CN112067961A - 电弧故障检测方法、系统及存储介质 - Google Patents

电弧故障检测方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电弧故障检测方法、系统及存储介质，所述方法包括以下步骤：获取待测系统电路中的交流电流信号；对所述交流电流信号进行带通滤波处理；对带通滤波处理后的交流电流信号进行频域信号分析，得到频域检测参数；将所述频域检测参数与发生电弧故障时的频域参数阈值相比对；根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障。相对于现有技术，本发明可以消除掉各种非音频噪声的干扰，提高电弧故障检测的抗干扰能力和检测的可靠性。

Description

电弧故障检测方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及电弧故障检测技术领域，尤其涉及一种电弧故障检测方法、系统及存储介质。
背景技术
在飞机、船舶、光伏、电网、航天器等电气系统中，由于电线绝缘破损、腐蚀、连接端子松动、长期运行后出现磨损、或受到动物的啃噬等原因会发生电弧放电现象，电弧对整个系统的危害性很大，容易烧毁器件，造成整个系统瘫痪。
已知的电弧故障检测方法主要有基于弧光和温度等物理量的检测方法、基于时域和频域分析的检测方法、基于智能学习算法的检测方法。这些方法通过采集电路的电压、电流及弧光等信号实现电弧故障检测。对采集的信号进行时域或频域分析，或通过检测电路的阻抗与发生电弧时的电路阻抗阈值对比，达到电路电弧故障检测的目的。
尽管现有的电弧故障检测装置及技术已经成功用于电路的电弧检测，但是现有电气系统中存在各种干扰信号，增加了电弧故障的检测难度，使检测可靠性降低，出现误检的情况。因此仍然需要抗干扰能力更强的、可靠性更高的电弧故障检测技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种电弧故障检测方法、系统及存储介质，旨在提高电弧故障检测的抗干扰能力和可靠性。
为实现上述目的，本发明提供一种电弧故障检测方法，所述方法包括以下步骤：
获取待测系统电路中的交流电流信号；
对所述交流电流信号进行带通滤波处理；
对带通滤波处理后的交流电流信号进行频域信号分析，得到频域检测参数；
将所述频域检测参数与发生电弧故障时的频域参数阈值相比对；
根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障。
本发明进一步的技术方案是，所述频域检测参数包括音频范围内不同频段的频谱能量积分值，所述对带通滤波处理后的交流电流信号进行频域信号分析的步骤包括：
在音频范围内划分不同频率段，对所述不同频率段的电流频谱能量进行积分，得到音频范围内不同频率段的频谱能量积分值。
本发明进一步的技术方案是，所述将所述频域检测参数与发生故障时的频域参数阈值相比对的步骤包括：
将每个频段的频谱能量积分值与对应频段发生电弧故障时的频域参数阈值相比对；
所述根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障的步骤包括：
若所有频率段中一个或多个频率段的频谱能量积分值大于对应频率段发生电弧故障时的频域参数阈值，则判断所述待测系统电路发生电弧故障。
本发明进一步的技术方案是，所述根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障的步骤还包括：
若多次检测得到待测系统中只存在单个固定频率大于设定的频域参数阈值，则判断所述待测系统电路可能存在固定干扰频率的影响。
本发明进一步的技术方案是，所述在音频范围内划分不同频率段的步骤包括：
在音频范围内等间距选取频带宽度，或者，在音频范围内变间距选取频带宽度。
本发明进一步的技术方案是，所述对所述交流电流信号进行带通滤波处理的步骤之后还包括：
对带通滤波处理后的交流电流信号进行时域分析，得到时域检测参数，所述时域检测参数至少包括方差和峰峰值；
将所述时域检测参数与发生电弧故障时的时域参数阈值相比对；
所述根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障的步骤包括：
根据所述频域参数阈值与发生故障时的频域参数阈值的比对结果，和/或所述时域检测参数与发生故障时的时域参数阈值的比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障。
本发明进一步的技术方案是，所述对带通滤波处理后的交流电流信号进行时域分析，得到时域检测参数，所述时域检测参数至少包括方差和峰峰值的步骤之后还包括：
