CN104793165B - 一种基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD测试设备及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备，本发明还提供一种基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试方法，包括：电压信号、电流信号采集；信号分析与处理；电弧半波数、AFDD响应时间显示、电压电流波形回放；电弧故障检测装置的质量评估。本发明基于Labview数据采集平台，将电弧故障的电压信号，电流信号，以及AFDD的响应信号输入到PXI数据采集系统，AFDD输出的响应信号作为PXI数据采集的终止条件，通过Labview虚拟仪器开发软件嵌入matlab程序对电弧电压电流信号分析处理实现对电弧故障特征的提取，实现对电弧故障电弧半波数的准确计算，以及准确得到AFDD的响应时间。能够对现有AFDD设备的电弧故障检测能力从电弧半波数、响应时间两个角度进行综合性评估。
Description
技术领域
本发明属于电弧检测领域，特别涉及一种基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD测试设备及其方法。
背景技术
随着我国居民用电的日益增多，电气火灾事故的发生日趋严重，据相关资料统计，电气火灾约占全国火灾总数的30％。而电气火灾绝大部分是由于电气线路故障引起，低压电弧故障是危险多发的电气线路故障。电弧故障是由于家庭线路绝缘老化、接触不良、绝缘破损、连接松动等引起。电弧故障的特点为线路电流小，但温度高，并导致故障迅速扩大，极易点燃附近的可燃物而引发火灾。因此及时检测并切除电弧故障对预防电弧故障引发的火灾具有重大意义。
传统的过流保护断路器或剩余电流保护器对电弧故障的保护存在盲区，起不到对电弧故障的保护作用。AFDD(电弧故障检测装置)是一种被设计成当检测到电弧故障时预警并及时切断电路的设备，避免由于电弧故障引发火灾。
现AFDD在国内发展正处于起步阶段，今后必将商品化走向市场，进入市场的AFDD必须符合国家标准，这就须对AFDD进行严格的测试。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现本实发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备，其包括：
变压器，其并联在电弧发生装置的两端，用于采集所述待测试电弧检测装置的电压值；
电流互感器，其与所述电弧发生装置连接，并用于采集所述待测试电弧检测装置的电流值；
电流电压转换电路，其与所述电流互感器连接，并将所述电流值转换为对应的电压值；
基于Labview程序的PXI高速数据采集模块，其包括数据采集单元、数据分析与处理单元，所述数据采集单元分别与所述变压器、所述电流电压转换电路连接，并采集所述电压值和所述对应的电压值，所述数据分析与处理单元连接电弧故障检测装置，接收所述所述电压值和所述对应的电压值，并分析处理得到电压半周期积分值和电流半周期积分值，并根据其内预先存储有电压半周期积分阈值和电流半周期积分阈值，计算得到所述电弧故障检测装置的响应时间和电弧半波数。
优选的是，所述的基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备中，所述数据分析与处理单元对所述电压值和所述电流值进行处理得到电压半周期积分值和电流半周期积分值，所述数据分析与处理单元中还预先存储有电压半周期积分阈值和电流半周期积分阈值，当所述电压半周期积分值大于所述电压半周期积分阈值，且所述电流半周期积分值大于所述电流半周期积分阈值时，判定为一个电弧半波，同时开始统计电弧半波数和计时，所述数据分析与处理单元还与所述待测试电弧检测装置连接，用于接收所述待测试电弧检测装置的响应信号，当接收到第一个响应信号时，所述数据分析与处理单元停止对所述电压过零信号和所述电流过零信号处理，同时停止计时计数。
优选的是，所述的基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备中，所述数据分析与处理单元对所述电压值和所述电流值进行处理，包括：
对所述电压值和所述电流值分别取绝对值得到电压整流信号和电流整流信号，之后进行过零处理得到电压过零信号和电流过零信号，并对所述电压过零信号和所述电流过零信号进行半周期积分处理得到电压半周期积分值和电流半周期积分值。
优选的是，所述的基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备中，所述的变压器一次侧并接在所述电弧发生装置的两端，二次侧接匹配电阻。
优选的是，所述的基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备中，所述的电流互感器的一次侧串联在电弧发生装置上，二次侧连接所述电流电压转换电路。
优选的是，所述的基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备中，所述数据分析与处理单元还具有一显示单元，用于显示所述响应时间和所述电弧半波数。
本发明还提供一种基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试方法，其包括：
获取待检测电弧监测装置的电压值和电流值；
数据采集单元接受所述电压值和所述电流值，数据分析与处理单元对所述电压值和所述电流值进行处理得到电压半周期积分值和电流半周期积分值，所述数据分析与处理单元中还预先存储有电压半周期积分阈值和电流半周期积分阈值，当所述电压半周期积分值大于所述电压半周期积分阈值，且所述电流半周期积分值大于所述电流半周期积分阈值时，判定为一个电弧半波，同时开始统计电弧半波数和计时，所述数据分析与处理单元还与所述待测试电弧检测装置连接，用于接收所述待测试电弧检测装置的响应信号，当接收到第一个响应信号时，所述数据分析与处理单元停止对所述电压过零信号和所述电流过零信号处理，同时停止计时计数，得到所述待检测电弧检测装置的响应时间和电弧半波数。
