CN112255515A - 一种故障电弧的检测方法及装置 - Google Patents

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严小敏
刘文成
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Abstract

本发明提供了一种故障电弧的检测装置，故障电弧的检测装置包括：电流互感器、特征信息提取模块、主控模块。所述电流互感器，用于采集被检测线路的电流信号；所述特征信息提取模块与所述电流互感器电连接，用于对所述电流信号进行特征提取，获取到相应的特征信息；所述主控模块与所述特征信息提取模块电连接，用于根据所述特征信息，判断所述被检测线路是否出现故障电弧。本发明还提供了一种故障电弧的检测方法，与现有技术相比，本发明能够准确判断故障电弧的出现并执行相应保护动作，实现降低故障电弧引起的火灾比例的目的。

Description

一种故障电弧的检测方法及装置
技术领域
本发明涉及电路故障判断的技术领域，尤其涉及一种故障电弧的检测方法及装置。
背景技术
据统计，据统计用电系统故障引起的火灾占全部火灾的比例大于60％-70％。故障电弧引起的火灾占全部火灾的比例大于50％。因此急需一种保护设备，来发现故障电弧，并在故障电弧还没有引燃可燃物之前的短暂时间内，将电路断开，从而熄灭故障电弧，进而避免它引起火灾。目前已有的产品的主要问题是经常发生误报和漏报，即漏警概率和虚警概率太高。针对上述存在的问题，需要提供一种准确性高的故障电弧的检测方法及装置。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种故障电弧的检测方法及装置，能够准确判断故障电弧的出现并执行相应保护动作，实现降低故障电弧引起的火灾比例的目的。
为了达到上述目的，本发明提出一种故障电弧的检测方法，包括以下步骤：
S110：采集被检测线路的电流信号；
S120：对所述电流信号进行特征提取，获取到相应的特征信息；
S130：根据所述特征信息，判断所述被检测线路是否出现故障电弧。
优选的，所述特征信息包括以下的一种、两种或两种以上的组合：电流零休时间值、电流跳变值比例、电压压降值、电流周期积分值、电流的谐波及间谐波含量。
优选的，所述电流信号包括：电流值及对应的时间点。
优选的，所述步骤S130过程为：将所述特征信息与训练数据库中的基准特征信息进行比对；当所述特征信息与所述基准特征信息不匹配，则判断所述被检测线路出现故障电弧；反之，则判断所述被检测线路没有出现故障电弧。
优选的，所述S130之后包括：
S140：当判断所述被检测线路出现故障电弧，则控制相应模块执行断路、和/或警报处理动作。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种故障电弧的检测装置，所述故障电弧的检测装置包括：电流互感器、特征信息提取模块、主控模块；
所述电流互感器，用于采集被检测线路的电流信号；所述特征信息提取模块与所述电流互感器电连接，用于对所述电流信号进行特征提取，获取到相应的特征信息；所述主控模块与所述特征信息提取模块电连接，用于根据所述特征信息，判断所述被检测线路是否出现故障电弧。
优选的，所述特征信息包括以下的一种、两种或两种以上的组合：电流零休时间值、电流跳变值比例、电压压降值、电流周期积分值、电流的谐波及间谐波含量。
优选的，所述电流信号包括：电流值及对应的时间点。
优选的，所述主控模块包括：比对单元、判断单元；所述比对单元，用于将所述特征信息与训练数据库中的基准特征信息进行比对；所述判断单元，用于当所述特征信息与所述基准特征信息不匹配，则判断所述被检测线路出现故障电弧；反之，则判断所述被检测线路没有出现故障电弧。
优选的，所述故障电弧的检测装置还包括：处理模块；所述处理模块与所述主控模块电连接，用于当判断所述被检测线路出现故障电弧，则控制相应模块执行断路、和/或警报处理动作。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：能够准确判断故障电弧的出现并执行相应保护动作，实现降低故障电弧引起的火灾比例的目的。
