CN110632550A - 智能电表接线端子接触不良检测方法、电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电表接线端子接触不良检测方法、电路及装置。所述电路包括电流采样电路，设置于火线及零线的进出线接线端子之间，且分别与预检电路及信号调理电路连接，对火线电流信号及零线电流信号进行采集；预检电路与检测芯片连接，分别从零线电流信号中获取第一高频信号及从火线电流信号中获取第二高频信号；信号调理电路与检测芯片连接，对火线电流信号及零线电流信号分别进行调整，获得对应的第一调整信号及第二调整信号；检测芯片根据第一高频信号及第二高频信号确定是否有疑似电弧，在有疑似电弧时分别对第一调整信号及第二调整信号进行采样后判断接线端子是否接触不良，如此可在早期发现端子是否松动，提高了检测灵敏度及安全性。

Description

智能电表接线端子接触不良检测方法、电路及装置

技术领域

本发明涉及电气检测技术领域，尤其涉及一种智能电表接线端子接触不良检测方法、电路及装置。

背景技术

电缆接线端子普遍采用金属材料制造，在使用过程中受气候变化、加工工艺、氧化等因素制约，容易造成连接处压接不紧、压力不够，或触头间接触部分发生变化引起接触电阻增大，并易引起拉弧等，导致设备运转时局部温度升高，甚至引发火灾、烧坏设备。日常巡检无法实现频繁地打开线盒离线检测接线端子是否松动，因此，电缆头接触松动已经成为用电保护的漏洞。

目前业界对接线端子松动的在线检测方法，主要利用松动后的端子与线缆之间接触电阻过大易造成接触部分发热这一特征，通过检测端子的温度来判断端子是否松动，这种方式技术实现难度和成本较低，但是需要在电缆接线端子下布置红外或热敏电阻等检测元件，加工、装配工艺要求较为复杂，同时需要严格保证绝缘，若热敏电阻的陶瓷绝缘外壳受应力破损，将造成系统性的绝缘破坏，易引发触电危险。其次，测温方式通过设定一个端子过温阈值来实现，该阈值为一个可能引起端子融化或引发火灾的阈值，体现的是长期的松动以及大电流下的发热，在端子松动的初期或线路电流不大的情况下不易发现，灵敏度不高。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种智能电表接线端子接触不良检测方法、电路及装置，旨在解决现有技术中对接线端子在线检测灵敏度及安全性不高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种智能电表接线端子接触不良检测电路，所述电路包括电流采样电路、预检电路、信号调理电路及检测芯片；其中，

所述电流采样电路，设置于火线的进出线接线端子之间及零线的进出线接线端子之间，且分别与所述预检电路及所述信号调理电路连接，所述电流采样电路用于对火线电流信号及零线电流信号进行采集，并发送所述火线电流信号及所述零线电流信号至所述预检电路及所述信号调理电路；

所述预检电路，与所述检测芯片连接，用于接收所述火线电流信号及所述零线电流信号，并分别从所述零线电流信号中获取频率不小于第一预设阈值的第一高频信号及从所述火线电流信号中获取频率不小于第一预设阈值的第二高频信号，以发送所述第一高频信号及所述第二高频信号至所述检测芯片；

所述信号调理电路，与所述检测芯片连接，用于对所述火线电流信号及所述零线电流信号分别进行调整，获得对应的第一调整信号及第二调整信号，并发送所述第一调整信号及所述第二调整信号至所述检测芯片；

所述检测芯片，用于根据所述第一高频信号及所述第二高频信号确定是否有疑似电弧，在有疑似电弧时分别对所述第一调整信号及所述第二调整信号进行采样，对应获得第一待检电流信号及第二待检电流信号，并获取各待检电流信号中的特征向量组，根据所述特征向量组判断接线端子是否接触不良。

优选地，所述电流采样电路包括第一电流采样单元及第二电流采样单元，所述预检电路包括第一预检单元及第二预检单元，所述信号调理电路包括第一信号调理单元及第二信号调理单元，所述检测芯片包括第一模数转换器、第一计数器、第二模数转换器、第二计数器、或门及微控制器；其中，