优选的是，所述的AFDD的测试方法中，对所述电压值和所述电流值进行处理，包括：
对所述电压值和所述电流值分别取绝对值得到电压整流信号和电流整流信号，之后进行过零处理得到电压过零信号和电流过零信号，并对所述电压过零信号和所述电流过零信号进行半周期积分处理得到电压半周期积分值和电流半周期积分值。
本发明基于电压电流信号采集，信号分析与处理，准确确定电弧半波数，AFDD响应时间，能够可靠识别电弧故障；能够对发生的电弧故障的次数计数；具有外部触发终止计数功能；具有电压电流波形回放功能；
本发明可靠性、准确性高，能够对现有AFDD设备的电弧故障检测能力从电弧半波数、响应时间(灵敏度)两个角度进行综合评估，评估其是否符合国家标准。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明提供的基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备的结构框图；
图2为本发明提供的基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备中的电流电压转换电路的电路图；
图3为本发明提供的基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试方法的流程图。
具体实施方式
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。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
如图1所示，本发明提供一种基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备，包括：有用于获得电弧电压信号的变压器、用于获得负载电流信号的电流互感器、用于将电流互感器输出的电流信号转变为电压信号的I/V变换电路、用于采集电压信号，电流信号，AFDD响应输出的数据采集系统、用于显示处理结果的显示器，所述的变压器一次侧并接在电弧两端，二次侧接匹配电阻，所述的电流互感器的一次侧串联在被保护线路上，二次侧连接I/V变换电路，如图2所示，CT1为电流互感器，CT1输出的电流信号经过电阻R1变为电压信号，所述的I/V变换电路采样匹配电阻，电流互感器输出端须接一个匹配电阻，也就是电流乘于电阻，因此说成是电流信号转换为电压信号，是将电流信号乘上了一个电阻值，所以实际上数据采集系统信号的的单位为V。
所述的数据采集系统包括PXIe-1071机箱、显示器。将变压器得到的电压信号、电流互感器得到的电流信号、AFDD输出的响应信号分别接入PXI高速数据采集系统。PXI高速采集系统有显示器、PXIe-1071机箱以及相应的功能模块组成；
Labview编程分析处理；
采用NI公司开发的图形化编程软件Labview进行上位机的采集、保存与数据处理；电压电流信号作为分析电弧故障的原始信号，AFDD响应信号作为PXI信号采集的终止信号；
电压电流波形回放，电弧半波数、AFDD响应时间显示；
通过matlab、Labview编程分析电压电流信号，提取电弧故障特征，实现电压电流波形回放，电弧半波数的统计，AFDD响应时间计算；
AFDD质量评估；
通过Labview，matlab编程实现对电弧半波数的计算，AFDD响应时间计算，在显示器上显示电弧半波数、AFDD响应时间，将采集到的电压、电流波形回放；
1.电弧半波数N评价：
显示器上显示的电弧半波数N为发生电弧故障下AFDD检测到的电弧故障后作出响应时间段内的电弧半波数，若N与标准规定的电弧半波数相符，则说明该AFDD符合标准规定要求；反之，不符合；
2.AFDD响应时间评价：
将被测AFDD响应信号输入到PXI数据采集系统，此信号作为数据采集的终止信号，从第一个电弧半波开始计时，到AFDD发出响应信号计时结束，此段时间作为被测AFDD的响应时间，若该时间符合标准规定时间，则说明被测AFDD符合规定要求；反之，不符合。
如图1、图3所示，本发明还提供一种基于Labview的用于电弧故障检测装置的测试方法，通过变压器对电弧电压进行采样，获得电弧电压信号；通过电流互感器对线路的电流进行采样，获得负载电流信号；再通过电流互感器二次侧的I/V变换电路将电流信号转变为相应的电压信号；采用数据采集系统以特定采样率采集上述步骤所获得的电压电流信号，同时采集被测AFDD响应输出信号；通过判断电弧电压、电流信号半周期积分值是否同时大于相应的阈值来确定该半周期是否为电弧半波；以第一个电弧半波开始计时到AFDD输出相应信号计时结束，以该段时间为AFDD响应时间，包括以下步骤：
①通过变压器对电弧电压进行采样，获得电弧的电压信号；通过电流互感器对被保护线路的电流信号进行采样，获得负载电流信号；再通过连接于电流互感器二次侧的匹配电阻将电流信号转变为相应的电压信号；电弧电压信号，匹配电阻输出的电压信号，AFDD的响应输出信号输入到数据采集系统PXIe-1071；
②电弧故障识别算法实现：
Labview程序包括数据采集、数据分析与处理两部分；
设定数据采集卡的采集通道、采样模式、采样率，数据存储路径、格式，并将采集的电压电流波形实时显示；以AFDD响应输出作为数据采集停止条件；
数据读取，对采集到电压、电流数据进行取绝对值，找出工频过零点，滤除多余过零点，对电压电流过零点后半周期积分，判断电压电流积分值是否同时大于各自设定阈值，若是，则该半周期为一个电弧半周期，为一个电弧半波，对电弧半波数进行统计；以出现的第一个电弧半波开始计时，直至AFDD响应输出计时结束，将电弧半波数进行个数统计显示，电压电流波形回放，从第一个电弧半波到AFDD响应输出时间显示；
所述的AFDD响应输出信号为被测AFDD在检测有电弧故障发生时AFDD的输出响应，该信号作为数据采集系统数据采集的终止条件，即当AFDD有响应信号时终止电弧信号采集；
