CN104569683B - 一种故障电弧的检测方法 - Google Patents

一种故障电弧的检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104569683B
CN104569683B CN201510018293.0A CN201510018293A CN104569683B CN 104569683 B CN104569683 B CN 104569683B CN 201510018293 A CN201510018293 A CN 201510018293A CN 104569683 B CN104569683 B CN 104569683B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mrow
containing ratio
hamonic wave
higher hamonic
wave containing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510018293.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104569683A (zh
Inventor
陈乐生
叶连慧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai and 5 composite material Co., Ltds
Original Assignee
Shanghai And 5 Composite Material Co Ltds
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai And 5 Composite Material Co Ltds filed Critical Shanghai And 5 Composite Material Co Ltds
Priority to CN201510018293.0A priority Critical patent/CN104569683B/zh
Publication of CN104569683A publication Critical patent/CN104569683A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104569683B publication Critical patent/CN104569683B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Testing Relating To Insulation (AREA)

Abstract

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。

Description

一种故障电弧的检测方法
技术领域
本发明涉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
故障电弧是一种可以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、辐射、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炽热的会引发火灾。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。
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)，以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。
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
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。
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门限值(该时段内电流信号的周期数)，则认为发生故障电弧。
一种故障电弧检测方法，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，得到其在触头断开前后的变化关系。
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或等于典型值15％，则计数1次，当计数次数达到门限值(该时段内电流信号的周期数)时，则判断发生电弧故障。
优选的，步骤1、3、5中，所述设定时间内是指100ms内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
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
图1为本发明一较优实施例的流程图；
图2为本发明一较优实施例的原理示意图。
具体实施方式
以下对本发明的技术方案作进一步的说明，以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，本发明的保护范围以权利要求书为准。
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，也可以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门限值，则认为发生故障电弧。
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。
具体的，本实施例具体实施步骤如下：
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。
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。
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，当计数次数达到门限值(该时段内电流信号的周期数)时，则判断发生电弧故障。
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。
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：
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。
上述步骤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1，Wi的取值必须遵循从小到大原则，例如
HRi指第i次的高次谐波含有率；
指高次谐波含有率的加权平均值。
按照上述方法计算高次谐波含有率典型值，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HR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HR1，重新计算高次谐波含有率的典型值。
以上所述仅为本发明的部分实施例而已，并非对本发明的技术范围做任何限制，凡在本发明的精神和原则之内做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

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，得到该开关开断前后设定时间内的高次谐波含有率，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；
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前后的变化关系；
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：
<mrow> <mi>X</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mi>j</mi> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>k</mi> <mfrac> <mi>n</mi> <mi>N</mi> </mfrac> </mrow> </msup> </mrow>
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：
<mrow> <msub> <mi>c</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <mo>|</mo> <mfrac> <mn>2</mn> <mi>N</mi> </mfrac> <mi>X</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>|</mo> </mrow>
<mrow> <mi>H</mi> <mi>R</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msqrt> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>2</mn> </mrow> <mn>20</mn> </munderover> <msubsup> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> </msqrt> <msub> <mi>c</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> </mrow>
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；
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；
所述计算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：
<mrow> <mover> <mrow> <mi>H</mi> <mi>R</mi> </mrow> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>G</mi> </munderover> <msub> <mi>W</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>*</mo> <msub> <mi>HR</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow>
Wi指加权系数，所有加权系数之和为1，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；
指高次谐波含有率的加权平均值；
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，所述门限值即该触头断开前后的设定时间内电流信号的周期数。
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，步骤1、3、5中，所述设定时间内是指100ms内。
3.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，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。
4.如权利要求1-3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：每新一次电路断开时，计算该电路的高次谐波含有率，并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HR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HR1，重新计算高次谐波含有率的典型值。
CN201510018293.0A 2015-01-14 2015-01-14 一种故障电弧的检测方法 Active CN104569683B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510018293.0A CN104569683B (zh) 2015-01-14 2015-01-14 一种故障电弧的检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510018293.0A CN104569683B (zh) 2015-01-14 2015-01-14 一种故障电弧的检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104569683A CN104569683A (zh) 2015-04-29
CN104569683B true CN104569683B (zh) 2017-10-13

