系数D '和原低频系数序列A进行逆小波变换，得到降 噪后的信号。
[0035] 所述逆小波变换包括如下步骤：
[0036] 步骤4.6.1:在每一个系数之前添加0，如：1234变为01020304;
[0037] 步骤4.6.2:对系数做周期延拓，公式如下：
[00；3 引
[0039] X比]为原始信号，l《k《n
[0040] 步骤4.6.3:通过卷积计算出原始的近似系数(低频系数)和细节系数(高频系数）， 公式如下：
[0041]
[0042]
[0043] 其中A[i]为近似系数，D[i]为细节系数
[0044] a[i]为原始近似系数，d[i]为原始细节系数，n为原始信号长度
[0045] h[ i ]为低通重构滤波系数，g[ i ]为高通重构滤波系数；
[0046] 步骤4.6.4:a[i]+d[i]即得到原始信号。
[0047] 所述高频系数的处理细分为W下几个步骤：
[004引步骤21:将每一个数值取相反数置于其后，如1，2，3，4变为1，-1，2，-2，3，-3，4，-4;
[0049] 步骤22:将前50个值置零；
[0050] 步骤23:将后50个值置零；
[0051] 步骤24:需找是否存在连续50个超过预设阔值M的点，若存在则进行步骤25,否则 将全部值置零，结束；
[0052] 步骤25:将运样的50个点中的最大值赋给其中的第一个值，并将其余49个点置零；
[0053] 步骤26:重复步骤25，直至处理完所有发现的序列，结束。
[0054] 本发明为实现其计算方法所采用的故障电弧检测装置的特征在于:包括单片机模 块、信号调理模块、驱动模块、电源模块和传感器模块，所述单片机模块与信号调理模块、驱 动模块W及电源模块连接，所述信号调理模块与传感器模块连接，所述单片机模块包括有 信号采集模块和计算模块。
[0055] 传感器模块采集电流信号，经过调理模块对信号进行调理后，经过单片机模块的 信号采集模块采集信号，由计算模块使用本发明的故障电弧检测方法对信号进行综合分 析，做出判断。并向驱动模块发出控制指令。执行相关的操作。
[0056] 本发明的有益效果是：可提高故障电弧检测精度，减少误报率，提高检测的准确 性。并进行报警，减少火灾发生，保护人员的声明和财产安全。
【附图说明】
[0057] 下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0058] 图I是本发明的故障电弧检测方法实施例流程示意图。
[0059] 图2是本发明的故障电弧检测方法中高频系数的处理实施例流程示意图。
[0060] 图3是本发明的故障电弧检测装置电气方框图。
[0061] 图4是本发明故障电弧检测装置中传感器模块的电弧信号采集电路图。
[0062] 图5是本发明故障电弧检测装置中信号调理模块电路图。
[0063] 图6是本发明故障电弧检测装置中电弧报警电路图。
[0064] 图7是本发明故障电弧检测装置中电源模块电路图。
【具体实施方式】
[0065] 本发明的故障电弧检测方法实施例：
[0066] 步骤1:使用STM32单片机的模数转换接口采集电路信号；
[0067] 步骤2:判断采样点数是否达到0.5s内采样点数的预设值，若达到则进行下一步， 否则继续进行步骤1;
[0068] 步骤3:对采集的信号使用DB4小波进行小波阔值降噪，共S次；
[0069] 步骤4:对降噪后的信号进行二层小波变换；
[0070] 步骤5:提取第二层高频系数(细节系数）；
[0071] 步骤6:处理高频系数(细节系数）；
[0072] 步骤7:统计处理后的高频系数中不为0的点数；
[0073] 步骤8:若统计值大于预设的阔值，则报警，否则返回步骤1
[0074] 所述步骤3小波阔值降噪可细分为包括如下步骤：
[0075] 步骤3.1:对信号进行一层小波变换
[0076] 步骤3.2:提取高频系数序列D
[0077] 步骤3.3:根据的十算噪音水平，公式如下：
[007引
[0079] 张驢3.4:计當励值，公击血下，
[0080]
[0081 ] 步骤3.5:根据阔值，对序列D进行软阔值处理，公式如下：
[0082]
[0083] 共T y L1」分研1曰亏，X L1」分保畑1曰亏，tnre sno i 凹计算出的阔值
