CN113759217A - 一种基于电压测量的故障电弧传感器及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电压测量的故障电弧传感器及检测方法,其特征在于:故障电弧传感器包括电压检测单元、模数转换单元、处理器单元及通信单元,电压检测单元的输入端安装在检测线路上检测段与负载之间,模数转换单元的输入端与电压检测单元的输出端电连接,且其输出端与处理器单元的输入端电连接。本发明与现有技术相比的优点在于:电压检测单元采集检测线路上的电压信号并通过模数转换单元转换为数字信号,处理器单元接收数字信号后分析并比较采样点的正弦正半周期内的真实拐点个数,从而判断出检测线路上是否存在故障电弧,测量准确且快速,具有故障电弧识别率高、误报率低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及电弧检测技术领域,具体是指一种基于电压测量的故障电弧传感器及检测方法。
背景技术
在日常生活中,由于配电系统中的电气线路和设备长时间处于过负荷运行状态、电气连接不良等情况,致使电缆的绝缘层出现老化问题,大大降低了电缆的绝缘效果,并且随着碳化路径的形成,极易引发故障电弧,这种故障电弧一旦引起燃烧就不易熄灭,最终造成严重的火灾,危及人们的生命财产安全。因此,在电弧发生时,及时将其检测出来变得尤为重要。
发明内容
本发明提供一种基于电压测量的故障电弧传感器及检测方法,其解决的技术问题是:能够及时检测出线路中的电弧。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
一种基于电压测量的故障电弧传感器,包括电压检测单元、模数转换单元、处理器单元及通信单元,所述电压检测单元的输入端安装在检测线路上检测段与负载之间,所述模数转换单元的输入端与所述电压检测单元的输出端电连接,且其输出端与所述处理器单元的输入端电连接。
所述电压检测单元是电压传感器,所述电压传感器在柔性PCB板上制造而成,且其为环形结构,所述检测线路穿过所述电压传感器的中心,且所述电压传感器的上极板与所述检测线路的电压耦合,其下极板接地,通过电压检测单元实现对检测线路上的电压检测。
所述模数转换单元包括调理电路及数模转换器,所述调理电路的输入端与所述电压检测单元的输出端电连接,所述数模转换器的输入端与所述调理电路的输出端电连接,且其输出端与所述处理器单元的输入端电连接,通过调理电路与数模转换器的配合,将电压信号转换为处理器单元能够处理的数字信号。
所述通信单元的输入端与所述处理器单元的输出端电连接,且其输出端与报警系统电连接,通信单元将处理器单元发出的故障电弧信号发送到报警系统中,以发出报警信息。
一种基于电压测量的故障电弧检测方法,包括如下步骤:
a、通过电压检测单元从检测线路中得到电压信号;
b、通过模数转换单元将所述电压信号处理并转换为数字信号;
c、通过处理器单元对所述数字信号进行连续采样,得到呈正弦分布的连续采样点;
d、通过所述处理器单元判断所述采样点是否处于正弦的正半周期内,若所述采样点处于所述正弦的正半周期内,则执行步骤e至f,采样点处于正弦的正半周期内时,其幅值较大,更易于判断处理;
e、通过所述处理器单元确定所述正弦的正半周期内的真实拐点个数h;
f、通过所述处理器单元比较所述h与阈值3,若所述h大于所述阈值3,则发出故障电弧信号。
所述步骤c中,所述采样点的时间序列号为n,所述正弦中连续的采样点幅值为x(n)(n=0,1,2...N-1),对所述正弦中M范围内的采样点幅值进行均值滤波得到若干个均值y(n),其中从而减少干扰值,使采样点是否处于正弦的正半周期内的判断更为准确。
所述步骤d中,在所述处理器单元中设定动态阈值a,通过所述处理器单元比较所述均值y(n)与所述动态阈值a,若连续10次所述均值y(n)大于所述动态阈值a,则确定所述采样点处于所述正弦的正半周期内。
所述步骤d中,在所述处理器单元中设定阈值5,通过所述处理器单元在连续的采样点中选取相邻拐点的时间序列号i、j,并根据公式c=j-i计算得到相邻拐点的序号差值c,然后比较所述序号差值c与所述阈值5,若所述序号差值c大于或等于所述阈值5,则计入所述采样点j,由此得到初步拐点个数e。