综上，本发明具有能够可靠识别电弧故障；能够在线对发生电弧故障的次数计数；具有外部触发终止计数功能；具有数据回放分析功能；具有测量从电弧故障发生到AFDD响应输出的时间。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.一种基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备，其特征在于，包括：
变压器，其并联在电弧发生装置的两端，用于采集电弧发生装置的电压值；
电流互感器，其与所述电弧发生装置连接，并用于采集负载电路的电流值；
电流电压转换电路，其与所述电流互感器连接，并将所述电流值转换为对应的电压值；
基于Labview程序的PXI高速数据采集模块，其包括数据采集单元、数据分析与处理单元，所述数据采集单元分别与所述变压器、所述电流电压转换电路连接，并采集所述电压值和所述对应的电压值，所述数据分析与处理单元连接电弧故障检测装置，接收所述电压值和所述对应的电压值，并分析处理得到电压半周期积分值和电流半周期积分值，并根据其内预先存储有电压半周期积分阈值和电流半周期积分阈值，计算得到所述电弧故障检测装置的响应时间和电弧半波数，其中，
所述数据分析与处理单元，对所述电压值和所述对应的电压值进行处理得到电压半周期积分值和电流半周期积分值，所述数据分析与处理单元中还预先存储有电压半周期积分阈值和电流半周期积分阈值，当所述电压半周期积分值大于所述电压半周期积分阈值，且所述电流半周期积分值大于所述电流半周期积分阈值时，判定为一个电弧半波，同时开始统计电弧半波数和计时，所述数据分析与处理单元还与待测试电弧检测装置连接，用于接收所述待测试电弧检测装置的响应信号，当接收到第一个响应信号时，所述数据分析与处理单元停止对所述电压值和所述电流值处理，同时停止计时计数。
2.如权利要求1所述的基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备，其特征在于，所述数据分析与处理单元对所述电压值和所述对应的电压值进行处理，包括：
对所述电压值和对应的电压值所对应的所述电流值分别取绝对值得到电压整流信号和电流整流信号，之后进行过零处理得到电压过零信号和电流过零信号，并对所述电压过零信号和所述电流过零信号进行半周期积分处理得到电压半周期积分值和电流半周期积分值。
3.如权利要求1所述的基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备，其特征在于，所述的变压器一次侧并接在所述电弧发生装置的两端，二次侧接匹配电阻。
4.如权利要求1所述的基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备，其特征在于，所述的电流互感器的一次侧串联在电弧发生装置上，二次侧连接所述电流电压转换电路。
5.如权利要求1所述的基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备，其特征在于，所述数据分析与处理单元还具有一显示单元，用于显示所述响应时间和所述电弧半波数。
6.一种采用如权利要求1至5任一项所述的基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备的测试方法，其特征在于，包括：
获取电弧发生装置的电压值和负载线路的电流值；
数据分析与处理单元接受所述电压值和所述电流值，并对所述电压值和所述电流值进行处理得到电压半周期积分值和电流半周期积分值，所述数据分析与处理单元中还预先存储有电压半周期积分阈值和电流半周期积分阈值，当所述电压半周期积分值大于所述电压半周期积分阈值，且所述电流半周期积分值大于所述电流半周期积分阈值时，判定为一个电弧半波，同时开始统计电弧半波数和计时，所述数据分析与处理单元还与所述待测试电弧检测装置连接，用于接收所述待测试电弧检测装置的响应信号，当接收到第一个响应信号时，所述数据分析与处理单元停止对所述电压过零信号和所述电流过零信号处理，同时停止计时计数，得到所述待测试电弧检测装置的响应时间和电弧半波数。
7.如权利要求6所述的基于Labview的用于电弧故障检测装置AFDD的测试设备的测试方法，其特征在于，对所述电压值和所述对应的电压值进行处理，包括：
对所述电压值和所述对应的电压值所对应的所述电流值分别取绝对值得到电压整流信号和电流整流信号，之后进行过零处理得到电压过零信号和电流过零信号，并对所述电压过零信号和所述电流过零信号进行半周期积分处理得到电压半周期积分值和电流半周期积分值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20240320 Address after: Room 313A, Jinfeng Building, Information Optoelectronics Park, Xiamen Torch High tech Zone, Xiamen, Fujian Province, 361000 Patentee after: Rhine Si (Xiamen) Technology Co.,Ltd. Country or region after: Zhong Guo Address before: Room 509, Comprehensive Building, Software Park, Quanzhou City, No. 300 Xiaxian Road, Fengze District, Quanzhou City, Fujian Province, 362000 Patentee before: Fujian Zhiyu Nengju Technology Co.,Ltd. Country or region before: Zhong Guo |
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