CN105513252B - 一种基于积分算法的电气火灾监测预警方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于积分算法的电气火灾监测预警方法及设备，包括以下步骤：S1、检测电气回路的剩余电流；S2、把剩余电流对时间进行积分，获得剩余电流积分参数；S3、获取电气回路的电压和负荷电流；S4、根据剩余电流的各时间段积分参数，对电气回路的电气火灾隐患状况进行监测预警；S5、根据剩余电流、电压和负荷电流的检测结果，进行报警和控制；S6、检测电气回路中预设部位的温度；S7、温度大于设定阀值时，获得超温积分参数。本发明中，通过对剩余电流积分参数、剩余电流、电压、负荷电流、温度和超温积分参数进行监测，特别是对剩余电流积分参数和超温积分参数监测，有利于在隐患中早期及时排查，避免电气火灾隐患发现不及时的问题。

Description

一种基于积分算法的电气火灾监测预警方法及设备

技术领域

本发明涉及电气火灾监测预警技术领域，尤其涉及一种基于积分算法的电气火灾监测预警方法及设备。

背景技术

我国人口众多，数亿家庭住宅电气线路存在很多故障隐患问题，其中90％以上都直接或间接与电线及用电设备绝缘老化有着密切的联系。特别是在家庭住宅和古建筑电气领域，电线及电气设备老化给用电安全造成巨大隐患，引发产生人身触电、电气火灾、电气设备烧毁及爆炸等安全隐患。电气火灾具有以下特点：隐蔽性强、燃烧快不易扑救、后果严重。电气绝缘故障易引起电气火灾，在我国现阶段各种火灾类型中，电气火灾的数量和危害性遥据第一位。

现有电气火灾监控产品国家标准主要基于剩余电流和温度检测，现阶段剩余电流检测技术和温度检测技术一般采用门限定值比较技术手段，但对于暂态参数，门限定值比较是局限于瞬间时刻数据点的比较，大量远低于或稍低于门限定值的中早期异常数据被丢弃，没有获得有效处理。在电气隐患检测方面除了采用门限定值比较技术手段，采用的故障录波技术，可以实时检测记录它们在故障期间实际采样点组成的波形图反映故障情况，但是故障录波需要存储大量的数据。对于50Hz工频电气信号，一组长度仅仅数十分钟电流和电压的波形数据需要至少存储数百万字节。同时，在电气绝缘故障中早期阶段，电气异常小数据参数值一般远小于故障定值，在故障录波监测的范围之外。随着时间的推移，在达到故障定值之前，这些电气隐患异常出现的频率越来越高、数值逐渐变大，必须对它们的有效监测才能实现隐患监测预警。但作为金字塔形统计学数据结构，异常小数据在数量和时间上都远多于较大的故障数据，故障录波扩展到异常录波会造成更加海量的数据需要存储处理，所以“故障录波”延伸到“异常录波”不宜采用。

目前基于对剩余电流进行积分的电气火灾检测属于技术空白，现阶段电气火灾监控检测技术仍采用判断剩余电流和温度数值大小的门限定值比较技术手段，难以满足中早期电气绝缘及电气火灾隐患监测预警的要求。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于积分算法的电气火灾监测预警方法及设备。

本发明提出的一种基于积分算法的电气火灾监测预警方法，包括以下步骤：

S1、检测电气回路的剩余电流；

S2、把剩余电流对时间进行积分，获得积分参数；

S3、获取电气回路的电压和负荷电流；

S4、根据剩余电流的各时间段积分参数，对电气回路的电气火灾隐患状况进行监测预警；

S5、根据剩余电流、电压和负荷电流的检测结果，进行报警和控制。

优选地，步骤S2还包括：对各时间段上的积分参数进行冻结存储。

优选地，还包括步骤S6、检测电气回路中预设部位的温度；

优选地，步骤S4具体包括以下分步骤：

S41、分别对剩余电流、积分参数进行处理判断；

S42、当任意一个时间段上的剩余电流出现异常,大于设定阀值时；

S43、便对积分冻结存储的能量类数据时间长度进行细化，即通过逐级分解时间长度，生成时间子段冻结数据，进行存储。

S44、根据各时间段、时间子段上的积分参数判断异常所在时间节点、各时间段异常程度和异常变化趋势。

优选地，步骤S43中，还可对时间子段进行进一步划分，获得下一级时间子段上的积分参数。

优选地，通过程序软件处理生成小时、日、月、年各级单位时间段的冻结数据并存储。

优选地，还包括步骤S7、温度大于设定阀值时，获得超温积分参数；

优选地，步骤S7中，具体包括以下分步骤：

S71、对温度参数进行判断；

S72、当任意一个时间段上的温度出现异常,大于设定阀值时；

S73、便把温度和温度阀值的差值，对时间进行积分，产生超温积分参数，生成各时间段冻结数据，进行存储；

S74、根据各时间段的超温积分参数，判断超温异常所在时间节点，各时间段异常程度和异常变化趋势。

本发明提出的一种基于积分算法的电气火灾监测预警基于积分算法的电气火灾监测预警设备，包括剩余电流检测模块、微控制处理器模块、通讯模块、电压电流检测模块和温度检测电路模块；

