交流電弧故障檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及交流電弧故障檢測領域，特別是一種交流電弧故障檢測方法。
【背景技術】
[0002] 隨著社會經濟的不斷發(fā)展，在居民樓、工廠、商場等建筑中用電設備的種類和數量 不斷增多。由于電氣配線、用電設備內部線路長時間帶載或過載運行，造成電線絕緣層逐漸 老化甚至破損。在絕緣損壞的位置容易產生故障電弧，若不能及時發(fā)現并采取相應的措施， 故障電弧很容易引起火災或發(fā)生爆炸。此外，飛機上除了由絕緣老化引起的故障電弧外，飛 機飛行過程中的機械振動導致的接線松動也會產生故障電弧，嚴重威脅人民的生命財產安 全。傳統(tǒng)的保護電器只能在過電流或短路的情況下對線路起到保護作用，而故障電弧的電 流多數情況下小于其動作的額定限值，很可能不會作出反應。因此，配電系統(tǒng)中還需要增設 電弧故障檢測及保護裝置，以達到阻止電弧故障引起火災或爆炸、保護人民的生命財產安 全的目的。
[0003] 現有的故障電弧檢測方法一般來自以下三個方面：
[0004] 一、時域特征。
[0005] 方法：包括電壓或電流幅值降低、正負半周不對稱、零休區(qū)的出現和波形斜率的突 變等特征。
[0006] 缺點：電壓或電流幅值在切換不同的負載時也會發(fā)生變化。正負半周不對稱的現 象會受到故障點兩導體間材料熔融程度的影響。電流零休區(qū)的寬窄會受到電極之間等離子 體狀態(tài)、間隙距離大小、阻抗角等條件的影響而改變。電壓或電流波形的斜率受電流零休區(qū) 持續(xù)時間長短和材料表面氧化程度的影響。然而實際中電弧故障點兩導體之間的等離子體 狀態(tài)、間隙大小是不固定的，很多情況下負載類型也不是固定不變的。因此采用時域特征很 難準確地檢測電弧故障。
[0007] 二、高頻信號的幅值
[0008] 方法：對采集到的電壓或電流信號經過高通濾波處理，將濾波后的信號作為模數 轉換的輸入信號。若高頻信號的幅值超過某一閾值并且其持續(xù)時間超過另一閾值，則增加 計數器的值。若在規(guī)定的時間內計數器的值超過預設的閾值則認為產生了電弧故障。
[0009] 缺點：高頻段脈沖的幅值受特定負載類型和電流大小的影響較為明顯，高頻段脈 沖的閾值需要針對不同類的負載做出調整。在負載經常變化的復雜配電系統(tǒng)中，這種方法 難以保證其準確性。
[0010] 三、小波變換與BP神經網絡相結合
[0011] 方法：通過試驗獲取多組多種負載的小波變換的特征值，將這些特征值作為神經 網絡的訓練樣本，待神經網絡收斂后，才可以在微處理器中使用。將小波變換的前兩層細節(jié) 信號的能量作為特征值，將特征值輸入神經網絡，將神經網絡的輸出值與閾值比較判斷是 否有電弧故障發(fā)生。
[0012] 缺點：BP神經網絡需要通過大量的試驗數據進行訓練，待神經網絡收斂之后才可 以移植到處理器中使用。如果訓練樣本不夠多或者樣本包含的負載種類不夠全面，會導致 該檢測算法的準確度降低。而通過試驗獲取足夠多的神經網絡訓練樣本將大大增加前期的 工作量。

【發(fā)明內容】

[0013] 本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，設計了一種交流電弧故障檢測方法。
[0014] 實現上述目的本發(fā)明的技術方案為，一種交流電弧故障檢測方法，包括以下步 驟：
[0015] a、通過互感器采集待檢測回路中的電壓信號或電流信號，并對采集到的電壓信號 或電流信號進行濾波和調理，將濾波和調理后的信號輸入模數轉換器，模數轉換器的輸出 為離散的電壓信號或電流信號；
[0016] b、設計處理通過步驟a得到的電壓信號或電流信號的方法，該處理的方法包括：
[0017] 方法一、對電壓信號或電流信號進行小波變換分解得到近似信號和細節(jié)信號，通 過細節(jié)信號與閾值的對比來判定電路中是否出現了電弧故障；
[0018] 方法二、對電壓信號或電流信號做加窗離散傅里葉變換得到信號的頻譜，計算某 特定階數的諧波分量相對于基波分量所占比例，通過該比值與閾值的對比來判定電路中是 否出現了電弧故障；
[0019] 方法三、對電壓信號或電流信號做加窗離散傅里葉變換得到信號的頻譜，從頻譜 中選取若干個點按照預設的算法進行運算，通過運算結果與閾值的對比來判定電路中是否 出現了電弧故障；
[0020] c、選取步驟b中任意一個方法或任意兩個方法的組合或三個方法的共同組合對 步驟a得到的電壓信號或電流信號進行處理，從而得到判定結果。
[0021] 所述步驟b中的方法一具體內容如下：
[0022] 對步驟a中得到的電壓信號或電流信號進行非線性形態(tài)濾波處理；
[0023] 對濾波后的信號做離散小波變換，得到某一層的細節(jié)信號d;