附图说明
图1为本发明的故障电弧的检测方法实施例一的流程示意图；
图2为本发明的故障电弧的检测方法实施例二的流程示意图；
图3为本发明的故障电弧的检测装置实施例一的模块框图；
图4为本发明的故障电弧的检测装置实施例二的模块框图。
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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种故障电弧的检测方法实施例一。所述故障电弧的检测方法应用场景不作限定，例如：学校、工厂、娱乐场所等。参见图1，图1为本发明的故障电弧的检测方法实施例一的流程示意图。所述故障电弧的检测方法，包括以下步骤：
S110：采集被检测线路的电流信号。
本实施例中，通过电流互感器采集被检测线路的电流信号，检测到的电流信号经过放大电路及隔离电路将传递至主控模块进行处理；所述电流信号的采集频率可进行设定，本实施例优选的采集频率为48Hz。其中，所述电流信号包括：电流值及对应的时间点。将采集到的电流信号的电流值作为y轴，对应的时间点作为x轴，形成被检测线路的波形图。
S120：对所述电流信号进行特征提取，获取到相应的特征信息。
本实施例中，由于考虑到故障电弧与正常波形的主要差异在于突变信号，但某些特变信号特征不明显，因此需要对电流信号进行特征提取，进一步提高故障电弧的分辨准确率。其中，所述特征信息包括以下的一种、两种或两种以上的组合：电流零休时间值、电流跳变值比例、电压压降值、电流周期积分值、电流的谐波及间谐波含量。上述的各种特征信息在相应的文献资料中已有记载，在此不作详细的说明。
本实施例中，在对所述电流信息进行特征提取的过程中，可以仅提取上述的其中一种特征信息进行故障电弧的判断，但是仅利用一种特征信息作为判断依据，可能会出现误判情况，例如：利用小波提取故障电弧零休的特征信息，检测奇异点作为判据，然而非线性负载正常运行时电流波形也会出现零休特征，因此这种方法很难提取有效的电弧特征。又如：利用神经网络融合电流时域和频域特征值，该方法只对有限负载的特征值训练并不能适用所有负载，而且训练数据越多收敛时间越长，不利于故障的实时判断。因此，本实施例可优选采用两种或两种以上的组合作为判断出现故障电弧的依据，这样能够提高判断准确性。
S130：根据所述特征信息，判断所述被检测线路是否出现故障电弧。
本实施例中，所述步骤S130过程为：将所述特征信息与训练数据库中的基准特征信息进行比对；当所述特征信息与所述基准特征信息不匹配，则判断所述被检测线路出现故障电弧；反之，则判断所述被检测线路没有出现故障电弧。
本实施例以具体的例子对步骤S130的过程进行详细的说明。例如：本次电流信息提取到的特征信息为电流周期积分值，当发生故障电弧时，所述电流周期积分值会比基准电流周期积分值低。电弧故障时电路中的电弧电流与电压存在的关系为：电弧电流增大时，电弧电压降低；电弧电流减小时，电弧电压升高。当触头等接触不良且接触面不断减小时，电流密度和接触电阻越来越大，压降变大使得电弧电流变小。负载在电弧故障时，电流幅值相比正常电流变小，电流波形与x轴围成的面积变小，因此可提取电流周期积分值进行分析。所述电流周期积分值的计算过程具体如下：
Figure BDA0002720767100000041
式中：i(n)k为第n个周期第k个采样点的电流值；K为一个周期总采样点数；Δt为相邻采样点时间差。若以白炽灯为例，其在训练数据库中的计算得到的基准电流周期积分值设定值为6.2*10-3-6.4*10-3，若当前通过提取计算到的电流周期积分值为5.7*10-3，则表示所述白炽灯电路产生故障电弧。另外，本实施例还可以采用其他的特征信息及其组合进行判断，在此不作一一列举。
本发明提供了一种故障电弧的检测方法实施例二。参见图2，图2为本发明的故障电弧的检测方法实施例二的流程示意图。所述故障电弧的检测方法实施例二在上述实施例一的基础上进行了改进，改进之处在于，所述S130之后包括：
