CN108196170B

CN108196170B - 一种故障电弧检测系统和方法

Info

Publication number: CN108196170B
Application number: CN201711459230.4A
Authority: CN
Inventors: 余琼芳; 李玉东; 余琼霞
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: CN108196170A

Abstract

本发明公开了一种故障电弧检测系统和方法，包括谐波幅值采集模块、温度采集模块、电流采集模块和数据处理器、数据库以及控制终端、报警模块和断电保护模块，数据处理器接收谐波幅值采集模块、温度采集模块和电流采集模块采集的信号，与数据库中信息进行特征级融合处理，计算出电流谐波幅值差L、温度值差M、电流幅值差N与设定的参数构建因果关系预测模型，其中加权平均值大于正常加权平均值10％，初步判断有故障电弧发生趋势，对故障电弧Y进行修正，可确定最终的结果，异常时，报警同时自动切断低压配电柜的供电电源，能够及时有效地预测故障电弧发生，提醒相关人员及时检修，大大降低了因故障电弧造成低压配电柜火灾发生的概率。

Description

一种故障电弧检测系统和方法

技术领域

本发明涉及故障电弧检测技术领域，特别是涉及一种故障电弧检测系统和方法。

背景技术

目前，低压配电柜在建筑中应用非常广泛，调节整栋建筑的家庭用电，而高层建筑低压配电柜火灾的发生也屡见不鲜，为人们的财产和生命带来极大的损失。

低压配电柜火灾发生的主要原因就是故障电弧引起的，由于故障电弧发生的时间非常短，故障电弧发生的特征量也比较少，因此很难及时准确的防范故障电弧，而目前故障电弧检测也只是起到故障电弧发生时的及时报警的效果，而并不能够及时提前预测故障电弧发生。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种故障电弧检测系统和方法，具有构思巧妙、人性化设计的特性，有效地解决了低压配电柜并不能够及时提前预测故障电弧发生问题。

其解决的技术方案是，包括谐波幅值采集模块、温度采集模块、电流采集模块和数据处理器、数据库以及控制终端、报警模块和断电保护模块，所述谐波幅值采集模块、温度采集模块和电流采集模块分别实时采集低压配电柜工作时线路中的电流谐波幅值数据、温度数据和电流幅值数据；

所述数据库存储低压配电柜正常工作时线路中的电流谐波幅值数据、温度数据和电流幅值数据；

所述数据处理器接收谐波幅值采集模块、温度采集模块和电流采集模块采集的电流谐波幅值数据、温度数据和电流幅值数据，且能够提取数据库中的数据信息与接收的数据信号进行特征级融合处理；

所述控制终端接收数据处理器特征级融合处理后的数据，构建因果关系预测模型，进行故障电弧判定，当判定有故障电弧发生的趋势时，控制报警模块报警并同时控制断电保护模块自动切断低压配电柜的供电电源。

优选地，所述数据处理器和控制终端具体工作步骤如下，

S1，控制终端控制数据处理器对数据库信息预处理，提取数据库中的数据信息，分别设电流谐波幅值A、温度值B、电流幅值C；

S2，数据处理器接收谐波幅值采集模块、温度采集模块和电流采集模块采集的信号，分别设电流谐波幅值a、温度值b、电流幅值c；

S3，数据处理器对步骤S1、S2中的数据进行特征级融合处理，将六种数据信号依据同一频率进行两两数据融合，融合后的数据为电流谐波幅值(A，a)、温度值(B，b)、电流幅值(C、c)；

S4,控制终端接收数据处理器特征级融合处理后的数据信号，分别计算出电流谐波幅值A-a、温度值B-b、电流幅值C-c差的绝对值，分别设电流谐波幅值差L、温度值差M、电流幅值差N；

S5，控制终端根据电流谐波幅值差L、温度值差M、电流幅值差N与设定的参数构建因果关系预测模型，当判定有故障电弧发生的趋势时，控制报警模块报警并同时控制断电保护模块自动切断低压配电柜的供电电源。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；

1，控制终端控制数据处理器对数据库信息预处理，选择数据库中该低压配电柜使用时的同一负载正常工作时的数据信息，提取数据库中的数据信息，分别设电流谐波幅值A、温度值B、电流幅值C；数据处理器接收谐波幅值采集模块、温度采集模块和电流采集模块采集的信号，分别设电流谐波幅值a、温度值b、电流幅值c，控制终端根据电流谐波幅值差L、温度值差M、电流幅值差N与设定的参数构建因果关系预测模型，当判定有故障电弧发生的趋势时，控制报警模块报警并同时控制断电保护模块自动切断低压配电柜的供电电源，其中设定的参数为电流谐波幅值差L、温度值差M、电流幅值差N大于或等于参数值时，将大概率会发生故障电弧，否则检测正常，能够及时有效地预测故障电弧发生，提醒相关人员及时检修，大大降低了因故障电弧造成低压配电柜火灾发生的概率。

