[发明专利]串联故障电弧预警系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及检测技术，特别涉及一种串联故障电弧预警系统及其检测方法。

背景技术

据2005年的《中国消防年鉴》的统计，2004年一共发生火灾142568起，其中电气火灾有2948起，占总火灾数的20.7%。电气火灾导致了398人死亡，427人受伤，直接经济损失达到了48亿元，占被调查火灾总损失的42%。在特大火灾中，电气火灾有10起，占总数27起的37%，直接经济损失达到21亿元，占了74%。电气火灾已给人民群众生命安全和国家财产带来了严重威胁。而在引起电气火灾的众多原因中，故障电弧则是最主要的原因之一。

故障电弧的发生方式一般可分为串行电弧，并行电弧及接地电弧三种，串联电弧由于其故障电弧发生时，电流较小，而且故障电弧的特性随负载类型和大小的影响，因而更难准确检测，所以危险性也相对较大。

目前，国内外电弧检测的方法大致可以归纳为三类：

（1）建立电弧模型,并通过检测相应的参量检测电弧，但由于这种方法使用条件的限制，且需要检测的参数过多，目前，利用此方法来进行故障电弧的检测进展十分缓慢，一般仅仅停留在仿真阶段；

（2）根据电弧发生时所产生的物理现象来检测电弧，根据电弧的形成过程可以发现，电弧形成时，会伴随着一些明显的物理现象，如弧光，噪声，辐射，温度变化等等。在配电柜中产生电弧，由于电流较大，这些物理现象非常明显,表现为高温、高压、噪声等，利用此法可以较好的检测出故障电弧的发生。

而在家庭或者公共场所供配电系统中，需要检测的范围很大，且电弧发生时的物理现象相对较弱，用这种方法不容易检测到电弧的发生。所以通过检测故障电弧发生时的物理现象，来达到判断是否有故障电弧发生的方法，不适用于大规模的故障电弧的检测与预防。

（3）根据电弧发生时的电流、电压波形变化检测电弧。当发生电弧时，电路中的电压和电流会因为电路中产生了电弧而发生突变，用小波变换、三周期法等对此时的电压电流波形进行分析，特征量提取，可以判断出电弧的发生与否。利用小波变换对电弧的电流信号进行分析，可以反映电流信号突变的时刻，还能够检测到突变的大小。然后再对这些信息进行综合性的分析，可以有效检测故障电弧。但由于在电网中存在一些与故障电弧的波形相似的电流波形，所以能否准确区分故障电弧还是正常波形是小波变换面临的重要问题。

在专利《检测电弧故障的设备和方法》中，提供了三周期算法（即TCA）的含义，表达如下：

TCA＝|(|V_[n-1]-V_[n]|+|V_[n+1]-V_[n]|-|V_[n+1]-V_[n-1]|)|

其中，V_[n-1]表示与第一线电压周期相应的第一电压测量结果，V_[n]代表与第二线电压周期相应的第二电压测量结果，并且，V_[n+1]代表与第三线电压周期相应的第三电压测量结果。TCA可用于确定电压的波动，从而可以区分故障电弧和扰乱负荷。但是，该专利进行采样后，需要对采样信号进行傅氏变换，这就需要时间较长的计算，需要更高性能的微处理器，造成计算复杂和硬件系统成本很高。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种串联故障电弧检测的系统和方法，可以准确区分故障电弧与正常波形，节省计算时间，并采用更为经济的微处理器，实现可靠、有效的串联故障电弧检测，为工作人员提供及时有效的预警信息。

为达到上述目的，本发明提供的串联故障电弧预警系统，包括电源电路、电流互感器、电流感测电路和信号调理电路，还包括微处理器、故障输出电路以及与电网相连的电压过零比较电路，所述电流互感器、电流感测电路、信号调理电路与所述微处理器依次相连，所述电压过零比较电路和故障输出电路分别与所述微处理器相连，所述电流互感器采集电网中的电流信号，经过所述电流感测电路将电流信号转化为电压信号，再经过所述信号调理电路输入所述微处理器，所述电压过零比较电路输出电压过零脉冲信号至所述微处理器，所述微处理器的控制序列执行如下步骤：

步骤101，微控制器初始化；

步骤102，寄存器配置，包括AD寄存器和定时器寄存器；

步骤103，判断电网电压幅值从负至正过零点标志位ZeroFlag是否为0，当其为0时，执行步骤104；否则，等待，直至ZeroFlag为0；