[0024] 計算d的有效值：，其中Level是該層的階數（d自身的分辨率水平），為細節(jié)信號 d的離散點數。
[0025] 將D與閾值thrl比較。如果D<thrl則該方法認為線路中沒有電弧故障產生； 如果D>thrl則該方法判斷線路中產生了電弧故障。
[0026] 所述步驟b中的方法二具體內容如下：
[0027] 對信號做加窗離散傅立葉變換得到信號的頻譜。頻率f(i)處的幅值記為 y(f(i))，其中i= 1、2、3……n。n為該頻譜包含的離散點個數。
【主權項】
1. 一種交流電弧故障檢測方法，其特征在于，包括以下步驟： a、 通過互感器來采集待檢測回路中的電壓信號或電流信號，并對采集到的電壓信號或 電流信號進行濾波和調理，將濾波和調理后的信號輸入模數轉換器，模數轉換器的輸出為 離散的電壓信號或電流信號； b、 設計處理通過步驟a得到的電壓信號或電流信號的方法，該處理方法包括： 方法一、對電壓信號或電流信號進行小波變換分解得到近似信號和細節(jié)信號，通過細 節(jié)信號與閾值的對比來判定電路中是否出現了電弧故障； 方法二、對電壓信號或電流信號做加窗離散傅里葉變換得到信號的頻譜，計算某特定 階數的諧波分量相對于基波分量所占比例，通過該比值與閾值的對比來判定電路中是否出 現了電弧故障； 方法三、對電壓信號或電流信號做加窗離散傅里葉變換得到信號的頻譜，從頻譜中選 取若干個點按照預設的算法進行運算，通過運算結果與閾值的對比來判定電路中是否出現 了電弧故障； c、 選取步驟b中任意一個方法或任意兩個方法的組合或三個方法的共同組合對步驟a 得到的電壓信號或電流信號進行處理，從而得到判定結果。
2. 根據權利要求1所述的交流電弧故障檢測方法，其特征在于，所述步驟b中的方法一 具體內容如下： 對步驟a中得到的電壓信號或電流信號進行非線性形態(tài)濾波處理； 對濾波后的信號做離散小波變換，得到某一層的細節(jié)信號d ; 計算d的有效值：，其中Level是該層的階數（d自身的分辨率水平），為細節(jié)信號d的 離散點數； 將D與閾值thrl比較。如果D < thrl則該方法認為線路中沒有電弧故障產生；如果 DHhrl則該方法判斷線路中產生了電弧故障。
3. 根據權利要求1所述的交流電弧故障檢測方法，其特征在于，所述步驟b中的方法二 具體內容如下： 對信號做加窗離散傅立葉變換得到信號的頻譜。頻率f(i)處的幅值記為y(f(i))，其 中i = 1、2、3……η。η為該頻譜包含的離散點個數。 計算某特定階數的諧波分量
其中j = 1、2、3……^為 交流電源的頻率，S的取值范圍為O~20。 計算頻譜中的基波分量：
其中F為交流電源的頻率，δ的取值范圍 為0~20。 計算某特定階數的諧波分量相對基波分量的占比：η」=，j = 1、2、3……。 將η」與閾值thr2比較。如果ηthr2則該方法認為線路中沒有電弧故障產生；如 果q，thr2則該方法判斷線路中產生了電弧故障。
4. 根據權利要求1所述的交流電弧故障檢測方法，其特征在于，所述步驟b中的方法三 具體內容如下： 對信號做加窗離散傅立葉變換得到信號的頻譜。頻率f(i)處的幅值記為y(f(i))，其 中i = 1、2、3……η。η為該頻譜包含的離散點個數。 從頻譜中任選m個點，其中m < η。這m個點對應的頻率依次記作If(P1)、f (ρ2)、 f (P3)......f (Pm)，對應的幅值依次為 y (f (P1) )、y (f (P2) )、y (f (P3))......y (f (Pm))。 將選出的m個點按照下式運算：
其中j的取值范圍為PpPpP3......Pm，α > 〇 D 且α辛1，β辛〇， 求取平均值
將result與閾值thr3比較。如果result < thr3,則該方法認為線路中沒有電弧故障 產生；如果result>thr3,則該方法判斷線路中產生了電弧故障。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種交流電弧故障檢測方法，包括以下步驟：a、通過互感器采集待檢測回路中的電壓信號或電流信號，并對采集到的電壓信號或電流信號進行濾波和調理，將濾波和調理后的信號進行模數轉換；b、設計處理通過步驟a得到的電壓信號或電流信號的方法；c、選取步驟b中任意一個方法或任意兩個方法的組合或三個方法的共同組合對步驟a得到的電壓信號或電流信號進行處理，從而得到判定結果。本發(fā)明的有益效果是，易于實施，檢測速度快,反應靈敏，準確度高。
【IPC分類】G01R31-00
【公開號】CN104764963
【申請?zhí)枴緾N201510188978
【發(fā)明人】崔芮華, 郭靜然, 劉喆, 王紹敏, 劉骉
【申請人】河北工業(yè)大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月20日