[发明专利]低压电弧故障测试与分析系统

说明书

技术领域

本发明涉及AFCI分析与设计技术领域，尤其是一种低压电弧故障测试与分析系统。

背景技术

低压电弧故障是引起电气火灾的重要原因，其故障特性已成为低压电器智能化研究的热点之一。电弧故障是电气火灾中多发且最危险的隐患，往往形成具有较大点火能量的起火源。传统的断路器、保护装置无法起到对故障电弧的有效防护。因此，对低压电弧故障进行全面深入并且科学的研究，掌握它的典型特征，找到诊断电弧故障的方法具有重要意义。电弧故障断路器（AFCI）是针对电弧故障检测与保护的新型电器，由于电弧故障类型和特性与负载种类相关，现有的AFCI都只能针对某一类型或某一负载的故障，缺乏通用性。而研究通用的检测和保护方法涉及传感技术、高速采集技术、通信技术和数据分析技术等多个领域，采用何种分析算法通常需要经过算法分析、程序编制、数据采集和处理以及检测验证等过程，而每个过程都要单独研制相关的实验装置，使研究周期增加同时由于故障测试设备的稀有和昂贵导致最后的验证存在困难。

20世界90年代起，人们提出了“可测性设计”概念，在设计初期就考虑测试问题以缩短产品的开发周期。近年来，对电弧故障的检测与保护的研究已全面展开，对低压电弧故障的理论分析需要专用的实验平台及设备来实现，目前专门针对低压电弧故障的分析系统在国内外还未见报道。

目前，对低压电弧故障的研究主要采用仿真分析结合样机的实测验证，由于无专门的故障波形数据采集与检测装置，存在研发周期长，采集和验证困难等缺点。对低压电弧故障的检测一般采用对波形数据进行富立叶变换并与特征曲线数据库进行比较来确定负载类型，再根据相应负载类型的故障电弧特征来识别电弧故障。近年来有研究人员将小波变换等信号处理方法应用与电弧故障特征的提取，但是各种负载类型的特征曲线数据和故障电弧特征数据需通过大量实验来获得。目前，国内外研究者大多只简单地搭建一个起弧装置来获得电弧故障波形数据，再将数据导入相关软件进行分析，没有形成专门的数据分析和实验验证平台，导致对低压电弧故障的研究缺乏系统性和通用性。随着科技的发展，负载的种类也呈现多样化，并有各种使用特征，用传统的方法对不同负载特性情况下的电弧特征进行分析和研究受硬件条件的制约而存在局限性。因此，有必要研制一种集采样、分析与测试为一体的低压电弧故障专用测试与分析系统，而当前各项技术的发展也为该系统的开发提供了可能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种低压电弧故障测试与分析系统，有利于自动生成需要的电弧故障信号并实现故障特征的可视化分析与故障信号的输出测试。

本发明采用以下方案实现：一种低压电弧故障测试与分析系统，其特征在于：包括一自动生弧模块、一采样模块、一测量模块和一特征分析与测试模块；

所述自动生弧模块用于连接负载，并产生相应的电弧故障；

所述采样模块用于接收所述自动生弧模块发送的电弧故障信号，实现对电弧故障信号的调理和采集；

所述测量模块用于对所述电弧故障信号进行转换与测量，并发送给所述特征分析与测试模块；

所述特征分析与测试模块用于实现对所述电弧故障信号进行可视化特征变换与分析，同时对所述电弧故障信号进行波形编辑和数模转换，实现AFCI产品测试并将测试结果显示出来。

在本发明一实施例中，所述自动生弧模块包括一控制模块、一电机微调模块、一标准起弧装置和一负载及电源接口，所述控制模块连接所述采样模块和所述电机微调模块，所述电机微调模块连接所述标准起弧装置，所述标准起弧装置连接所述负载及电源接口和所述采样模块。

在本发明一实施例中，所述标准起弧装置按UL1699标准由两个电极构成。

在本发明一实施例中，所述电机微调模块采用伺服电机实现电极位置的控制。

在本发明一实施例中，还包括一管理模块，所述管理模块与所述测量模块连接，用于设置采集、显示及存储的参数。

在本发明一实施例中，所述特征分析与测试模块包括一特征分析模块、一电弧故障信号发生模块和一AFCI测试模块，所述特征分析模块用于接收所述电弧故障信号并进行图像处理和算法的可视化分析，实现故障特征的分析与提取；所述电弧故障信号发生模块用于对实测的或已存储的电弧故障信号波形进行编辑；所述AFCI测试模块包括输出电路和反馈电路，用于将数模转换后的模拟信号通过硬件电路输出规定频率的模拟故障测试波形，并接收测试样机反馈的动作信号。

在本发明一实施例中，所述特征分析模块支持XLS、TDMS和LVM格式的波形数据，能够方便地读取MATLAB仿真数据。