剩余电流检测模块用于采集电气回路中的剩余电流；

电压电流检测模块用于对电气回路中的电压和负荷电流进行检测；

温度检测电路模块用于对电气回路内部特定部位的温度进行检测；

微控制处理器模块分别与剩余电流检测模块、电压电流检测模块和温度检测电路模块连接，其内部设置有积分计算子模块；微控制处理器模块获取剩余电流并通过积分计算子模块执行剩余电流对时间的积分运算，以获得剩余电流积分参数，并产生各时间段剩余电流积分冻结数据，进行存储；微控制处理器模块内预设有温度阀值，微控制处理器模块获取温度，在超过温度阀值时，通过积分计算子模块执行温度与温度阀值的差值对时间的积分运算，产生各时间段超温积分冻结数据；

微控制处理器模块根据各时间段剩余电流积分、剩余电流、电压、负荷电流、温度及各时间段超温积分参数对电气回路进行多方面监测；

通讯模块与微控制处理器模块连接，微控制处理器模块根据对电气回路的监测结果控制通讯模块工作。

优选地，通讯模块分别连接有报警子模块和执行子模块；报警子模块根据微控制处理器模块对电气回路的监测结果进行告警，执行子模块根据微控制处理器模块对电气回路的监测结果控制电气回路的保护装置工作。

优选地，微控制处理器模块内预设有电压阈值和电流阈值，其将检测到的电气回路中的电压和负荷电流分别与电压阈值和电流阈值进行比较，并根据比较结果对电气回路是否具有安全隐患或电气火灾隐患进行判断。

优选地，还包括按键显示模块，其与微控制处理器模块连接，用于向微控制处理器模块输入指令以查询不同时间段上的监测结果并输出显示。

优选地，积分计算子模块为软件积分计算子模块，剩余电流检测模块和温度检测电路模块分别连接微控制处理器模块的模拟输入管脚；或者，积分计算子模块为硬件积分计算子模块，剩余电流检测模块和温度检测电路模块分别与硬件积分计算子模块连接，硬件积分计算子模块与微控制处理器模块连接。

本发明提供的基于积分算法的电气火灾监测预警方法中，根据各时间段上的剩余电流积分、剩余电流、电压、负荷电流、温度及各时间段超温积分参数对电气回路进行多方面监测，保证了对电气回路监测的全面性，有利于实时监控的早期性、精确性，避免隐患异常故障漏查导致的不可靠性。

本发明提供的基于积分算法的电气火灾监测预警设备中，微控制处理器模块内设置的积分计算子模块，可执行剩余电流对时间的积分运算，产生剩余电流积分参数的各时间段冻结数据，进行存储；可执行温度和温度阀值的差值对时间的积分运算，产生超温积分参数的各时间段冻结数据，进行存储；此类冷冻数据的长度仅为2-4个字节，大大节约了存储空间。

本发明中，通过对积分参数进行监测，能够把隐患进行累积放大显现，有利于在隐患出现的中早期的及时排查，避免电气回路上的隐患发现不及时的问题。有效监测电线及电气设备的老化、超温和电气火灾中早期隐患问题，有利于对电气火灾隐患和相关其它电气隐患及早发现、精确掌握隐患程度和隐患发展趋势，实现监测预警，保证用电安全。

本发明中，通过监测预警，可提醒工作人员对隐患和潜在故障进行排查处理，及早解决故障隐患，保证电气回路工作的安全性与可靠性。本发明中，包括根据监测结果，控制电气回路的保护装置工作，实现电气回路的自动保护，有利于对人工反应速度慢的缺陷进行互补，避免电气回路的超负荷带病工作。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于积分算法的电气火灾监测预警方法流程图；

图2为一种基于积分算法的电气火灾监测预警设备的结构示意图；

图3为实施例1的结构示意图；

图4为实施例2的结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明提出的一种基于积分算法的电气火灾监测预警方法，包括以下步骤。

S1、检测电气回路的剩余电流。通过剩余电流可检测电气回路的绝缘状况和电气火灾隐患状况，本实施方式中，根据现有电气火灾监控产品国家技术标准要求，通过对剩余电流的检测来判断电气火灾隐患。