S140：当判断所述被检测线路出现故障电弧，则控制相应模块执行断路、和/或警报处理动作。
其中，所述相应模块可以为断路器、和/或警报装置的组合。当所述相应模块为断路器，则当判断所述被检测线路出现故障电弧，则控制断路器执行断路处理动作，从而保护电路；当所述相应模块为警报装置，则当判断所述被检测线路出现故障电弧，则控制警报装置执行警报处理动作；所述警报处理动作可以为：鸣响、发送相应通知信息至管理员端等。当所述相应模块为断路器和警报装置的组合，则所述处理动作为上述两者的组合。通过上述实施方式，在提高判断故障电弧判断准确性的同时，在出现故障电弧时能够及时进行电路保障，保护人身财产安全。
本发明另提出一种故障电弧的检测装置的实施例一。所述故障电弧的检测装置应用场景不作限定，例如：学校、工厂、娱乐场所等。参见图3，图3为本发明的故障电弧的检测装置实施例一的模块框图。所述故障电弧的检测装置包括：电流互感器100、特征信息提取模块200、主控模块300。所述电流互感器100，用于采集被检测线路的电流信号；所述特征信息提取模块200与所述电流互感器100电连接，用于对所述电流信号进行特征提取，获取到相应的特征信息；所述主控模块300与所述特征信息提取模块200电连接，用于根据所述特征信息，判断所述被检测线路是否出现故障电弧。
本实施例中，通过电流互感器100采集被检测线路的电流信号，检测到的电流信号经过放大电路及隔离电路将传递至主控模块进行处理；所述电流信号的采集频率可进行设定，本实施例优选的采集频率为48Hz。其中，所述电流信号包括：电流值及对应的时间点。将采集到的电流信号的电流值作为y轴，对应的时间点作为x轴，形成被检测线路的波形图。
本实施例中，由于考虑到故障电弧与正常波形的主要差异在于突变信号，但某些特变信号特征不明显，因此需要对电流信号进行特征提取，进一步提高故障电弧的分辨准确率。其中，所述特征信息包括以下的一种、两种或两种以上的组合：电流零休时间值、电流跳变值比例、电压压降值、电流周期积分值、电流的谐波及间谐波含量。上述的各种特征信息在相应的文献资料中已有记载，在此不作详细的说明。
本实施例中，在所述特征信息提取模块200对所述电流信息进行特征提取的过程中，可以仅提取上述的其中一种特征信息进行故障电弧的判断，但是仅利用一种特征信息作为判断依据，可能会出现误判情况，例如：利用小波提取故障电弧零休的特征信息，检测奇异点作为判据，然而非线性负载正常运行时电流波形也会出现零休特征，因此这种方法很难提取有效的电弧特征。又如：利用神经网络融合电流时域和频域特征值，该方法只对有限负载的特征值训练并不能适用所有负载，而且训练数据越多收敛时间越长，不利于故障的实时判断。因此，本实施例可优选采用两种或两种以上的组合作为判断出现故障电弧的依据，这样能够提高判断准确性。
本实施例中，所述主控模块300包括：比对单元、判断单元。所述比对单元，用于将所述特征信息与训练数据库中的基准特征信息进行比对。所述判断单元，用于当所述特征信息与所述基准特征信息不匹配，则判断所述被检测线路出现故障电弧；反之，则判断所述被检测线路没有出现故障电弧。
本实施例以具体的例子对主控模块300的判断过程进行详细的说明。例如：本次所述特征信息提取模块200提取到的特征信息为电流周期积分值，当发生故障电弧时，所述电流周期积分值会比基准电流周期积分值低。电弧故障时电路中的电弧电流与电压存在的关系为：电弧电流增大时，电弧电压降低；电弧电流减小时，电弧电压升高。当触头等接触不良且接触面不断减小时，电流密度和接触电阻越来越大，压降变大使得电弧电流变小。负载在电弧故障时，电流幅值相比正常电流变小，电流波形与x轴围成的面积变小，因此可提取电流周期积分值进行分析。所述电流周期积分值的计算过程具体如下：
Figure BDA0002720767100000061
式中：i(n)k为第n个周期第k个采样点的电流值；K为一个周期总采样点数；Δt为相邻采样点时间差。若以白炽灯为例，其在训练数据库中的计算得到的基准电流周期积分值设定值为6.2*10-3-6.4*10-3，若当前通过提取计算到的电流周期积分值为5.7*10-3，则所述主控模块300判断所述白炽灯电路产生故障电弧。另外，本实施例还可以采用其他的特征信息及其组合进行判断，在此不作一一列举。