所述第一电流采样单元设置于零线的进出线接线端子之间，且分别与所述第一预检单元及所述第一信号调理单元连接；

所述第一预检单元与所述第一模数转换器连接；

所述第一信号调理单元与所述第一计数器连接；

所述第二电流采样单元设置于火线的进出线接线端子之间，且分别与所述第二预检单元及所述第二信号调理单元连接；

所述第二预检单元与所述第二模数转换器连接；

所述第二信号调理单元与所述第二计数器连接；

所述第一模数转换器分别与所述或门的输出端及所述微控制器连接；

所述第二模数转换器分别与所述或门的输出端及所述微控制器连接；

所述第一计数器及所述第二计数器分别与所述或门输入端连接。

优选地，所述第一预检单元包括第一高通滤波器及第一比较器，所述第二预检单元包括第二高通滤波器及第二比较器；所述第一高通滤波器分别与所述第一采样单元、所述第一信号调理单元及所述第一比较器连接，所述第一比较器与所述第一计数器连接；所述第二高通滤波器分别与所述第二采样单元、所述第二信号调理单元及所述第二比较器连接，所述第二比较器与所述第二计数器连接。

本发明还提出一种智能电表接线端子接触不良检测方法，所述智能电表接线端子接触不良检测方法包括以下步骤：

获取零线电流信号及火线电流信号；

分别从所述零线电流信号中获取频率不小于第一预设阈值的第一高频信号及从所述火线电流信号中获取频率不小于第一预设阈值的第二高频信号；

分别检测所述第一高频信号及所述第二高频信号中是否有疑似电弧；

在检测到疑似电弧时获取所述火线电流信号和所述零线电流信号对应的第一待检电流信号及第二待检电流信号；

获取各待检电流信号中的特征向量组；

根据所述特征向量组判断接线端子是否接触不良。

优选地，所述分别检测所述第一高频信号及所述第二高频信号中是否有疑似电弧的步骤，包括：

分别在第一预设时间内统计所述第一高频信号中的第一高频脉冲数及所述第二高频信号中的第二高频脉冲数；

当所述第一高频脉冲数或所述第二高频脉冲数大于第二预设阈值时，判定有疑似电弧。

优选地，所述获取各待检电流信号中的特征向量组的步骤，包括：

在第二预设时间内分别对所述第一待检电流信号及所述第二待检电流信号进行快速傅氏变换，对应获得具有频谱信息的第一数据及第二数据；

分别从所述第一数据及所述第二数据中获取预设频率对应的第一幅度值及第二幅度值；

分别将所述第一幅度值及所述第二幅度值向量化，对应形成第一特征向量组及第二特征向量组。

优选地，所述根据所述特征向量判断接线端子是否接触不良的步骤，包括：

根据预设公式计算所述第一特征向量组及所述第二特征向量组的平方和值；

在所述平方和值不小于第三预设阈值时，判定接线端子接触不良；其中，所述预设公式为：

其中，α为第一平方和值，n为所述预设频率中频率点的个数，FD1为第一特征向量组，FD2为第二特征向量组；

或，所述预设公式为：

其中，α’为第二平方和值，n为所述预设频率中频率点的个数，FD1为第一特征向量组，FD2为第二特征向量组，K(i)为第i个频率点对应的第一加权系数。

优选地，所述获取所述待检电流信号中的特征向量的步骤，包括：

分别将所述第一待检电流信号及所述第二待检电流信号进行数字带通滤波，对应获得滤波后的第三数据及第四数据；

分别计算第二预设时间内所述第三数据的有效值及所述第四数据的有效值；

分别将所述第三数据的有效值和第四数据的有效值向量化，对应形成第三特征向量组及第四特征向量组。

优选地，所述根据所述特征向量判断接线端子是否接触不良的步骤，包括：

根据预设公式计算所述第三特征向量组及所述第四特征向量组的平方和值；

在所述平方和值不小于第三预设阈值时，判定接线端子接触不良；其中，所述预设公式为：

其中，β为第三平方和值，n为所述预设频率中频率点的个数，UD1为第三特征向量组，UD2为第四特征向量组；

或，所述预设公式为：

其中，β’为第四平方和值，n为所述预设频率中频率点的个数，UD1为第三特征向量组，UD2为第四特征向量组，H(i)为第i个频率点对应的第二加权系数。

本发明还提出一种智能电表接线端子接触不良检测装置，所述智能电表接线端子接触不良检测装置包括如上所述的智能电表接线端子接触不良检测电路或应用如上所述的智能电表接线端子接触不良检测方法。