Family

ID=53086217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510018293.0A Active CN104569683B (zh) 2015-01-14 2015-01-14 一种故障电弧的检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104569683B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107086584B (zh) * 2017-06-02 2020-07-31 北京英瑞来科技有限公司 一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器及方法
CN107294108B (zh) * 2017-06-02 2020-08-04 北京英瑞来科技有限公司 一种具有故障电弧检测功能的有源电力滤波器及方法
CN107092213B (zh) * 2017-06-02 2020-08-04 北京英瑞来科技有限公司 一种具有故障电弧检测功能的无源滤波装置及方法
CN107037341A (zh) * 2017-06-02 2017-08-11 北京英瑞来科技有限公司 一种故障电弧检测方法
CN107271874A (zh) * 2017-06-02 2017-10-20 北京英瑞来科技有限公司 一种考虑雷电流隔离设备影响的故障电弧检测方法及装置
CN107069734B (zh) * 2017-06-02 2020-08-04 北京英瑞来科技有限公司 一种具有防雷隔离与电弧检测功能的有源滤波器及方法
CN107086583B (zh) * 2017-06-02 2020-08-04 北京英瑞来科技有限公司 一种具有故障电弧检测功能的无功补偿装置及方法
CN107134777B (zh) * 2017-06-02 2020-08-04 北京英瑞来科技有限公司 一种具有防雷隔离与防火预警功能的无源滤波装置及方法
CN107085175B (zh) * 2017-06-02 2020-07-31 北京英瑞来科技有限公司 一种具有防雷隔离与防火预警的静止无功发生器及方法
CN112526243B (zh) * 2020-12-28 2021-10-26 南京航空航天大学 一种分段式直流电弧噪声模型、参数优化及辨识方法
CN115508702A (zh) * 2022-11-16 2022-12-23 上海红檀智能科技有限公司 一种微型智能断路器断口电弧与热保护自校验方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7391218B2 (en) * 2005-03-11 2008-06-24 Honeywell International Inc. Method and apparatus for generalized arc fault detection
CN102253293A (zh) * 2011-05-30 2011-11-23 南京航空航天大学 一种直流电弧故障检测方法及装置
CN102621377B (zh) * 2012-04-18 2015-07-08 天津市鸿远电气设备有限公司 故障电弧检测方法
CN102749533A (zh) * 2012-04-23 2012-10-24 华侨大学 一种低压电弧故障检测方法
US9025287B2 (en) * 2012-12-19 2015-05-05 Stmicroelectronics S.R.L. Arc fault detection equipment and method using low frequency harmonic current analysis
CN103913663B (zh) * 2014-04-21 2017-01-25 南京航空航天大学 一种直流系统电弧故障在线检测方法和保护装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN104569683A (zh) 2015-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104569683B (zh) 一种故障电弧的检测方法
US11489490B2 (en) Arc fault detection method for photovoltaic system based on adaptive kernel function and instantaneous frequency estimation
CN101187687B (zh) 基于暂态行波的高阻接地故障检测方法
CN103529316B (zh) 一种电力系统高阻接地故障的综合检测方法
CN103116093A (zh) 串联故障电弧预警系统及其检测方法
CN205941736U (zh) 故障电弧检测装置
CN103529344B (zh) 采用“间歇性检测”来检测间歇性高阻接地故障的方法
CN103490511B (zh) 一种配电网通信终端检测系统及方法
CN206301449U (zh) 智能用电安全预警监控器
CN205539234U (zh) 避雷器性能监测系统
CN102749533A (zh) 一种低压电弧故障检测方法
CN102981088A (zh) 故障电弧检测方法
CN103439633A (zh) 一种小电流接地故障选线装置
CN106526415A (zh) 一种小电流接地系统高阻接地故障选线方法
CN106549366B (zh) 用电安全检测防护电路、开关设备或插座
CN107370123A (zh) 电弧故障检测装置
CN105510760A (zh) 一种基于小波分析的短路故障数据检测方法
CN204462364U (zh) 一种基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD测试设备
CN104360248A (zh) 局部放电监测方法及装置
CN107505539A (zh) 一种配网弧光接地故障辨识方法
CN104849597A (zh) 一种金属氧化物避雷器在线监测方法
CN201562949U (zh) 串联电弧故障断路器
CN107703377A (zh) 故障电弧检测方法和装置
CN107632237A (zh) 一种基于故障后小波特征量相关性的单相接地故障选线方法
CN103235276A (zh) 一种局部放电信号发生器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: SHANGHAI HEWU COMPOSITE MATERIAL CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: SHANGHAI HEWU NEW MATERIAL TECHNOLOGY CO., LTD.

Effective date: 20150706

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20150706

Address after: 200240 Shanghai city Minhang District Jianchuan road 953 Lane 322 building

Applicant after: Shanghai and 5 composite material Co., Ltds

Address before: No. 955 Cangyuan science and Technology Park, 200240 Shanghai city Minhang District Jianchuan Road Building 9 floor, I enjoy my home

Applicant before: Shanghai Hiwave Advanced Materials Technology Co., Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant