CN109085470A - 一种弧光传感装置和设备健康状况判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种弧光传感装置，包括光信号采集模块、温度采集模块和电源模块，所述光信号采集模块包括紫外光信号采集模块和可见光信号采集模块，所述光信号采集模块和所述温度采集模块均与所述电源模块连接,并分别通过第一信号转换模块和第二信号转换模块连接于数据处理模块，所述数据处理模块与无线通信模块、所述电源模块连接，所述数据处理模块用于记录和分析光信号采集模块和温度采集模块采集的信号数据，并通过无线通信模块向远程监控中心发送数据。相比于现有技术中使用单一信号判断是否发生弧光，本发明用光信号采集模块和温度传感器采集弧光信号，用紫外光信号、可见光信号和温度信号进行综合判断，有利于提高弧光传感装置的准确性。

Description

一种弧光传感装置和设备健康状况判断方法

技术领域

本发明涉及弧光检测技术领域，具体涉及一种弧光传感装置和设备健康状况判断方法。

背景技术

电弧是放电过程中发生的一种现象，当两点之间的电压超过其工频绝缘强度极限时就会发生。当适当的条件出现时，一个携带着电流的等离子产生，直到电源侧的保护设备断开才会消失。电弧是高温高导电的游离气体，它不仅对触头有很大的破坏作用，而且使断开电路的时间延长。然而并不是所有电弧都会对设备产生危害，只有当触头两端的电压提供的能量足以补偿热损耗并维持适当的温度条件，电弧才会持续发生并对设备产生危害。

现有的弧光保护系统一般都是通过判断光信号中的紫外光来判断是否发生电弧故障，这种判断方式并不能检测出该电弧故障是否对设备产生危害，因此现有的弧光传感装置有时会发生误报，准确率低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种弧光传感装置，用于解决弧光传感装置准确率低的问题。

本发明的内容如下：

一种弧光传感装置，包括光信号采集模块、温度采集模块和电源模块，所述光信号采集模块包括紫外光信号采集模块和可见光信号采集模块，所述光信号采集模块和所述温度采集模块均与所述电源模块连接,并分别通过第一信号转换模块和第二信号转换模块连接于数据处理模块，所述数据处理模块与无线通信模块、所述电源模块连接，所述数据处理模块用于记录和分析所述光信号采集模块和所述温度采集模块采集的信号数据，并通过所述无线通信模块向远程监控中心发送数据。

优选的，所述第一信号转换模块包括依次连接在所述光信号采集模块与所述数据处理模块之间的第一UI转换模块、第一信号放大模块、第一低频滤波模块和第一AD转换模块；所述第二信号转换模块包括依次连接在所述光信号采集模块与所述数据处理模块之间的第二UI转换模块、第二信号放大模块、第二低频滤波模块和第二AD转换模块。

优选的，所述光信号采集模块采用PIN型光电二极管或采用紫外光传感器和可见光传感器,所述温度采集模块采用红外温度探头或红外热成像仪。

优选的，所述数据处理模块和所述无线通信模块集成于一PCB板上，所述PCB板和所述电源模块安装在壳体内，所述壳体上设置有绑带，所述光信号采集模块和所述温度采集模块通过设置在所述壳体一侧壁的通孔正对于被测设备。

优选的，所述电源模块采用电池。

优选的，所述电源模块采用CT取电模块。

优选的，所述CT取电模块包括CT取电环、绕制在所述CT取电环上的感应线圈和滤波稳压模块，所述感应线圈依次通过第一变压器、整流模块、过压保护模块、储能模块、电压检测模块、电压起振模块和第二变压器连接于所述滤波稳压模块。

优选的，所述绑带上设置有用于安装所述CT取电环的凹槽，所述CT取电环通过设置在所述壳体上的槽孔与所述CT取电模块连接。

一种设备健康状况判断方法，该方法基于所述的弧光传感装置实现，包括以下步骤：

a.采集信号数据，所述信号数据包括可见光信号数据、紫外光信号数据和温度信号数据；

b.分别判断紫外光信号、可见光信号和温度信号是否超过阈值，若任一信号超过阈值，则执行步骤c，若均没有超过阈值，则记录数据并返回步骤a；

c.分别确定紫外光信号的最大值和紫外光基本噪声的比值K1、可见光信号的最大值和可见光基本噪声的比值K2及温度信号的最大值与温度基本噪声的比值K3，

d.计算电弧数据：

当K3≤1时，未发生电弧的正常数据D＝K1*n1+K2*n2,其中n1、n2为根据设备电压等级进行调节的系数，正常数据的平均值：

当K3>1时，电弧发生的数据DE＝*,其中n3是根据设备的电压等级进行调节的系数，电弧发生时的数据平均值：

e.计算被测设备的健康状况参数其中，n和m的取值范围是1～50；

f.发送数据。

优选的，步骤c中所述紫外光基本噪声为最近100次小于35mv的数据的平均值，所述可见光基本噪声为最近100次的环境光采样数据的平均值，所述温度基本噪声为80。

本发明的有益效果为：相比于现有技术中使用单一信号判断是否发生弧光，本发明用光信号采集模块和温度传感器采集弧光信号，用紫外光信号、可见光信号和温度信号进行综合判断，有利于提高弧光传感装置的准确性。

附图说明

图1所示为本发明实施方式的原理框图；

图2所示为本发明采用电池的总体结构图；

图3所述为本发明采用CT取电模块的总体结构图；

图4所述为设备健康状况判断方法的流程图。

具体实施方式

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

请参照图1，本实施例公开了一种弧光传感装置，包括光信号采集模块、温度采集模块和电源模块，所述光信号采集模块包括紫外光信号采集模块和可见光信号采集模块，所述光信号采集模块和所述温度采集模块均与所述电源模块连接，并分别通过第一信号转换模块和第二信号转换模块连接于数据处理模块，所述数据处理模块与无线通信模块、所述电源模块连接所述数据处理模块用于记录和分析所述光信号采集模块和所述温度采集模块采集的信号数据，并通过所述无线通信模块向远程监控中心发送数据。所述无线通信模块的频段为433M、868M、915M或2.4G，可以避免铺设连接线路的麻烦，节约成本。

所述光信号采集模块采用PIN型光电二极管或采用紫外光传感器和可见光传感器。本实施例中所述信号采集模块采用PIN型光电二极管，所述PIN型光电二极管可以探测200～1050nm波长的光强度，用于采集紫外光信号和可见光信号。所述第一信号转换模块包括依次连接在所述光信号采集模块与所述数据处理模块之间的第一UI转换模块、第一信号放大模块、第一低频滤波模块和第一AD转换模块；所述温度信号采集模块采用红外测温探头或红外热成像仪，有利于提高温度信号的准确率，所述第二信号转换模块包括依次连接在所述温度采集模块与所述数据处理模块之间的第二UI转换模块、第二信号放大模块、第二低频滤波模块和第二AD转换模块。相比于现有技术中使用单一信号判断是否发生弧光，本实施例用光信号采集模块和温度采集模块采集弧光信号，用紫外光信号、可见光信号和温度信号进行判断是否发生弧光，有利于提高弧光传感装置的准确性。

请参照图2，所述数据处理模块和所述通信模块集成于一PCB板上，所述PCB板和电源模安装在壳体1内，所述壳体1上设置有绑带4，有利于安装在狭窄空间，如断路器的动触头5上。所述绑带4上设置有倒扣和扣环，有利于装置壳体的捆绑固定。光传感器2和温度传感器3通过设置在所述壳体一侧壁的通孔正对于被测设备。所述电源模块可以采用体积小的电池，有利于减小装置体积，也可以是CT取电模块，有利于提供稳定的电源。

请参照图3，本实施例的电源模块采用CT取电模块，所述CT取电模块包括CT取电环，所述CT取电环上绕制有感应线圈，所述感应线圈与滤波稳压模块连接，所述感应线圈依次通过第一变压器、整流模块、过压保护模块、储能模块、电压检测模块、电压起振模块和第二变压器连接于所述滤波稳压模块，将感应电流转换为直流电流。所述绑带4上设置有用于安装CT取电环的凹槽6，所述CT取电环通过设置在所述壳体1上的槽孔与所述CT取电模块连接，所述CT取电环安装在运行的设备线路上。

当高压设备正常运行时，是没有电弧发送的，仅有偶尔的电晕产生，所以光信号采集模块采集到的紫外光信号数据和可见光信号数据可以归入到基本噪声中，在本实施例中采样电压经过放大后一般都小于35mv，所以当紫外光信号的采样电压小于0.1v时可以认为是正常状态，则紫外光基本噪声为最近100次小于35mv的数据的平均值。当有电弧发生时，采集到的数据都是在紫外光基本噪声的5倍以上，所以当采样电压数据大于0.1v时可以认为有可能有电弧发生的。在紫外光信号没有超过阈值的情况下都认为是正常的环境光信息，并且取最近100次的环境光采样数据的平均值作为可见光基本噪声。当有紫外光信号超过阈值时，记录下最大的可见光信号数据，如果最可见光信号数据是可见光基本噪声的2倍以上，则认为是有电弧产生。被测设备运行时，如果温度小于80摄氏度，可以认为设备是正常运行。当设备有电弧产生(可见光信号超过阈值且紫外光信号也超过阈值)，记录被测设备在1分钟内的最高温度，如果最高的温度没有大于80摄氏度，则认为电弧没有危害产生，是一个正常电弧，没有对被测设备产生任何危害，所以温度信号的基本噪声的取值为80，小于80摄氏度的均按照80计算。通过电弧未发生时的弧光数据和电弧发生时的弧光数据，可以计算被测设备的健康状况参数SOC，根据健康状况参数SOC可以判断被测设备的健康状况。