本发明通过电流采样电路设置于火线及零线的进出线接线端子之间，且分别与预检电路及信号调理电路连接，对火线电流信号及零线电流信号进行采集；预检电路与检测芯片连接，分别从零线电流信号中获取第一高频信号及从火线电流信号中获取第二高频信号；信号调理电路与检测芯片连接，对火线电流信号及零线电流信号分别进行调整，获得对应的第一调整信号及第二调整信号；检测芯片根据第一高频信号及第二高频信号确定是否有疑似电弧，在有疑似电弧时分别对所述第一调整信号及所述第二调整信号进行采样，对应获得第一待检电流信号及第二待检电流信号，并获取各待检电流信号中的特征向量组，根据所述特征向量组判断接线端子是否接触不良，如此可在早期发现端子是否松动，提高了检测灵敏度及安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明智能电表接线端子接触不良检测电路一实施例的功能模块图；

图2是本发明智能电表接线端子接触不良检测电路一实施例的应用场景示意图；

图3是本发明智能电表接线端子接触不良检测电路一实施例的结构示意图；

图4是本发明智能电表接线端子接触不良检测电路应用于智能电表的布置示意图；

图5是本发明智能电表接线端子接触不良检测方法一实施例的流程示意图；

图6是有无阻抗抑制时电弧高频特征随频率的分布。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	电流采样电路	1	火线L进线
200	预检电路	2	火线L出线(进户线)
				300	信号调理电路	3	零线N进线
IC	检测芯片	4	零线N出线(进户线)
				110	第一电流采样单元	5	火线L(进户线)电流传感器
120	第二电流采样单元	6	零线N(进户线)电流传感器
				210	第一预检单元	7	继电器
220	第二预检单元	8	表壳

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提供一种智能电表接线端子接触不良检测电路。

参照图1，在一实施例中，所述电路包括电流采样电路100、预检电路200、信号调理电路300及检测芯片IC；其中，所述电流采样电路100，设置于火线L的进出线接线端子之间及零线N的进出线接线端子之间，且分别与所述预检电路200及所述信号调理电路300连接，所述电流采样电路100用于对火线电流信号及零线电流信号进行采集，并发送所述火线电流信号及所述零线电流信号至所述预检电路200及所述信号调理电路300；所述预检电路200，与所述检测芯片IC连接，用于接收所述火线电流信号及所述零线电流信号，并分别从所述零线电流信号中获取频率不小于第一预设阈值的第一高频信号及从所述火线电流信号中获取频率不小于第一预设阈值的第二高频信号，以发送所述第一高频信号及所述第二高频信号至所述检测芯片IC；所述信号调理电路300，与所述检测芯片IC连接，用于对所述火线电流信号及所述零线电流信号分别进行调整，获得对应的第一调整信号及第二调整信号，并发送所述第一调整信号及所述第二调整信号至所述检测芯片IC；所述检测芯片IC，用于根据所述第一高频信号及所述第二高频信号确定是否有疑似电弧，在有疑似电弧时分别对所述第一调整信号及所述第二调整信号进行采样，对应获得第一待检电流信号及第二待检电流信号，并获取各待检电流信号中的特征向量组，根据所述特征向量组判断接线端子是否接触不良。

需要说明的是，由于电表接线端子松动大体分为两种场景：其一为端子松动，端子与线缆通过空气间隙拉弧；其二为接触电阻过大，尤其是点接触的情况，在大电流下易融化接触点，形成空气间隙，从而产生拉弧。本实施例利用线路中是否出现疑似电弧作为端子松动的先决判断条件。

易于理解的是，疑似电弧可分为3大类，会出现在5种位置：电表处电弧(电表火线L端子、电表零线N端子)、室内电弧(室内线路、室内设备接线端子)、室内谐波干扰(无弧)；其中，电表至室内的进户线很长，虽然有可能发生电弧，但进户线的材质和布置管道都有严格的要求，引起电弧的概率极低，因此这里不再考虑。

电弧的有效检测手段是利用电流高频部分特征。由于线路中产生电弧，并不一定是电表接线端子上产生的，用户线路上任何一点松动都可能产生电弧，并叠加在整个回路上，如何区分成为一个难题。

本实施例在线检测接线端子松动的电路不需要在电路中使用热敏电阻，可以避免热敏电阻外壳破损引发的触电危险，同时，本实施例根据线路阻抗对高频的抑制作用，利用故障点越远，电弧高频特征衰减越严重，故障点在电表接线端子上，电弧高频特征完整性高的原理，在一组回路起止端子(例如单相电表为L、N)上布置电流采样电路100，若电弧发生在某一端子上，则火线电流信号及零线电流信号中的高频信号将截然不同，检测芯片IC根据电流信号的特征判定接线端子是否接触不良。该方法不需要高精度时间测量模块，对几百米的线路定位有很好的的精度(应该阐明的是，该定位仅指能够区分电表处电弧和用户室内的电弧)，可在早期发现松动事件，具有重要的实用意义。

具体地，可以在电表端子(以单相电表为例，为火线L、零线N)处布置一对特性相同的电流传感器，通过电流的高频特征判断线路上是否存在电弧，进而将电弧电流的高频能量按频率区间进行划分，火线L和零线N分别得到一组特征向量，通过对特征向量的进一步分析可识别是否为端子电弧，即确定端子是否发生了松动事件。

本实施例在图2所示的特定场景，能取得较好的效果，即：搭载该电路的装置安装在线路的总回路上，且该装置的进户线路较长，由于进户线发生电弧的可能性极小，因此一旦检测到电弧，一般出现在电表处和住户室内；受制于线路阻抗对高频信号的抑制作用，本实施例利用住户室内与电表处发生电弧时，电流高频特征上的反应情况不同作为判断依据。

本实施例所述电路包括电流采样电路，设置于火线及零线的进出线接线端子之间，且分别与预检电路及信号调理电路连接，对火线电流信号及零线电流信号进行采集；预检电路与检测芯片连接，分别从零线电流信号中获取第一高频信号及从火线电流信号中获取第二高频信号；信号调理电路与检测芯片连接，对火线电流信号及零线电流信号分别进行调整，获得对应的第一调整信号及第二调整信号；检测芯片根据第一高频信号及第二高频信号确定是否有疑似电弧，在有疑似电弧时分别对所述第一调整信号及所述第二调整信号进行采样，对应获得第一待检电流信号及第二待检电流信号，并获取各待检电流信号中的特征向量组，根据所述特征向量组判断接线端子是否接触不良，如此可在早期发现端子是否松动，提高了检测灵敏度及安全性。

请一并参照图1及图3，图中部分元器件虽未标号，但从图3中可以准确且毫无疑义地确定各元器件的连接关系。

本实施例中所述电流采样电路100包括第一电流采样单元110及第二电流采样单元120，所述预检电路200包括第一预检单元210及第二预检单元220，所述信号调理电路300包括第一信号调理单元(未标示)及第二信号调理单元(未标示)；其中，所述第一电流采样单元110设置于零线N的进出线接线端子之间，且分别与所述第一预检单元210及所述第一信号调理单元连接；所述第一预检单元210及所述第一信号调理单元分别与所述检测芯片IC连接；所述第二电流采样单元120设置于火线L的进出线接线端子之间，且分别与所述第二预检单元220及所述第二信号调理单元连接；所述第二预检单元220及所述第二信号调理单元分别与所述检测芯片IC连接。

在具体实现中，第一电流采样单元110及第二电流采样单元120为一对特性相同的电流传感器，两个电流传感器在电表中的布置图可以参考图4，火线L(进户线)电流传感器5和零线N(进户线)电流传感器分别设置于火线L进线1与火线L出线2之间及零线N进线3与零线N出线4之间。电流传感器要求测量带宽较宽，大电流下不易饱和，优选使用罗氏线圈，因为罗氏线圈只需要穿设于火线和零线上，不需要与火线、零线电气连接，实现了电气隔离，更加安全。当然，除了罗氏线圈，还可以使用采样电阻，如锰铜电阻，具体地，当使用采样电阻进行电流采样时，所述第一电流采样单元110为第一采样电阻，所述第二电流采样单元120为第二采样电阻，所述第一采样电阻与零线N连接，所述第二采样电阻与火线L连接。

进一步地，所述检测芯片IC包括第一模数转换器(未标示)、第一计数器(未标示)、第二模数转换器(未标示)、第二计数器(未标示)、或门(未标示)及微控制器(未标示)；其中，所述第一模数转换器分别与所述第一信号调理单元、所述或门的输出端及所述微控制器连接；所述第一计数器分别与所述第一预检单元210及所述或门的输入端连接；所述第二模数转换器分别与所述第二信号调理单元、所述或门的输出端及所述微控制器连接；所述第二计数器分别与所述第二预检单元220及所述或门的输入端连接。

应当理解的是，通过第一计数器与第二计数器可以分别在第一预设时间内统计所述第一高频信号中的第一高频脉冲数、所述第二高频信号中的第二高频脉冲数；当所述第一高频脉冲数或所述第二高频脉冲数大于第二预设阈值时，判定有疑似电弧。

需要说明的是，电流传感器的带宽可在10～20MHz之间选择，优选为20MHz，以捕捉到更多的电弧高频分量。第一模数转换器、第二模数转换器的采样速率至少为2倍带宽，即20～40MSPS(MSPS每秒采样百万次)。由于故障电弧发生的概率较低，第一模数转换器、第二模数转换器持续工作在高速状态下，对内存资源、处理器功耗都是非常大的开支，因此本实施例设计了预检电路200来判断线路中是否疑似出现电弧，同时计数器输出控制信号至模数转换器，模数转换器开始启动采样，以减少资源消耗。

易于理解的是，当火线电流信号或零线电流信号中至少有一个检测到疑似电弧发生时，都会同时启动第一模数转换器、第二模数转换器进行采样。

特别需要说明的是，本实施例自带一个增益效果：检测到疑似电弧后，不需要进一步验证是否真正发生了电弧(即不需要区分电弧和室内冲击性负载带来的干扰，这需要带来额外的硬件和软件资源开支)，而通过微控制器定位分析后，若疑似电弧在电表侧，即认定发生了电弧，且是由端子松动引起。

当采用罗氏线圈时，第一信号调理电路包括第一辅助积分单元(未标示)及第一信号放大单元(未标示)，所述第二信号调理电路包括第二辅助积分单元(未标示)及第二信号放大单元(未标示)；其中，所述第一辅助积分单元分别与所述第一罗氏线圈及所述第一辅助积分单元连接；所述第一信号放大单元分别与所述第一辅助积分单元及所述第一模数转换器连接；所述第二辅助积分单元分别与所述第二罗氏线圈及所述第二辅助积分单元连接；所述第二信号放大单元分别与所述第二辅助积分单元及所述第二模数转换器连接。

作为另一实施例，当采用采样电阻时，所述第一信号调理电路包括第一升压放大单元(未标示)，所述第二信号调理电路包括第二升压放大单元(未标示)；其中，所述第一升压放大单元分别与所述第一采样电阻及所述第一模数转换器连接；所述第二升压放大单元分别与所述第二采样电阻及所述第二模数转换器连接。

进一步地，所述第一预检单元210包括第一高通滤波器(未标示)及第一比较器(未标示)；所述第一高通滤波器分别与所述第一采样单元、所述第一信号调理单元及所述第一比较器连接，所述第一比较器与所述第一计数器连接。所述第二预检单元220包括第二高通滤波器(未标示)及第二比较器(未标示)；所述第二高通滤波器分别与所述第二采样单元、所述第二信号调理单元及所述第二比较器连接，所述第二比较器与所述第二计数器连接。

本实施例不需要高精度时间测量模块，对几百米的线路定位有很好的的精度，解决了现有技术中时域反射故障电弧定位方法应用在电表场景下的定位精度问题和应用成本问题。

请参照图5，图5是基于本发明智能电表接线端子接触不良检测电路提出的智能电表接线端子接触不良检测方法一实施例的流程示意图。

本实施例中，智能电表接线端子接触不良检测方法包括以下步骤：

S10：获取零线电流信号及火线电流信号；

S20：分别从所述零线电流信号中获取频率不小于第一预设阈值的第一高频信号及从所述火线电流信号中获取频率不小于第一预设阈值的第二高频信号；

S30：分别检测所述第一高频信号及所述第二高频信号中是否有疑似电弧；

S40：在检测到疑似电弧时获取所述火线电流信号和所述零线电流信号对应的第一待检电流信号及第二待检电流信号；

S50：获取各待检电流信号中的特征向量组；

S60：根据所述特征向量组判断接线端子是否接触不良。

应当理解的是，由于本实施例的智能电表接线端子接触不良检测方法基于上述智能电表接线端子接触不良检测电路的技术方案，因此所述智能电表接线端子接触不良检测方法具有上述所有的有益效果，在此不再赘述。

进一步地，分别在第一预设时间内统计所述第一高频信号中的第一高频脉冲数及所述第二高频信号中的第二高频脉冲数；当所述第一高频脉冲数或所述第二高频脉冲数大于第二预设阈值时，判定有疑似电弧。

在具体实现中，通过每半个工频周期(如10ms)统计第一高频信号及第二高频信号中超过限值(通过计数器阈值设置)的高频脉冲个数，只要其中一个线路的高频脉冲个数大于第二预设阈值时，即可判定线路中出现疑似电弧。只要其中一个线路中有疑似电弧，则第一计数器和第二计数器同时对应输出控制信号至第一模数转换器和第二模数转换器，以启动采样，获得第一待检电流信号及第二待检电流信号。

通过对第一待检电流信号及第二待检电流信号进行频域分析和定位分析，可以对疑似电弧的发生位置进行定位，从而确定电弧是发生在电表处还是住户室内，从而确定电表接线端子是否接触不良。

进一步地，进行频域分析有两种可选方式：频域分析1-快速傅氏变换(以下简称FFT)、频域分析2-数字带通滤波器组。

若采用FFT方式，根据FFT的结果，可以得到不同频率成分的幅度值；选择一组频率点f1，f2，f3….fn构成一组特征向量，作为优选n＝10，且f1为1MHz频率点的幅度值，f2为2MHz频率点的幅度值，依此类推，f10为10MHz时的幅度值。

若选择数字带通滤波器组方式，以f1，f2，f3….fn作为数字带通滤波的截止频率，如数字带通滤波器上下限截止频率分别为f1、f2；数字带通滤波器2的上下限截止频率分别为f2、f3，以此类推。假设模数转换器采样数据为10ms一次，则以10ms为单位计算有效值；从而可以构成一组特征向量，作为优选n＝10，且U1为经过数字带通滤波器1(上限截止频率2MHz，下限截止频率1MHz)后每10ms计算出的有效值，以此类推。

定位分析利用频域分析1、频域分析2的结果进行；核心思想是线路阻抗对高频的抑制作用。如图6所示，1为理想状况-没有线路阻抗时，电弧高频特征含量随着频率升高近似线性下降，2所示存在线路阻抗时，尤其是电表场景，有较长的进户线路，电弧高频特征受到阻抗抑制后，下降较快，即故障点距离的远近，会影响接收端电流高频特征的分布特性。故障点越远(非电表端子电弧)，高频部分衰减越严重，故障点在电表端子上，电弧高频特征完整性高。根据频域分析采用的方式不同(FFT分析法、数字带通滤波器组法)，定位分析所采用的方法不同。

对于FFT分析法，在第二预设时间内分别对所述第一待检电流信号及所述第二待检电流信号进行FFT变换，对应获得具有频谱信息的第一数据及第二数据；分别从所述第一数据及所述第二数据中获取预设频率对应的第一幅度值及第二幅度值；分别将所述第一幅度值及所述第二幅度值向量化，对应形成第一特征向量组FD1及第二特征向量组FD2。

其定位分析取特征向量FD1与FD2的差值的平方和。即：

其中，α第一为平方和值，n为所述预设频率中频率点的个数，FD1为第一特征向量组，FD2为第二特征向量组。

通过将α与第三预设阈值α₀进行比较，若α≥α₀，则代表电弧发生在电表的某一接线端子处(火线L或零线N)，即代表该接线端子出现了松动，并引起了电弧。

对于采样数字带通滤波器组法，分别将所述第一待检电流信号及所述第二待检电流信号进行数字带通滤波，获得滤波后的第三数据及第四数据；分别计算第二预设时间内所述第三数据的有效值及所述第四数据的有效值；分别将所述第三数据的有效值和第四数据的有效值向量化，对应形成第三特征向量组UD1及第四特征向量组UD2。

其定位分析取特征向量UD1与UD2的差值的平方和。即：

其中，β为第三平方和值，n为所述预设频率中频率点的个数，UD1为第三特征向量组，UD2为第四特征向量组。

通过将β与第三预设阈值α₀进行比较，若β≥α₀，则代表电弧发生在电表的某一接线端子处(火线L或零线N)，即代表该接线端子出现了松动，并引起了电弧。

上述两种定位分析方式还有另外一种扩展形式，即考虑到电弧高频特征成分中，越高频率部分含量较少，且更容易受阻抗抑制而湮没，因此可引入一组加权系数K＝{k1、k2,…kn}(针对FFT法)，H＝{h1,h2,…hn}(针对数字带通滤波器法)。第一加权系数K中，k1<k2<...<kn；第二加权系数H中，h1<h2<…<hn；使得公式分别变为：