本发明另提出一种故障电弧的检测装置的实施例二。参见图4，图4为本发明的故障电弧的检测装置实施例二的模块框图。所述故障电弧的检测装置实施例二在上述实施例一的基础上进行了改进，改进之处在于，所述故障电弧的检测装置还包括：处理模块400。所述处理模块400与所述主控模块300电连接，用于当判断所述被检测线路出现故障电弧，则控制执行断路、和/或警报处理动作。
其中，所述处理模块400可以为断路器、和/或警报装置的组合。当所述处理模块400为断路器，则当所述主控模块300判断所述被检测线路出现故障电弧，则控制断路器执行断路处理动作，从而保护电路；当所述处理模块400为警报装置，则当所述主控模块300判断所述被检测线路出现故障电弧，则控制警报装置执行警报处理动作；所述警报处理动作可以为：鸣响、发送相应通知信息至管理员端等。当所述处理模块400为断路器和警报装置的组合，则所述处理动作为上述两者的组合。通过上述实施方式，在提高判断故障电弧判断准确性的同时，当出现故障电弧时能够及时进行电路保障，保护人身财产安全。
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)

1.一种故障电弧的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S110：采集被检测线路的电流信号；
S120：对所述电流信号进行特征提取，获取到相应的特征信息；
S130：根据所述特征信息，判断所述被检测线路是否出现故障电弧。
2.根据权利要求1所述的故障电弧的检测方法，其特征在于，所述特征信息包括以下的一种、两种或两种以上的组合：电流零休时间值、电流跳变值比例、电压压降值、电流周期积分值、电流的谐波及间谐波含量。
3.根据权利要求1所述的故障电弧的检测方法，其特征在于，所述电流信号包括：电流值及对应的时间点。
4.根据权利要求1所述的故障电弧的检测方法，其特征在于，所述步骤S130过程为：将所述特征信息与训练数据库中的基准特征信息进行比对；当所述特征信息与所述基准特征信息不匹配，则判断所述被检测线路出现故障电弧；反之，则判断所述被检测线路没有出现故障电弧。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的故障电弧的检测方法，其特征在于，所述S130之后包括：
S140：当判断所述被检测线路出现故障电弧，则控制相应模块执行断路、和/或警报处理动作。
6.一种故障电弧的检测装置，其特征在于，所述故障电弧的检测装置包括：电流互感器、特征信息提取模块、主控模块；
所述电流互感器，用于采集被检测线路的电流信号；所述特征信息提取模块与所述电流互感器电连接，用于对所述电流信号进行特征提取，获取到相应的特征信息；所述主控模块与所述特征信息提取模块电连接，用于根据所述特征信息，判断所述被检测线路是否出现故障电弧。
7.根据权利要求6所述的故障电弧的检测装置，其特征在于，所述特征信息包括以下的一种、两种或两种以上的组合：电流零休时间值、电流跳变值比例、电压压降值、电流周期积分值、电流的谐波及间谐波含量。
8.根据权利要求6所述的故障电弧的检测装置，其特征在于，所述电流信号包括：电流值及对应的时间点。
9.根据权利要求6所述的故障电弧的检测装置，其特征在于，所述主控模块包括：比对单元、判断单元；所述比对单元，用于将所述特征信息与训练数据库中的基准特征信息进行比对；所述判断单元，用于当所述特征信息与所述基准特征信息不匹配，则判断所述被检测线路出现故障电弧；反之，则判断所述被检测线路没有出现故障电弧。
10.根据权利要求6-9任意一项所述的故障电弧的检测装置，其特征在于，所述故障电弧的检测装置还包括：处理模块；所述处理模块与所述主控模块电连接，用于当判断所述被检测线路出现故障电弧，则控制执行断路、和/或警报处理动作。
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