求解滤波后的交流电流信号的方差和峰峰值。
本发明进一步的技术方案是，所述根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障的步骤之后还包括：
若判断为所述待测系统电路发生电弧故障，则对所述待测系统电路进行灭弧。
为实现上述目的，本发明还提出一种电弧故障检测系统，所述系统包括存储器、处理器、以及存储在所述处理器上的电弧故障检测程序，所述电弧故障检测程序被所述处理器运行时执行如上所述的方法的步骤。
为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有电弧故障检测程序，所述电弧故障检测程序被处理器运行时执行如上所述的方法的步骤。
本发明电弧故障检测方法的有益效果是：本发明通过上述技术方案，获取待测系统电路中的交流电流信号；对所述交流电流信号进行带通滤波处理；对带通滤波处理后的交流电流信号进行频域信号分析，得到频域检测参数；将所述频域检测参数与发生电弧故障时的频域参数阈值相比对；根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障，相对于现有技术，可以消除掉各种非音频噪声的干扰，提高电弧故障检测的抗干扰能力和检测的可靠性。
附图说明
图1是本发明电弧故障检测方法硬件运行环境的系统框图；
图2是本发明电弧故障检测方法第一实施例的流程示意图；
图3是本发明电弧故障检测方法第二实施例的流程示意图；
图4是本发明电弧故障检测方法硬件运行环境信号处理流程示意图。
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
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
考虑到现有的电弧故障检测装置及技术已经成功用于电路的电弧检测，但是现有电气系统中存在各种干扰信号，增加了电弧故障的检测难度，使检测可靠性降低，出现误检的情况，由此，本发明提出一种解决方案。
具体地，本发明提出一种电弧故障检测方法，该电弧故障检测方法应用于如图1所示的电弧故障检测装置，该电弧故障检测装置包括待测系统、电流传感器、音频段带通滤波器、信号处理电路、电弧故障判断电路和灭弧电路，其中，待测系统包括断路器，可能产生电弧的电路，用电设备等；而用电设备包括逆变器、继电器、插座、电源等电器设备。
其中，电流传感器用于检测待测系统中电路的交流电流信号，并将交流电流信号输入到音频段带通滤波器电路中进行滤波。信号处理电路对滤波后的电流信号进行时域信号分析和频域信号分析。其中时域信号分析主要包括方差、峰峰值等信号的分析；而频域信号分析主要是对在音频范围内电路电流的频谱信号进行分析，在音频范围内划定不同的频率段，对不同频率段的电流频谱能量进行积分；最后根据检测到的电流时域信号和频域信号，综合多个检测参数，并与系统发生电弧故障后的电流相关参数阈值对比，利用电弧故障判断电路判断待测系统是否发生电弧。本发明根据电气系统配置参数和电弧故障的安全等级情况设定每一个检测参数的阈值。若检测到待测系统发生了电弧，则启动灭弧电路，对被测系统进行灭弧，以保证系统安全可靠工作，避免电弧故障对系统造成损伤。
本发明考虑到待测系统在运行过程中大量存在各种非音频干扰，例如外界电磁干扰信号的频率一般远高于音频信号，开关电源工作的频率一般也高于音频信号。而音频范围内的信号，由于噪声比较大，在设计电路的时候一般都会消除这些噪声，待测系统中存在一些固定频率的干扰信号，该干扰信号一般不会在整个音频段分布。基于此，本发明着重对电路中电流频域信号的音频段进行处理，降低系统干扰信号的影响，提高检测信号的信噪比。同时，本发明对音频范围内的信号进行处理时，选定不同频率段的频谱能量进行积分，多个积分结果综合比较，降低系统中存在的某个固定干扰频率的影响。
具体地，请参照图2，图2是本发明电弧故障检测方法第一实施例的流程示意图。
如图2所示，本实施例中，该电弧故障检测方法包括以下步骤：
步骤S10，获取待测系统电路中的交流电流信号。
其中，可以通过电流传感器检测所述待测系统电路中的交流电流信号，并将交流电流信号输入到音频段带通滤波器电路中进行带通滤波处理。
步骤S20，对所述交流电流信号进行带通滤波处理。
本实施例中，通过音频段带通滤波器对交流电流信号进行带通滤波处理。
步骤S30，对带通滤波处理后的交流电流信号进行频域信号分析，得到频域检测参数。其中，所述频域检测参数包括音频范围内不同频段的频谱能量积分值。
本实施例中，可以通过信号处理电路对带通滤波处理后的交流电流信号进行频域信号分析，得到频域检测参数。