2，控制终端根据引起故障电弧发生的电流谐波幅值、温度值、电流幅值三个重要因素，分别设置权重、计算出平均值与低压配电柜正常工作时线路中的电流谐波幅值、温度和电流幅值加权平均值P0比较，初步判断有无故障电弧发生趋势，判断有故障电弧发生趋势时，计算故障电弧前后两期数据的算术平均值对故障电弧Y进行修正，最准预测出是否会有故障电弧发生，能有效的预测有无故障电弧发生趋势，同时降低了误报率，具有更高的准确性和可信度。

附图说明

图1为本发明一种故障电弧检测系统和方法的整体流程图。

图2为本发明一种故障电弧检测系统和方法的数据处理器和控制终端工作流程图。

图3为本发明一种故障电弧检测系统和方法的因果关系预测模型流程图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

为了验证本发明的可行性以及实际使用的效果，下面进行举例分析验证本方法。

实施例一，一种故障电弧检测系统和方法，包括谐波幅值采集模块、温度采集模块、电流采集模块和数据处理器、数据库以及控制终端、报警模块和断电保护模块，所述谐波幅值采集模块、温度采集模块和电流采集模块分别实时采集低压配电柜工作时线路中的电流谐波幅值数据、温度数据和电流幅值数据；

所述数据库存储低压配电柜正常工作时线路中的电流谐波幅值数据、温度数据和电流幅值数据，该数据为低压配电柜不同负载的正常工作时电流谐波幅值数据、温度数据和电流幅值数据；所述数据处理器接收谐波幅值采集模块、温度采集模块和电流采集模块采集的电流谐波幅值数据、温度数据和电流幅值数据，控制终端控制数据处理器提取数据库中与低压配电柜使用时的同一负载正常工作时的数据信息，数据处理器提取数据库中的数据信息与接收的数据信号进行特征级融合处理；所述控制终端接收数据处理器特征级融合处理后的数据，构建因果关系预测模型，进行故障电弧判定，当判定有故障电弧发生的趋势时，控制报警模块报警并同时控制断电保护模块自动切断低压配电柜的供电电源。

实施例二，在实施例一的基础上，所述数据处理器和控制终端具体工作步骤如下，

S1，控制终端控制数据处理器对数据库信息预处理，选择数据库中该低压配电柜使用时的同一负载正常工作时的数据信息，提取数据库中的数据信息，分别设电流谐波幅值A、温度值B、电流幅值C；

S2，数据处理器接收谐波幅值采集模块、温度采集模块和电流采集模块采集的信号，分别设电流谐波幅值a、温度值b、电流幅值c，其中谐波幅值采集模块、温度采集模块和电流采集模块的工作原理以及芯片的选取为本领域技术人员的常规技术手段，故不在此详述；

S5，控制终端根据电流谐波幅值差L、温度值差M、电流幅值差N与设定的参数构建因果关系预测模型，当判定有故障电弧发生的趋势时，控制报警模块报警并同时控制断电保护模块自动切断低压配电柜的供电电源，其中加权平均值大于正常加权平均值10％时，将大概率会发生故障电弧，否则检测正常。

实施例三，在实施例二的基础上，所述控制终端根据引起故障电弧发生的电流谐波幅值、温度值、电流幅值三个重要因素，分别设置权重、计算出平均值与低压配电柜正常工作时线路中的电流谐波幅值、温度和电流幅值加权平均值P0比较，初步判断有无故障电弧发生趋势，判断有故障电弧发生趋势时，计算故障电弧前后两期数据的算术平均值对故障电弧Y进行修正，最准预测出是否会有故障电弧发生，能有效的预测有无故障电弧发生趋势，同时降低了误报率，具有更高的准确性和可信度，构建因果关系预测模型，进行故障电弧判定，具体工作步骤如下，