请参照图4，基于本发明的弧光传感装置，本实施例公开的设备健康状态判断方法，包括以下步骤：

a.采集信号数据，所述信号数据包括可见光信号数据、紫外光信号数据和温度信号数据；

b.分别判断紫外光信号、可见光信号和温度信号是否超过阈值，若任一信号超过阈值，则执行步骤c，若均没有超过阈值，则记录数据并返回步骤a；

c.分别确定紫外光信号的最大值和紫外光基本噪声的比值K1、可见光信号的最大值和可见光基本噪声的比值K2及温度信号的最大值与温度基本噪声的比值K3，

d.计算电弧数据：

当K3≤1时，未发生电弧的正常数据D＝K1*n1+K2*n2,其中n1、n2为根据设备电压等级进行调节的系数，正常数据的平均值：

当K3>1时，电弧发生的数据DE＝*,其中n3是根据设备的电压等级进行调节的系数，电弧发生时的数据平均值：

e.计算被测设备的健康状况参数其中，n和m的取值范围是1～50；

f.发送数据。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (10)

1.一种弧光传感装置，其特征在于：包括光信号采集模块、温度采集模块和电源模块，所述光信号采集模块包括紫外光信号采集模块和可见光信号采集模块，所述光信号采集模块和所述温度采集模块均与所述电源模块连接,并分别通过第一信号转换模块和第二信号转换模块连接于数据处理模块，所述数据处理模块与无线通信模块、所述电源模块连接，所述数据处理模块用于记录和分析所述光信号采集模块和所述温度采集模块采集的信号数据，并通过所述无线通信模块向远程监控中心发送数据。

2.如权利要求1所述的弧光传感装置，其特征在于：所述第一信号转换模块包括依次连接在所述光信号采集模块与所述数据处理模块之间的第一UI转换模块、第一信号放大模块、第一低频滤波模块和第一AD转换模块；所述第二信号转换模块包括依次连接在所述光信号采集模块与所述数据处理模块之间的第二UI转换模块、第二信号放大模块、第二低频滤波模块和第二AD转换模块。

3.如权利要求1所述的弧光传感装置，其特征在于：所述光信号采集模块采用PIN型光电二极管或采用紫外光传感器和可见光传感器,所述温度采集模块采用红外温度探头或红外热成像仪。

4.如权利要求1所述的弧光传感装置，其特征在于：所述数据处理模块和所述无线通信模块集成于一PCB板上，所述PCB板和所述电源模块安装在壳体内，所述壳体上设置有绑带(4)，所述光信号采集模块和所述温度采集模块通过设置在所述壳体一侧壁的通孔正对于被测设备。

5.如权利要求4所述的弧光传感装置，其特征在于：所述电源模块采用电池。

6.如权利要求4所述的弧光传感装置，其特征在于：所述电源模块采用CT取电模块。

7.如权利要求6所述的弧光传感装置，其特征在于：所述CT取电模块包括CT取电环、绕制在所述CT取电环上的感应线圈和滤波稳压模块，所述感应线圈依次通过第一变压器、整流模块、过压保护模块、储能模块、电压检测模块、电压起振模块和第二变压器连接于所述滤波稳压模块。

8.如权利要求7所述的弧光传感装置，其特征在于：所述绑带(4)上设置有用于安装所述CT取电环的凹槽(6)，所述CT取电环通过设置在所述壳体上的槽孔与所述CT取电模块连接。

9.一种设备健康状况判断方法，该方法基于权利要求1-8中任一所述的弧光传感装置实现，其特征在于包括以下步骤：

a.采集信号数据，所述信号数据包括可见光信号数据、紫外光信号数据和温度信号数据；

b.分别判断紫外光信号、可见光信号和温度信号是否超过阈值，若任一信号超过阈值，则执行步骤c，若均没有超过阈值，则记录数据并返回步骤a；

c.分别确定紫外光信号的最大值和紫外光基本噪声的比值K1、可见光信号的最大值和可见光基本噪声的比值K2及温度信号的最大值与温度基本噪声的比值K3，

d.计算电弧数据：

当K3≤1时，未发生电弧的正常数据D＝K1*n1+K2*n2,其中n1、n2为根据设备电压等级进行调节的系数，正常数据的平均值：

当K3>1时，电弧发生的数据DE＝(K1*n1+K2*n2)*(K3*n3),其中n3是根据设备的电压等级进行调节的系数，电弧发生时的数据平均值：

e.计算被测设备的健康状况参数其中，n和m的取值范围是1～50；

f.发送数据。

10.如权利要求9所述的设备健康状况判断方法，其特征在于：步骤c中所述紫外光基本噪声为最近100次小于35mv的数据的平均值，所述可见光基本噪声为最近100次的环境光采样数据的平均值，所述温度基本噪声为80。