[0084] 步骤3.6:根据处理后的高频系数D '和原低频系数序列A进行逆小波变换，得到降 噪后的信号。
[0085]所述步骤3.6中逆小波变换包括如下步骤：
[00化]步骤3.6.1:在每一个系数之前添加0，如：1234变为01020304;
[0087]步骤3.6.2:对系数做周期延拓，公式如下：
[008引
[0089] X比]为原始信号，l《k《n;
[0090] 步骤3.6.3:通过卷积计算出原始的近似系数(低频系数)和细节系数(高频系数）， 公式如下：
[0091]
[0092]
[0093] 其中A[i]为近似系数，D山为细节系数
[0094] a[i]为原始近似系数，d[i]为原始细节系数，n为原始信号长度
[00M] h[ i ]为低通重构滤波系数，g[ i ]为高通重构滤波系数；
[0096] 步骤3.6.4:a[i]+d[i]即得到原始信号。
[0097] 所述高频系数的处理细分为W下几个步骤：
[009引步骤21:将每一个数值取相反数置于其后，如1，2，3，4变为1，-1，2，-2，3，-3，4，-4;
[0099] 步骤22:将前50个值置零；
[0100] 步骤23:将后50个值置零；
[0101] 步骤24:需找是否存在连续50个超过预设阔值M的点，若存在则进行步骤25,否则 将全部值置零，结束；
[0102] 步骤25:将运样的50个点中的最大值赋给其中的第一个值，并将其余49个点置零；
[0103] 步骤26:重复步骤25,直至处理完所有发现的序列，结束。
[0104] 所述步骤4中小波变换包含W下步骤：
[0105] 步骤4.1:对信号进行一层小波变换；
[0106] 步骤4.2:提取高频系数序列D;
[0107] 步骤4.3:根据的十算噪音水平，公式如下：
[010 引
[0109] 步骤4.4:计算阔值，公式如下：
[0110]
[0111]步骤4.5:根据阔值，对序列D进行软阔值处理，公式如下：
[0112]
[0113] 其中y[i]为新信号，x[i]为原始信号，t虹eshold为上面计算出的阔值；
[0114] 步骤4.6:根据处理后的高频系数D '和原低频系数序列A进行逆小波变换，得到降 噪后的信号。
[0115] 所述步骤4.6中逆小波变换包括如下步骤：
[0116] 步骤4.6.1:在每一个系数之前添加0，如：1234变为01020304;
[0117] 步骤4.6.2:对系数做周期延拓，公式如下：
[011 引
[0119] xLk」刃原猫信巧，l《k《n;
[0120] 步骤4.6.3:通过卷积计算出原始的近似系数(低频系数)和细节系数(高频系数）， 公式如下：
[0121]
[0122]
[0123] 其中A[i]为近似系数，D[i]为细节系数
[0124] a[i]为原始近似系数，d[i]为原始细节系数，n为原始信号长度
[0125] h[ i ]为低通重构滤波系数，g[ i ]为高通重构滤波系数；
[0126] 步骤4.6.4: a[ i ]+d[ i ]即得到原始信号。
[0127] 所述高频系数的处理细分为W下几个步骤：
[012引步骤21:将每一个数值取相反数置于其后，如1，2，3，4变为1，-1，2，-2，3，-3，4，-4 [01巧]步骤22:将前50个值置零
[0130] 步骤23:将后50个值置零
[0131] 步骤24:需找是否存在连续50个超过预设阔值M的点，若存在则进行步骤25,否则 将全部值置零，结束；
[0132] 步骤25:将运样的50个点中的最大值赋给其中的第一个值，并将其余49个点置零；
[0133] 步骤26:重复步骤25，直至处理完所有发现的序列，结束。
[0134] 本发明的故障电弧检测装置：
[0135] 参见附图3,本发明一种故障电弧检测装置，其特征在于:包括单片机模块1、信号 调理模块2、驱动模块3、电源模块4和传感器模块5,所述单片机模块I与信号调理模块2、驱 动模块3W及电源模块4连接，所述信号调理模块4与传感器模块5连接，所述单片机模块包 括有信号采集模块和计算模块。
[0136] 在本发明的实施例中：
[0137] 参见图4,传感器模块5采集经过电流互感器出来的电流信号，经过采样电阻R24转 变成电压信号，然后经过肥5532组成的差分运放电路进行放大。