作为一种实施方式，本实施例在音频范围内划分不同频率段，对所述不同频率段的电流频谱能量进行积分，得到音频范围内不同频率段的频谱能量积分值。
对于在音频范围内划分不同频率段，可以在音频范围内等间距选取频带宽度，或者，在音频范围内变间距选取频带宽度，具体可根据待测电气系统的配置参数和系统可能存在的干扰信号进行选取。
本实施例可通过音频段带通滤波器在音频范围内对交流电流信号进行频谱分析，消除各种非音频噪声的干扰，提高电弧故障检测的抗干扰能力。
步骤S40，将所述频域检测参数与发生电弧故障时的频域参数阈值相比对。
本实施例通过电弧故障判断电路将所述频域检测参数与发生电弧故障时的频域参数阈值相比对。
具体地，可以将每个频段的频谱能量积分值与对应频段发生电弧故障时的频域参数阈值相比对。
通过选定音频范围内不同频率段信号的频谱能量进行积分，积分得出的频谱能量值比单个频率更可靠，通过多个频率段信号积分值与设定的阈值对比，可以提高检测的可靠性，消除某个固定干扰频率的影响。
步骤S50，根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障。
若所有频率段中多个频率段的频谱能量积分值大于对应频率段发生电弧故障时的频域参数阈值，则判断所述待测系统电路发生电弧故障。
其中，若多次检测得到待测系统中只存在单个固定频率大于设定的频域参数阈值，则判断所述待测系统电路可能存在固定干扰频率的影响。
本实施例通过上述技术方案，获取待测系统电路中的交流电流信号；对所述交流电流信号进行带通滤波处理；对带通滤波处理后的交流电流信号进行频域信号分析，得到频域检测参数；将所述频域检测参数与发生电弧故障时的频域参数阈值相比对；根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障，相对于现有技术，可以消除掉各种非音频噪声的干扰，提高电弧故障检测的抗干扰能力和检测的可靠性。
请参照图3，图3是本发明电弧故障检测方法第二实施例的流程示意图。
如图3所示，本实施例与图2所示的第一实施例的区别在于，上述步骤S20，对所述交流电流信号进行带通滤波处理的步骤之后还包括：
步骤S301，对带通滤波处理后的交流电流信号进行时域分析，得到时域检测参数，所述时域检测参数至少包括方差和峰峰值。
本实施例在对带通滤波器处理后的交流电流信号进行时域分析后，可以求解滤波后的交流电流信号的方差、峰峰值等时域信号参数。
可以理解的是，本实施例通过信号处理电路对带通滤波处理后的交流电流信号进行时域分析，结合时域检测参数和音频范围内频域检测参数，将多个特征参数进行综合比较，可以进一步提高电弧故障检出率，减小误检率，提高电弧故障检测的可靠性。
步骤S401，将所述时域检测参数与发生电弧故障时的时域参数阈值相比对。
上述步骤S50，所述根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障的步骤包括：
步骤S501，根据所述频域参数阈值与发生故障时的频域参数阈值的比对结果，和/或所述时域检测参数与发生故障时的时域参数阈值的比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障。
进一步的，本实施例中，所述根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障的步骤之后还包括：
步骤S60，若判断为所述待测系统电路发生电弧故障，则对所述待测系统电路进行灭弧。
具体实施时，可以采用灭弧电路对所述待测系统电路进行灭弧，以保障待测系统安全可靠工作，避免电弧故障对系统造成损伤。
以下结合图4对本发明电弧故障检测方法的整体实施过程做进一步的说明。
本发明电弧故障检测方法首先利用电流传感器检测待测系统电路中的交流电流信号，再利用音频段带通滤波器对检测到的交流电流时域信号进行带通滤波处理；利用信号处理电路对滤波后的信号进行频域信号分析和时域信号分析；选定音频范围内不同的频率段，对不同频率段电流频域信号的频谱能量进行积分；求解滤波后的电流信号的方差、峰峰值等时域信号参数；根据音频范围内不同频率段频谱能量积分参数、时域信号参数与各自设置的阈值对比，综合判断得出电气系统是否发生电弧故障；根据电弧故障的判断结果，若检测系统发生电弧故障，则启动灭弧电路对检测系统进行灭弧，保护电气系统。
本发明电弧故障检测方法的有益效果是：本发明通过上述技术方案，获取待测系统电路中的交流电流信号；对所述交流电流信号进行带通滤波处理；对带通滤波处理后的交流电流信号进行频域信号分析，得到频域检测参数；将所述频域检测参数与发生电弧故障时的频域参数阈值相比对；根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障，相对于现有技术，可以消除掉各种非音频噪声的干扰，提高电弧故障检测的抗干扰能力和检测的可靠性。
