CN105676088A - 一种故障电弧探测装置的测试设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种故障电弧探测装置的测试设备及方法，其利用线路电流信号以及电弧发生器或者碳化路径两端的电压信号作为依据，以电流波形的过零点作为起始点，对电压波形的特征进行识别，能够准确的进行故障电弧个数进行统计，通过故障电弧检测装置的报警信号与固定时间窗内的故障电弧个数进行比较，能够准确的测试故障检测装置的报警性能是否满足要求，具有较高的准确度，提高测试效率。

Description

一种故障电弧探测装置的测试设备和方法

技术领域

本发明涉及的是一种故障电弧探测装置的测试设备和方法。

背景技术

故障电弧探测装置作为电气火灾监控设备的一部分，相关的标准已经颁布。准确测试故障电弧探测装置的报警性能，是判断故障电弧探测装置合格与否的关键。

由于故障电弧检测装置的相关国家标准刚刚颁布，产品的测试设备还比较不完善。目前，故障电弧检测装置的报警性能测试是通过示波器等设备采集波形，人眼判断故障电弧个数来完成的。由于故障电弧探测装置的报警性能与连续时间内(例如，任意连续0.5s内)的电弧个数以及其报警时间有关，因此，人眼观察电流波形的变化，不能有效保证其准确性，而且需要较长的时间，尤其在故障电弧为不连续的时候，并且工作效率低下。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提出了一种故障电弧探测装置的测试设备和方法，其利用线路电流信号以及电弧发生器或者碳化路径两端的电压信号作为依据，以电流波形的过零点作为起始点，对电压波形的特征进行识别，能够准确的进行故障电弧个数进行统计，通过故障电弧检测装置的报警信号与固定时间窗内的故障电弧个数进行比较，能够准确的测试故障检测装置的报警性能是否满足要求。

该种故障电弧探测装置的测试设备，包括电流互感器、电压互感器、数据采集卡、信号处理电路，计算机和人机交互界面，其中电流互感器用于感应电气线路中的电流波形，电压互感器感应电弧发生器或者碳化路径两端的电压，电流互感器和电压互感器输出的波形信号分别输入至信号处理电路，信号处理电路将所述波形信号转换为电压信号，数据采集卡采集信号处理电路输出的电压信号，并发送至计算机，计算机对数据采集卡发送的信号进行处理，并将处理结果显示在人机交互界面。

该故障电弧探测装置的测试方法，包括：

第一步，采集电气线路的电流波形数据以及电弧发生器或者碳化路径两端的电压波形数据，并对其进行处理，形成电流波形信号和电压波形信号；

第二步，逐点判断采集的电流波形信号是否过零点；

第三步，若电流波形信号过零点，则进行当前半波电压波形信号方差的计算，其中所述的当前半波为最近的两个过零点之间的1个工频半波；

第四步，判断第三步中计算的方差是否大于阈值，若大于阈值，则认为该半波为电弧，在固定时间移动窗中当前位置写入1，反之，则写入0；

第五步，统计固定时间移动窗内已有的电弧个数；

第六步，确认是否采集到故障电弧探测装置的报警信号，若采集到报警信号并且固定时间移动窗内的电弧个数小于最大允许值，则判断为合格；若固定时间移动窗内的电弧个数大于最大允许值，并且未在规定时间内收到被测故障电弧探测装置的报警信号，则该故障电弧检测装置为不合格。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图1为故障电弧探测装置的检测设备的系统框图。

图2为未发生电弧时的电流互感器和电压互感器的输出波形

图3为发生电弧时的电流互感器和电压互感器的输出波形。

图4为故障电弧探测装置的检测设备中使用的固定时间移动窗。

图5为根据本发明实施例的故障电弧探测装置的检测方法的流程图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图详细描述本发明提供的实施例。

如图1所示，所述设备包括电流互感器、电压互感器、数据采集卡、计算机、信号处理电路和人机交互界面。其中电流互感器用于感应电气线路中的电流波形。由于在进行测试时，故障电弧的发生点为已知(即电弧发生器或者碳化路径)，因此，可用电压互感器感应电弧发生器或者碳化路径两端的电压。电流互感器和电压互感器的输出分别输入信号处理电路，信号处理电路分别将电流互感器和电压互感器的输出波形信号转换为电压信号，并对电流波形信号进行低通滤波处理。数据采集卡采集信号处理电路的输出，并输入至计算机，计算机通过至少一种算法处理进行故障电弧的算法识别，当所检测的信号满足故障电弧条件，将此判定为一个故障电弧，并将得到的结果写入固定时间移动窗内。通过对时间移动窗内的故障电弧事件进行统计，并将统计的结果显示在人机交互界面。

所述的电流互感器和电压互感器所输出的波形如图2所示和图3所示。图2是电弧发生器或者碳化路径处于完全接触导通状态，即未有电弧发生时的电流波形和电压波形，由于电弧发生器和碳化路径本身具有一定的阻抗，因此电压互感器的输出波形具有一个较小的正弦波输出。图3为发生电弧时的电流波形和电压波形。对比图2和图3的波形可知，电弧发生时，电流的变化较为不明显，而电压波形发生较大的变化，其电压与电流周期相关，在过零点处出现较大的值。因此，本设计以电流过零点作为半波起始的依据。计算半波内的电压方差，并根据方差判断该半波是否为发生电弧。