其中，α’为第二平方和值，n为所述预设频率中频率点的个数，FD1为第一特征向量组，FD2为第二特征向量组，K(i)为第i个频率点对应的第一加权系数。

其中，β’为第四平方和值，n为所述预设频率中频率点的个数，UD1为第三特征向量组，UD2为第四特征向量组，H(i)为第i个频率点对应的第二加权系数。

应当理解的是，上述添加加权系数的扩展形式或其他等同形式，也属于本实施例的范畴。

本实施例通过在电表回路起止位置布置一对特性相同的电流传感器，首先检测线路上是否存在疑似电弧，进而通过两电流传感器获取的电流高频特征分布差异对电弧进行定位，其原理是利用线路阻抗对高频的抑制作用，即故障点距离的远近，会影响接收端电流高频特征的分布特性。当故障点越远(非电表端子电弧)时，高频部分衰减越严重，当故障点在电表端子上时，电弧高频特征完整性高，在现有定位技术上既避免了使用高精度的计时模块，又能实现特定环境中很好的定位效果，及时发现电表接线端子松动，提高了检测灵敏度及安全性。

本发明还提出一种智能电表接线端子接触不良检测装置，所述智能电表接线端子接触不良检测装置包括如上所述的智能电表接线端子接触不良检测电路或应用如上所述的智能电表接线端子接触不良检测方法；可以理解的是，由于本实施例的智能电表接线端子接触不良检测装置采用了上述智能电表接线端子接触不良检测电路或智能电表接线端子接触不良检测方法的技术方案，因此所述智能电表接线端子接触不良检测装置具有上述所有的有益效果。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能电表接线端子接触不良检测电路，其特征在于，包括电流采样电路、预检电路、信号调理电路及检测芯片；其中，

所述电流采样电路，设置于火线的进出线接线端子之间及零线的进出线接线端子之间，且分别与所述预检电路及所述信号调理电路连接，所述电流采样电路用于对火线电流信号及零线电流信号进行采集，并发送所述火线电流信号及所述零线电流信号至所述预检电路及所述信号调理电路；

所述预检电路，与所述检测芯片连接，用于接收所述火线电流信号及所述零线电流信号，并分别从所述零线电流信号中获取频率不小于第一预设阈值的第一高频信号及所述火线电流信号中获取频率不小于第一预设阈值的第二高频信号，以发送所述第一高频信号及所述第二高频信号至所述检测芯片；

所述信号调理电路，与所述检测芯片连接，用于对所述火线电流信号及所述零线电流信号分别进行调整，获得对应的第一调整信号及第二调整信号，并发送所述第一调整信号及所述第二调整信号至所述检测芯片；

所述检测芯片，用于根据所述第一高频信号及所述第二高频信号确定是否有疑似电弧，在有疑似电弧时分别对所述第一调整信号及所述第二调整信号进行采样，对应获得第一待检电流信号及第二待检电流信号，并获取各待检电流信号中的特征向量组，根据所述特征向量组判断接线端子是否接触不良。

2.如权利要求1所述的智能电表接线端子接触不良检测电路，其特征在于，所述电流采样电路包括第一电流采样单元及第二电流采样单元，所述预检电路包括第一预检单元及第二预检单元，所述信号调理电路包括第一信号调理单元及第二信号调理单元，所述检测芯片包括第一模数转换器、第一计数器、第二模数转换器、第二计数器、或门及微控制器；其中，