[0138] 参见图5,经过差分放大电路出来的信号经过反向比例电路和同向比例电路，送至 电压跟随器，最后将信号送给单片机模块1，其中1?9，1?40，1?41，1?44组成正电压偏置电路。
[0139] 参见图6,当前面的数据采集完成后，输入单片机模块1内进行相关的分析，最后当 结论出此电弧为故障时，系统使单片机模块1的IO 口输出高电平，从而点亮LED,达到报警效 果。
[0140] 参见图7，电源经过正负电源模块出± 12V给运放和电源IC供电，采用电源IC 化4201出3.3V给单片机供电。
【主权项】
1. 一种故障电弧检测方法，其特征在于包括如下步骤： 步骤1:米集电路?目号； 步骤2:判断采集点数是否达到0.5s内采集点数的预设值，若达到则进行下一步，否则 返回进行步骤1; 步骤3:对采集的信号使用DB4小波进行小波阈值降噪，共三次； 步骤4:对降噪后的信号进行二层小波变换； 步骤5:提取第二层高频系数； 步骤6:处理二层高频系数； 步骤7:统计处理后的二层高频系数中不为0的点数； 步骤8:若统计值大于预设的阈值，则报警，否则返回步骤1。2. 根据权利要求1所述的一种故障电弧检测方法，其特征在于:所述小波阈值降噪包含 以下步骤： 步骤3.1:对信号进行一层小波变换 步骤3.2:提取高频系数序列D 步骤3.3:根据D计算噪音水平，公式如下：步骤3.4:计算阈值，公式如下：步骤3.5:根据阈值，对序列D进行软阈值处理，公式如下：其中y[i]为新信号x[i]为原始信号，threshold为上面计算出的阈值 步骤3.6:根据处理后的高频系数D'和原低频系数序列A进行逆小波变换，得到降噪后 的信号。3. 根据权利要求1所述的一种故障电弧检测方法，其特征在于:所述小波变换可细分为 如下步骤： 步骤4.1:对信号进行一层小波变换； 步骤4.2:提取尚频系数序列D; 步骤4.3:根据D计算噪音水平，公式如下：步骤4.4:计算阈值，公式如下：步骤4.5:根据阈值，对序列D进行软阈值处理，公式如下：其中y[i]为新信号，x[i]为原始信号，threshold为上面计算出的阈值； 步骤4.6:根据处理后的高频系数D'和原低频系数序列A进行逆小波变换，得到降噪后 的信号。4. 根据权利要求3所述的一种故障电弧检测方法，其特征在于:所述逆小波变换包括如 下步骤： 步骤4.6.1:在每一个系数之前添加0，如：1234变为01020304; 步骤4.6.2:对系数做周期延拓，公式如下：步骤4.6.3:通过卷积计算出原始的近似系数(低频系数)和细节系数(高频系数），公式 如下：其中A[i]为近似系数，D[i]为细节系数 a[i]为原始近似系数，d[i]为原始细节系数，η为原始信号长度 h[i]为低通重构滤波系数，g[i]为高通重构滤波系数； 步骤4.6.4:a[i]+d[i]即得到原始信号。5. 根据权利要求1所述的一种故障电弧检测方法，其特征在于:所述高频系数的处理细 分为以下几个步骤： 步骤21:将每一个数值取相反数置于其后； 步骤22:将前50个值置零； 步骤23:将后50个值置零； 步骤24:需找是否存在连续50个超过预设阈值Μ的点，若存在则进行步骤25,否则将全 部值置零，结束； 步骤25:将这样的50个点中的最大值赋给其中的第一个值，并将其余49个点置零； 步骤26:重复步骤25，直至处理完所有发现的序列，结束。6. -种故障电弧检测装置，其特征在于:包括单片机模块、信号调理模块、驱动模块、电 源模块和传感器模块，所述单片机模块与信号调理模块、驱动模块以及电源模块连接，所述 信号调理模块与传感器模块连接，所述单片机模块包括有信号采集模块和计算模块。7. 根据权利要求6所述的一种故障电弧检测装置，其特征在于:传感器模块采集经过电 流互感器出来的电流信号，经过采样电阻转变成电压信号，然后经过ΝΕ5532组成的差分运 放电路进行放大。8. 根据权利要求7所述的一种故障电弧检测装置，其特征在于:经过差分放大电路出来 的信号经过反向比例电路和同向比例电路，送至电压跟随器，最后将信号送给单片机模块。
【文档编号】G01R31/02GK105954628SQ201610465238
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】邵景莅, 陈霸东, 荣涛, 黄大维, 蒋伟平
【申请人】深圳市中智盛安安全技术有限公司