所述步骤d中,在所述处理器单元中设定阈值3,通过所述处理器单元比较所述初步拐点个数e与所述阈值3,若所述初步拐点个数e大于所述阈值3,则增大所述阈值a,所述初步拐点个数e小于所述阈值3,则减小所述阈值a,所述初步拐点个数e等于所述阈值3,则保持所述阈值a不变,由此使阈值a不断调整,使采样点是否处于正弦的正半周期内的判断更为准确。
所述步骤e中,在所述处理器单元中设定阈值3.7%,通过所述处理器单元在所述正弦的正半周期内选取连续采样点中的最大幅值MAX以及相邻拐点的幅值g(n)、g(n-1),并根据公式计算得到比值f,然后比较所述比值f与所述阈值3.7%,若所述比值f大于或等于所述阈值3.7%,则计入所述采样点n,由此得到真实拐点个数h。
采用上述结构后,本发明和现有技术相比所具有的优点是:
电压检测单元采集检测线路上的电压信号并通过模数转换单元转换为数字信号,处理器单元接收数字信号后分析并比较采样点的正弦正半周期内的真实拐点个数,从而判断出检测线路上是否存在故障电弧,测量准确且快速,具有故障电弧识别率高、误报率低的特点。
附图说明
图1是本发明中一种基于电压测量的故障电弧传感器的电路示意图。
图2是本发明中一种基于电压测量的故障电弧传感器的安装示意图。
如图所示:1、电压检测单元,2、处理器单元,3、调理电路,4、数模转换器,5、通信单元。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例,并不因此而限定本发明的保护范围,下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例,见图1至图2所示:
基于电压测量的故障电弧检测方法,其利用基于电压测量的故障电弧传感器,实现对检测线路上的电弧检测,其中,故障电弧传感器包括电压检测单元1、模数转换单元、处理器单元2及通信单元5。
故障电弧检测方法包括如下步骤:
a、通过电压检测单元1从检测线路中得到电压信号,电压检测单元1的输入端安装在检测线路上检测段与负载之间,其是电压传感器,电压传感器在柔性PCB板上制造而成,且其为环形结构,检测线路穿过电压传感器的中心,且电压传感器的上极板与检测线路的电压耦合,其下极板接地。
b、通过模数转换单元将电压信号处理并转换为数字信号,模数转换单元包括调理电路3及数模转换器4,调理电路3的输入端与电压检测单元1的输出端电连接,数模转换器4的输入端与调理电路3的输出端电连接,且其输出端与处理器单元2的输入端电连接。
c、通过处理器单元2对数字信号进行连续采样,得到呈正弦分布的连续采样点,采样点的时间序列号为n,正弦中连续的采样点幅值为x(n)(n=0,1,2...N-1),N为任意整数,对正弦中M范围内的采样点幅值进行均值滤波得到若干个均值y(n),其中M为窗口宽度,通常选定为奇数,此种均值滤波的方式,可减少大量的干扰信号,保证采样点的精确性。
d、通过处理器单元2判断采样点是否处于正弦的正半周期内,在处理器单元2中设定动态阈值a,动态阈值a为当前模数转换精度下最大值的2.4%,通过处理器单元2比较均值y(n)与动态阈值a,若连续10次均值y(n)大于动态阈值a,则确定采样点处于正弦的正半周期内,若连续10次均值y(n)小于或等于动态阈值a,则确定采样点离开正弦的正半周期。
其中,动态阈值a在设定后需要修正,以保证处理器单元2的判断准确性,在处理器单元2中设定阈值5,通过处理器单元2在连续的采样点中选取相邻拐点的时间序列号i、j,并根据公式c=j-i计算得到相邻拐点的序号差值c,然后比较序号差值c与阈值5,若序号差值c大于或等于阈值5,则计入采样点j,由此得到初步拐点个数e,此种方式可避免采样点计入正常情况下的小幅值波纹变化。
在处理器单元2中设定阈值3,通过处理器单元2比较初步拐点个数e与阈值3,若初步拐点个数e大于阈值3,则增大阈值a,增加值为1%,初步拐点个数e小于阈值3,则减小阈值a,减小值为1%,初步拐点个数e等于阈值3,则保持阈值a不变,且其中,阈值a的最大值为10%,最小值为1%。
若采样点处于正弦的正半周期内,则执行步骤e至f。
e、通过处理器单元2确定正弦的正半周期内的真实拐点个数h,在处理器单元2中设定阈值3.7%,通过处理器单元2在正弦的正半周期内选取连续采样点中的最大幅值MAX以及相邻拐点的幅值g(n)、g(n-1),并根据公式计算得到比值f,然后比较比值f与阈值3.7%,若比值f小于阈值3.7%,则不计入采样点n,若比值f大于或等于阈值3.7%,则计入采样点n,由此得到真实拐点个数h。