S2、对剩余电流进行时间段上的积分，获得积分参数，获得各时间段的积分参数，进行冻结存储。理想情况下，剩余电流应该为0，当电路出现早期绝缘隐患时，剩余电流信号微弱，很难分辨，即剩余电流式电气火灾隐患潜伏期很难被发现。本实施方式中，对剩余电流进行积分，即相当于对剩余电流进行累积放大显现，有利于及时发现电气绝缘隐患和相关电气火灾隐患，尤其有利于对中早期的电气火灾隐患进行显化监测。

本步骤中，还对各时间段上的积分参数进行冻结存储，有利于后期对个积分数据的查询，便于历史数据的追溯。

优选地，通过软件程序处理生成小时、日、月为时间单位的各时间段冻结数据并进行存储。

S3、获取电气回路的电压和负荷电流。本步骤中，电压和负荷电流可直接通过电压传感器和电流传感器进行检测。

S6、检测电气回路中预设部位的温度。电气回路中，一些关键部位，例如开关节点、元器件散热量多，随着工作时间的增加，其工作温度急剧上升，往往，会导致其工作温度高出其本身可承受的温度，从而导致高温损害或引起火灾。故而，电气回路中，对管件部位的温度进行检测，十分重要。

S41、分别对剩余电流、剩余电流积分参数进行判断。具体地，本步骤中，可预设参数阈值：剩余电流阈值、不同时间单位对应的剩余电流积分阈值，然后将剩余电流、各时间段剩余电流积分参数分别与剩余电流阈值、剩余电流积分阈值进行比较，然后根据比较结果对电气回路进行初步判断。

S42、当任意一个时间段上的剩余电流参数出现异常，大于设定阀值时，则表示电气回路上出现了绝缘隐患及电气火灾隐患，则需要后期对该隐患进行细致排查，故而需要执行步骤S43，如果各项数据均没有出现异常，则回到步骤S41，继续对剩余电流、积分参数进行获取排查。

S43、对积分冻结存储的能量类数据时间长度进行细化，即通过逐级分解时间长度，生成时间子段冻结数据，进行存储。

优选地，当剩余电流数值微小或较小时，软件程序默认处理生成小时、日、月为单位时间的各时间段冻结数据，进行存储。

优选地，当剩余电流数值大于设定阀值时，软件程序进一步细化处理生成分钟或更细化的秒为单位时间的各时间段冻结数据，进行存储。

S44、根据各时间段、时间子段上的积分参数判断异常所在时间节点、各时间段异常程度和异常变化趋势。

本实施方式中，通过对时间段进行划分，从而进一步判断各时间子段上的积分参数，有利于对隐患所在时间段进行进一步细化，从而提高隐患判断的精确程度。步骤S43中，还可对时间子段进行进一步划分，获得下一级时间子段上的积分参数，直至获得异常所在时间节点。

本实施方式中，微控制处理器模块2内设置有电压浮差和电流浮差。对电压和负荷电流的判断方法如下：求取电压与电压阈值的差的绝对值，然后将绝对值与电压浮差比较，当绝对值大于电压浮差，则表示电气回路的电压异常；求取负荷电流与电流阈值的差的绝对值，然后将绝对值与电压浮差比较，当绝对值大于电压浮差，则表示电气回路的负荷电流异常。

本实施方式中，根据各时间段上的积分参数、电压、负荷电流和关键部位的温度对电气回路的工作状态进行监测，通过多参数的监控，有利于对电气回路实时监控的全面性与精确性，避免故障漏查导致的不可靠性。

S5、根据剩余电流、电压和负荷电流的检测结果，进行报警和控制。本步骤还包括将监测结果发送到指定终端或者对监测结果进行显示。本步骤，通过报警，可提醒工作人员对故障进行排查处理，及时解决故障隐患，保证电气回路工作的安全性与可靠性。本步骤中，根据监测结果控制电气回路的保护装置工作，实现电气回路的自动保护，有利于对人工反应速度慢的缺陷进行互补，避免电气回路的超负荷工作。本步骤中，通过将监测结果发送到指定终端或者对监测结果进行显示，有利于对电气回路进行实时监测。

本发明提出的基于积分算法的电气火灾监测预警设备，参照图2，包括剩余电流检测模块1、电压电流检测模块5、温度检测电路模块6、按键显示模块7、微控制处理器模块2和通讯模块3。