为实现上述目的，本发明还提出一种电弧故障检测系统，所述系统包括存储器、处理器、以及存储在所述处理器上的电弧故障检测程序，所述电弧故障检测程序被所述处理器运行时执行如上所述的方法的步骤，这里不再赘述。
为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有电弧故障检测程序，所述电弧故障检测程序被处理器运行时执行如上所述的方法的步骤，这里不再赘述。
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)

1.一种电弧故障检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取待测系统电路中的交流电流信号；
对所述交流电流信号进行带通滤波处理；
对带通滤波处理后的交流电流信号进行频域信号分析，得到频域检测参数；
将所述频域检测参数与发生电弧故障时的频域参数阈值相比对；
根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障。
2.根据权利要求1所述的电弧故障检测方法，其特征在于，所述频域检测参数包括音频范围内不同频段的频谱能量积分值，所述对带通滤波处理后的交流电流信号进行频域信号分析的步骤包括：
在音频范围内划分不同频率段，对所述不同频率段的电流频谱能量进行积分，得到音频范围内不同频率段的频谱能量积分值。
3.根据权利要求2所述的电弧故障检测方法，其特征在于，所述将所述频域检测参数与发生故障时的频域参数阈值相比对的步骤包括：
将每个频段的频谱能量积分值与对应频段发生电弧故障时的频域参数阈值相比对；
所述根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障的步骤包括：
若所有频率段中一个或多个频率段的频谱能量积分值大于对应频率段发生电弧故障时的频域参数阈值，则判断所述待测系统电路发生电弧故障。
4.根据权利要求3所述的电弧故障检测方法，其特征在于，所述根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障的步骤还包括：
若多次检测得到待测系统中只存在单个固定频率大于设定的频域参数阈值，则判断所述待测系统电路可能存在固定干扰频率的影响。
5.根据权利要求2所述的电弧故障检测方法，其特征在于，所述在音频范围内划分不同频率段的步骤包括：
在音频范围内等间距选取频带宽度，或者，在音频范围内变间距选取频带宽度。
6.根据权利要求1所述的电弧故障检测方法，其特征在于，所述对所述交流电流信号进行带通滤波处理的步骤之后还包括：
对带通滤波处理后的交流电流信号进行时域分析，得到时域检测参数，所述时域检测参数至少包括方差和峰峰值；
将所述时域检测参数与发生电弧故障时的时域参数阈值相比对；
所述根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障的步骤包括：
根据所述频域参数阈值与发生故障时的频域参数阈值的比对结果，和/或所述时域检测参数与发生故障时的时域参数阈值的比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障。
7.根据权利要求6所述的电弧故障检测方法，其特征在于，所述对带通滤波处理后的交流电流信号进行时域分析，得到时域检测参数，所述时域检测参数至少包括方差和峰峰值的步骤之后还包括：
求解滤波后的交流电流信号的方差和峰峰值。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的电弧故障检测方法，其特征在于，所述根据比对结果判断所述待测系统电路是否发生电弧故障的步骤之后还包括：
若判断为所述待测系统电路发生电弧故障，则对所述待测系统电路进行灭弧。
9.一种电弧故障检测系统，其特征在于，所述系统包括存储器、处理器、以及存储在所述处理器上的电弧故障检测程序，所述电弧故障检测程序被所述处理器运行时执行如权利要求1至8任意一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有电弧故障检测程序，所述电弧故障检测程序被处理器运行时执行如权利要求1至8任意一项所述的方法的步骤。
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