f、通过处理器单元2比较h与阈值3,若h小于或等于阈值3,则表示检测线路上无故障电弧,处理器单元2不动作,若h大于阈值3,则处理器单元2发出故障电弧信号;
其中,正常情况下的电压信号上纹波小,波形比较平滑,在电压信号正弦的正半周期上,其真实拐点个数不会超过3次,而当检测线路上出现故障电弧时,检测线路中会产生高频的电压噪声,此时电压信号的纹波整体幅值会比未发生故障电弧时的纹波幅值大,变化快,在电压信号正弦的正半周期上,其真实拐点个数会大于3个,因此通过判断电压信号正弦的正半周期上的真实拐点个数,即可确定检测线路上是否具有故障电弧。
通信单元5的输入端与处理器单元2的输出端电连接,且其输出端与报警系统电连接,处理器单元2发出的故障电弧信号通过通信单元5发送到报警系统中,报警系统随即发出报警信息,以提示工作人员。
以上对本发明及其实施方式进行了描述,这种描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于电压测量的故障电弧传感器,其特征在于:包括电压检测单元(1)、模数转换单元及处理器单元(2),所述电压检测单元(1)的输入端安装在检测线路上检测段与负载之间,所述模数转换单元的输入端与所述电压检测单元(1)的输出端电连接,且其输出端与所述处理器单元(2)的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于电压测量的故障电弧传感器,其特征在于:所述电压检测单元(1)是电压传感器,所述电压传感器在柔性PCB板上制造而成,且其为环形结构,所述检测线路穿过所述电压传感器的中心,且所述电压传感器的上极板与所述检测线路的电压耦合,其下极板接地。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于电压测量的故障电弧传感器,其特征在于:所述模数转换单元包括调理电路(3)及数模转换器(4),所述调理电路(3)的输入端与所述电压检测单元(1)的输出端电连接,所述数模转换器(4)的输入端与所述调理电路(3)的输出端电连接,且其输出端与所述处理器单元(2)的输入端电连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于电压测量的故障电弧传感器,其特征在于:还包括通信单元(5),所述通信单元(5)的输入端与所述处理器单元(2)的输出端电连接,且其输出端与报警系统电连接。
5.一种基于电压测量的故障电弧检测方法,其特征在于:包括如下步骤:
a、通过电压检测单元(1)从检测线路中得到电压信号;
b、通过模数转换单元将所述电压信号处理并转换为数字信号;
c、通过处理器单元(2)对所述数字信号进行连续采样,得到呈正弦分布的连续采样点;
d、通过所述处理器单元(2)判断所述采样点是否处于正弦的正半周期内,若所述采样点处于所述正弦的正半周期内,则执行步骤e至f;
e、通过所述处理器单元(2)确定所述正弦的正半周期内的真实拐点个数h;
f、通过所述处理器单元(2)比较所述h与阈值3,若所述h大于所述阈值3,则发出故障电弧信号。
7.根据权利要求6所述的一种基于电压测量的故障电弧检测方法,其特征在于:所述步骤d中,在所述处理器单元(2)中设定动态阈值a,通过所述处理器单元(2)比较所述均值y(n)与所述动态阈值a,若连续10次所述均值y(n)大于所述动态阈值a,则确定所述采样点处于所述正弦的正半周期内。
8.根据权利要求7所述的一种基于电压测量的故障电弧检测方法,其特征在于:所述步骤d中,在所述处理器单元(2)中设定阈值5,通过所述处理器单元(2)在连续的采样点中选取相邻拐点的时间序列号i、j,并根据公式c=j-i计算得到相邻拐点的序号差值c,然后比较所述序号差值c与所述阈值5,若所述序号差值c大于或等于所述阈值5,则计入所述采样点j,由此得到初步拐点个数e。
9.根据权利要求8所述的一种基于电压测量的故障电弧检测方法,其特征在于:所述步骤d中,在所述处理器单元(2)中设定阈值3,通过所述处理器单元(2)比较所述初步拐点个数e与所述阈值3,若所述初步拐点个数e大于所述阈值3,则增大所述阈值a,所述初步拐点个数e小于所述阈值3,则减小所述阈值a,所述初步拐点个数e等于所述阈值3,则保持所述阈值a不变。
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