剩余电流检测模块1由剩余电流互感器与其采集处理电路8组成，用于采集电气回路上的剩余电流。

微控制处理器模块2内设置有积分计算子模块4，微控制处理器模块2与剩余电流检测模块1连接，获取剩余电流并通过软硬件不同方式的积分计算子模块4执行剩余电流对时间的积分运算，以获得该时间段内的剩余电流积分参数，并处理产生各时间段剩余电流积分冻结数据，进行存储；微控制处理器模块2与温度检测电路模块6连接，获取温度，在超过温度阀值时，通过积分计算子模块4执行温度与温度阀值的差值对时间的积分运算，产生各时间段超温积分冻结数据，进行存储；这两类各时间段积分冻结数据，都可及早诊断电气火灾隐患是否产生，隐患程度检测、隐患发展趋势分析，是实现中早期监测预警的主要依据。

通讯模块3与微控制处理器模块2连接，微控制处理器模块2根据对电气回路的监测结果控制通讯模块3工作。通讯模块3采用无线通讯或者电力线载波通讯，其分别连接有报警子模块和执行子模块，报警子模块根据微控制处理器模块2对电气回路的监测结果进行告警，执行子模块根据微控制处理器模块2对电气回路的监测结果控制电气回路的保护装置工作，以达到对电气回路进行预警、报警或启动保护的目的。

电压电流检测模块5连接到微控制处理器模块2，对电气回路中的电压和负荷电流进行检测处理，实现更加全面的电气隐患及电气火灾监控报警。微控制处理器模块2内预设有电压阈值和电流阈值，其将检测到的电气回路中的电压和负荷电流分别与电压阈值和电流阈值进行比较，并根据比较结果对电气回路是否具有安全隐患进行判断。

按键显示模块7与微控制处理器模块2连接，用于向微控制处理器模块2输入指令以查询不同时间段上的监测结果并输出显示。

由于微控制处理器模块2内的积分计算子模块4既可以为软件积分计算子模块又可以为硬件积分计算子模块，因此，本实施方式分为两种实施例。

实施例1：

参照图3，积分计算子模块为软件积分计算子模块401时，剩余电流检测模块1和温度检测电路模块6分别连接微控制处理器模块2的模拟输入管脚。剩余电流检测模块1采集电气回路上的剩余电流，温度检测电路模块6采集电气回路内部特定部位的温度；微控制处理器模块2通过软件积分计算子模块401，执行剩余电流对时间的积分运算，生成剩余电流积分参数，执行超温温差对时间的积分运算，生成超温积分参数，再经软件程序处理生成分钟、小时、日、月为时间尺寸单位的各时间段的冻结数据，进行存储。

同时，电压电流检测模块5分别对电气回路中特定部位的温度和电压、负荷电流进行监测。

本实施方式中，微控制处理器模块2根据剩余电流积分参数和超温积分参数的各时间段冻结数据，对电气火灾隐患及相关其它隐患是否产生、隐患程度及隐患发展趋势进行分析，诊断隐患情况，实施监测预警；如果判断已产生隐患，则根据各时间段冻结数据值的差异，结合该电气回路内各电气设备的实际工作状况及环境因素，进一步判断该隐患的位置，判断隐患是产生于某时间段工作的具体电气设备，还是产生于电气线路。并通过按键显示模块7查询并输出不同时段的检测结果，再通过通讯模块3进行预警、报警或启动保护动作。

实施例2：

参照图4，积分计算子模块为硬件积分计算子模块402时，剩余电流检测模块1和温度检测电路模块6分别与硬件积分计算子模块402连接，硬件积分计算子模块402与微控制处理器模块2连接。剩余电流检测模块1采集电气回路上的剩余电流，温度检测电路模块6采集电气回路内部特定部位的温度，微控制处理器模块2根据硬件积分子模块402，执行剩余电流对时间的积分运算处理，并生成剩余电流积分参数，执行超温温差对时间的积分运算，生成超温积分参数，再经软件处理生成分钟、小时、日、月为时间尺寸单位的各时间段冻结数据，进行存储。

优选地，硬件积分计算子模块可采用电能计量芯片，或嵌入在微控制器内的电能计量模块，剩余电流采集处理电路和温度采集处理电路分别连接到电能计量芯片或模块的电流输入管脚，相应电压输入管脚连接到合适的辅助电压信号源。

同时，电压电流检测模块5分别对电气回路中特定部位的温度和电压、负荷电流进行监测。

本实施方式中，微控制处理器模块2根据剩余电流积分参数和超温积分参数的各时间段冻结数据，对电气火灾隐患及相关其它隐患是否产生、隐患程度及隐患发展趋势进行分析，诊断隐患情况，实施监测预警；如果判断已产生隐患，则根据各时间段冻结数据值的差异，结合该电气回路内各电气设备的实际工作状况及环境因素，进一步判断该隐患的位置，判断隐患是产生于某时间段工作的具体电气设备，还是产生于电气线路。并通过按键显示模块7查询并输出不同时段的检测结果，再通过通讯模块3进行预警、报警或启动保护动作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于积分算法的电气火灾监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、检测电气回路的剩余电流；