所述第一电流采样单元设置于零线的进出线接线端子之间，且分别与所述第一预检单元及所述第一信号调理单元连接；

所述第一预检单元与所述第一模数转换器连接；

所述第一信号调理单元与所述第一计数器连接；

所述第二电流采样单元设置于火线的进出线接线端子之间，且分别与所述第二预检单元及所述第二信号调理单元连接；

所述第二预检单元与所述第二模数转换器连接；

所述第二信号调理单元与所述第二计数器连接；

所述第一模数转换器分别与所述或门的输出端及所述微控制器连接；

所述第二模数转换器分别与所述或门的输出端及所述微控制器连接；

所述第一计数器及所述第二计数器分别与所述或门输入端连接。

3.如权利要求2所述的智能电表接线端子接触不良检测电路，其特征在于，所述第一预检单元包括第一高通滤波器及第一比较器，所述第二预检单元包括第二高通滤波器及第二比较器；所述第一高通滤波器分别与所述第一采样单元、所述第一信号调理单元及所述第一比较器连接，所述第一比较器与所述第一计数器连接；所述第二高通滤波器分别与所述第二采样单元、所述第二信号调理单元及所述第二比较器连接，所述第二比较器与所述第二计数器连接。

4.一种智能电表接线端子接触不良检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获取零线电流信号及火线电流信号；

分别从所述零线电流信号中获取频率不小于第一预设阈值的第一高频信号及从所述火线电流信号中获取频率不小于第一预设阈值的第二高频信号；

分别检测所述第一高频信号及所述第二高频信号中是否有疑似电弧；

在检测到疑似电弧时获取所述火线电流信号和所述零线电流信号对应的第一待检电流信号及第二待检电流信号；

获取各待检电流信号中的特征向量组；

根据所述特征向量组判断接线端子是否接触不良。

5.如权利要求4所述的智能电表接线端子接触不良检测方法，其特征在于，所述分别检测所述第一高频信号及所述第二高频信号中是否有疑似电弧的步骤，包括：

分别在第一预设时间内统计所述第一高频信号中的第一高频脉冲数及所述第二高频信号中的第二高频脉冲数；

当所述第一高频脉冲数或所述第二高频脉冲数大于第二预设阈值时，判定有疑似电弧。

6.如权利要求5所述的智能电表接线端子接触不良检测方法，其特征在于，所述获取各待检电流信号中的特征向量组的步骤，包括：

在第二预设时间内分别对所述第一待检电流信号及所述第二待检电流信号进行快速傅氏变换，对应获得具有频谱信息的第一数据及第二数据；

分别从所述第一数据及所述第二数据中获取预设频率对应的第一幅度值及第二幅度值；

分别将所述第一幅度值及所述第二幅度值向量化，对应形成第一特征向量组及第二特征向量组。

7.如权利要求6所述的智能电表接线端子接触不良检测方法，其特征在于，所述根据所述特征向量判断接线端子是否接触不良的步骤，包括：

根据预设公式计算所述第一特征向量组及所述第二特征向量组的平方和值；

在所述平方和值不小于第三预设阈值时，判定接线端子接触不良；其中，所述预设公式为：

其中，α为第一平方和值，n为所述预设频率中频率点的个数，FD1为第一特征向量组，FD2为第二特征向量组；

或，所述预设公式为：

其中，α’为第二平方和值，n为所述预设频率中频率点的个数，FD1为第一特征向量组，FD2为第二特征向量组，K(i)为第i个频率点对应的第一加权系数。

8.如权利要求5所述的智能电表接线端子接触不良检测方法，其特征在于，所述获取所述待检电流信号中的特征向量的步骤，包括：

分别将所述第一待检电流信号及所述第二待检电流信号进行数字带通滤波，对应获得滤波后的第三数据及第四数据；

分别计算第二预设时间内所述第三数据的有效值及所述第四数据的有效值；

分别将所述第三数据的有效值和第四数据的有效值向量化，对应形成第三特征向量组及第四特征向量组。

9.如权利要求8所述的智能电表接线端子接触不良检测方法，其特征在于，所述根据所述特征向量判断接线端子是否接触不良的步骤，包括：

根据预设公式计算所述第三特征向量组及所述第四特征向量组的平方和值；

在所述平方和值不小于第三预设阈值时，判定接线端子接触不良；其中，

所述预设公式为：

其中，β为第三平方和值，n为所述预设频率中频率点的个数，UD1为第三特征向量组，UD2为第四特征向量组；

或，所述预设公式为：

其中，β’为第四平方和值，n为所述预设频率中频率点的个数，UD1为第三特征向量组，UD2为第四特征向量组，H(i)为第i个频率点对应的第二加权系数。

10.一种智能电表接线端子接触不良检测装置，其特征在于，包括如权利要求1-3任一权利要求所述的智能电表接线端子接触不良检测电路，或应用如权利要求4-9任一权利要求所述的智能电表接线端子接触不良检测方法。

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