所述的固定时间移动窗如图4所示。该固定时间移动窗为1s，对应的1s内包含工频50Hz的100个半波，每个半波单元内的数据表示发生电弧的状态，单元内的数据为0时，对应的半波为非电弧；单元内的数据为1时。对应的半波为电弧。固定时间移动窗将根据时间实时移动，每次存储最新半波状态时，固定时间移动窗整体往右移动，即删除最早(图4中的最左边)的单元，添加最新的单元(图4中的最右边)。如图4所示，移动时，移出最早保存状态的单元，并在移动窗最后添加最近半波的状态单元。

根据本发明实施例的故障电弧探测装置的检测方法的流程图如图5所示。

第一步，采集电气线路的电流波形数据以及电弧发生器或者碳化路径两端的电压波形数据，并对其进行处理，形成电流波形信号和电压波形信号，其中采集电流波形数据和电压波形数据的采样率至少为6.4kSa/S,即一个工频(50Hz)半波至少为64个采样点，其采集模式为连续采集；

第二步，逐点判断采集的电流波形信号是否是过零点；

第三步，若电流波形信号为过零点，则进行当前半波电压波形信号方差的计算，其中所述的当前半波为最近的两个电流波形信号过零点之间的1个工频半波。所述方差S²计算如下：

求取平均值 $M=\frac{x_1+x_2+x_3+...+x_n}{n}$

半波电压数据方差 $S^2=\frac{{(x_1-M)}^2+{(x_2-M)}^2+{(x_3-M)}^2+...+{(x_n-M)}^2}{n}$ (x₁,x₂,x₃…x_n为一个半波内的电压波形信号,n为采集点的数量，例如为64)

第四步，判断第三步中计算的方差是否大于阈值，若大于阈值，则认为该半波为电弧，在固定时间移动窗中当前位置写入1，反之，则写入0；

第五步，统计固定时间移动窗内已有的电弧个数。

第六步，确认是否采集到故障电弧探测装置的报警信号，若采集到报警信号并且固定时间移动窗内的电弧个数小于最大允许值(可根据电流大小设定)，则判断为合格；若固定时间移动窗内的电弧个数大于最大允许值，并且未在规定时间内收到被测故障电弧探测装置的报警信号，则该故障电弧检测装置为不合格。

本测试设备能够准确的对故障电弧进行计数，并通过软件自动判别被测装置是否合格，具有较高的准确度，提高测试效率。其中，本测试设备可采用嵌入式系统设计，以及采用其他方法对电压波形信号进行计算，例如统计电压波形信号出现较大数值的点数等。

以上实施例是本发明较优选具体实施方式的一种，本领域技术人员在本技术方案范围内进行的通常变化和替换应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种故障电弧探测装置的测试设备，包括电流互感器、电压互感器、数据采集卡、信号处理电路，计算机和人机交互界面，其中电流互感器用于感应电气线路中的电流波形，电压互感器感应电弧发生器或者碳化路径两端的电压，电流互感器和电压互感器输出的波形信号分别输入至信号处理电路，信号处理电路将所述波形信号转换为电压信号，数据采集卡采集信号处理电路输出的电压信号，并发送至计算机，计算机对数据采集卡发送的信号进行处理，并将处理结果显示在人机交互界面。

2.一种故障电弧探测装置的测试方法，包括：

第一步，采集电气线路的电流波形数据以及电弧发生器或者碳化路径两端的电压波形数据，并对其进行处理，形成电流波形信号和电压波形信号

第二步，逐点判断采集的电流波形信号是否是过零点；

第三步，若电流波形信号为过零点，则进行当前半波电压波形信号方差的计算，其中所述的当前半波为电流波形信号最近的两个过零点之间的1个工频半波；

第四步，判断当前计算的方差是否大于阈值，若大于阈值，则认为该半波为电弧，在固定时间移动窗中当前位置写入1，反之，则写入0；

第五步，统计固定时间移动窗内已有的电弧个数；

第六步，确认是否采集到故障电弧探测装置的报警信号，若采集到报警信号并且固定时间移动窗内的电弧个数小于最大允许值，则判断为合格；若固定时间移动窗内的电弧个数大于最大允许值，并且未在规定时间内收到被测故障电弧探测装置的报警信号，则该故障电弧检测装置为不合格。

3.如权利要求2所述的测试方法，其中在第一步中，采集电流波形数据和电压波形数据的采样率至少为6.4kSa/S，采集模式为连续采集。

4.如权利要求2所述的测试方法，其中在第三步中，所述方差S²计算如下：

求取平均值 $M=\frac{x_1+x_2+x_3+...+x_n}{n}$

半波电压数据方差 $S^2=\frac{{(x_1-M)}^2+{(x_2-M)}^2+{(x_3-M)}^2+...+{(x_n-M)}^2}{n}$

其中，x₁,x₂,x₃…x_n为一个半波内的电压波形信号,n为采集点的数量。