S2、把剩余电流对时间进行积分，获得积分参数，对各时间段上的积分参数进行冻结存储；

S3、获取电气回路的电压和负荷电流；

S4、根据剩余电流的各时间段积分参数，对电气回路的电气火灾隐患状况进行监测预警；

S5、根据剩余电流、电压和负荷电流的检测结果，进行报警和控制；

步骤S4具体包括以下分步骤：

S41、分别对剩余电流、积分参数进行判断；

S42、当任意一个时间段上的剩余电流积分出现异常,大于设定阀值时;

S43、对积分冻结存储的数据按照时间长度进行细化，即通过逐级分解时间长度，生成时间子段冻结数据，进行存储；

S44、根据各时间段、时间子段上的积分参数判断异常所在时间节点、各时间段异常程度和异常变化趋势。

2.如权利要求1所述的基于积分算法的电气火灾监测预警方法，其特征在于，还包括步骤S6、检测电气回路中预设部位的温度。

3.如权利要求2所述的基于积分算法的电气火灾监测预警方法，其特征在于，还包括步骤S7、温度大于设定阀值时，获得超温积分参数；

步骤S7中，具体包括以下分步骤：

S71、对温度参数进行判断；

S72、当任意一个时间段上的温度出现异常,大于设定阀值时;

S73、把温度和温度阀值的差值，对时间进行积分，产生超温积分参数，生成各时间段冻结数据，进行存储；

S74、根据各时间段的超温积分参数，判断超温异常所在时间节点，各时间段异常程度和异常变化趋势。

4.种基于积分算法的电气火灾监测预警设备，其特征在于，包括剩余电流检测模块（1）、微控制处理器模块（2）、通讯模块（3）、电压电流检测模块（5）和温度检测电路模块（6）；

剩余电流检测模块（1）用于采集电气回路上的剩余电流；

电压电流检测模块（5）用于对电气回路中的电压和负荷电流进行检测；

温度检测电路模块（6）用于对电气回路内部预设部位的温度进行检测；

微控制处理器模块（2）分别与剩余电流检测模块（1）、电压电流检测模块（5）和温度检测电路模块（6）连接，其内部设置有积分计算子模块（4）；微控制处理器模块（2）获取剩余电流并通过积分计算子模块（4）执行剩余电流对时间的积分运算，产生各时间段剩余电流积分冻结数据；微控制处理器模块（2）获取温度，在超过温度阀值时，通过积分计算子模块（4）执行温度与温度阀值的差值对时间的积分运算，产生各时间段超温积分冻结数据；微控制处理器模块（2）根据各时间段上的剩余电流积分、剩余电流、电压、负荷电流、温度及各时间段超温积分参数对电气回路进行多方面监测；

通讯模块（3）与微控制处理器模块（2）连接，微控制处理器模块（2）根据对电气回路的监测结果控制通讯模块（3）工作。

5.如权利要求4所述的基于积分算法的电气火灾监测预警设备，其特征在于，微控制处理器模块（2）获取剩余电流并通过积分计算子模块（4）执行剩余电流对时间的积分运算，产生各时间段剩余电流积分冻结数据，进行存储，并根据各时间段剩余电流积分冻结数据，对电气回路是否存在相关电气火灾隐患进行判断，监测预警。

6.如权利要求4所述的基于积分算法的电气火灾监测预警设备，其特征在于，微控制处理器模块（2）内设置有电压阈值、电流阈值和温度阀值，其将检测到的电气回路中的电压、负荷电流和温度分别与电压阈值、电流阈值和温度阀值进行比较，并根据比较结果对电气回路是否存在电气安全及电气火灾隐患进行判断。

7.如权利要求4所述的基于积分算法的电气火灾监测预警设备，其特征在于，微控制处理器模块（2）获取温度，在超过温度阀值时，通过积分计算子模块（4）执行温度与温度阀值的差值对时间的积分运算，产生各时间段超温积分冻结数据，并根据各时间段超温积分冻结数据，对电气回路是否存在相关电气火灾隐患进行判断，监测预警。

8.如权利要求4至7任一项所述的基于积分算法的电气火灾监测预警设备，其特征在于，积分计算子模块（4）为软件积分计算子模块（401），或者，积分计算子模块（4）为硬件积分计算子模块（402）。