步骤1，根据引起故障电弧发生的因素，分别设置电流谐波幅值的权重W1为45％、温度值差的权重W2为30％、电流幅值差的权重W3为25％；

步骤2，根据电流谐波幅值差L、温度值差M、电流幅值差N与其所占权重，计算出加权平均值P，P＝(L×W1+M×W2+N×W3)/W1+W2+W3；

步骤3，根据所测加权平均值P与低压配电柜正常工作时线路中的正常加权平均值P0比较，判断有无异常，若超过正偏差10％，则判断结果为故障电弧Y，否则为Z；

步骤4，故障电弧Y1时，计算故障电弧Y1前后两期数据的算术平均值对故障电弧Y进行修正，即

可计算故障电弧Y1前后若干期数据的算术平均值对故障电弧Y进行修正，期数越多，预测越可靠；

步骤5，最后再计算修正后

与正常加权平均值P0比较，即可确定最终的结果，异常为YY，否则为Z，异常为YY时，控制终端控制报警模块报警并同时控制断电保护模块自动切断低压配电柜的供电电源。

本发明具使用时，一种故障电弧检测系统和方法，包括谐波幅值采集模块、温度采集模块、电流采集模块和数据处理器、数据库以及控制终端、报警模块和断电保护模块，所述谐波幅值采集模块、温度采集模块和电流采集模块分别实时采集低压配电柜工作时线路中的电流谐波幅值数据、温度数据和电流幅值数据；所述数据库存储低压配电柜正常工作时线路中的电流谐波幅值数据、温度数据和电流幅值数据，该数据为低压配电柜不同负载的正常工作时电流谐波幅值数据、温度数据和电流幅值数据；控制终端控制数据处理器对数据库信息预处理，选择数据库中该低压配电柜使用时的同一负载正常工作时的数据信息，提取数据库中的数据信息，分别设电流谐波幅值A、温度值B、电流幅值C；数据处理器接收谐波幅值采集模块、温度采集模块和电流采集模块采集的信号，分别设电流谐波幅值a、温度值b、电流幅值c，其中谐波幅值采集模块、温度采集模块和电流采集模块的工作原理以及芯片的选取为本领域技术人员的常规技术手段，故不在此详述；数据处理器对步骤S1、S2中的数据进行特征级融合处理，将六种数据信号依据同一频率进行两两数据融合，融合后的数据为电流谐波幅值(A，a)、温度值(B，b)、电流幅值(C、c)；控制终端接收数据处理器特征级融合处理后的数据信号，分别计算出电流谐波幅值A-a、温度值B-b、电流幅值C-c差的绝对值，分别设电流谐波幅值差L、温度值差M、电流幅值差N与分别设置的权重，计算出平均值，与低压配电柜正常工作时线路中的电流谐波幅值、温度和电流幅值加权平均值P0比较，初步判断有无故障电弧发生趋势，判断有故障电弧发生趋势时，计算故障电弧前后两期数据的算术平均值对故障电弧Y进行修正，最准预测出是否会有故障电弧发生，能有效的预测有无故障电弧发生趋势，同时降低了误报率，具有更高的准确性和可信度。

以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种故障电弧检测系统和方法，包括谐波幅值采集模块、温度采集模块、电流采集模块和数据处理器、数据库以及控制终端、报警模块和断电保护模块，其特征在于，所述谐波幅值采集模块、温度采集模块和电流采集模块分别实时采集低压配电柜工作时线路中的电流谐波幅值数据、温度数据和电流幅值数据；

所述控制终端接收数据处理器特征级融合处理后的数据，构建因果关系预测模型，进行故障电弧判定，当判定有故障电弧发生的趋势时，控制报警模块报警并同时控制断电保护模块自动切断低压配电柜的供电电源；

所述数据处理器和控制终端具体工作步骤如下，

S1，控制终端控制数据处理器对数据库信息预处理，提取数据库中的数据信息，分别设电流谐波幅值 A、温度值B、电流幅值 C；

S2，数据处理器接收谐波幅值采集模块、温度采集模块和电流采集模块采集的信号，分别设电流谐波幅值 a、温度值b、电流幅值c；

S3，数据处理器对步骤S1、S2 中的数据进行特征级融合处理，将六种数据信号依据同一频率进行两两数据融合，融合后的数据为电流谐波幅值A，a、温度值B，b、电流幅值C，c；

S4, 控制终端接收数据处理器特征级融合处理后的数据信号，分别计算出电流谐波幅值A-a、温度值 B-b、电流幅值 C-c 差的绝对值，分别设电流谐波幅值差L、温度值差 M、电流幅值差N；

S5，控制终端根据电流谐波幅值差 L、温度值差 M、电流幅值差 N 与设定的参数构建因果关系预测模型，当判定有故障电弧发生的趋势时，控制报警模块报警并同时控制断电保护模块自动切断低压配电柜的供电电源；

所述控制终端构建因果关系预测模型，进行故障电弧判定，具体工作步骤如下，

步骤1，分别设置电流谐波幅值的权重W1为45％、温度值差的权重W2为30％、电流幅值差的权重W3为25％；

步骤2，根据电流谐波幅值差L、温度值差M、电流幅值差N与其所占权重，计算出加权平均值P，

P=（L×W1+ M×W2+N×W3）/ W1+W2+W3；

步骤3，根据所测加权平均值P与正常加权平均值P0比较，判断有无异常，若超过正偏差10％，则判断结果为故障电弧Y，否则为Z；

步骤4，故障电弧Y时，计算故障电弧Y前后两期数据的算术平均值对故障电弧Y进行修正，即

步骤5，再计算修正后

与正常加权平均值P0比较，即可确定最终的结果，异常为YY，否则为Z。