[发明专利]串联故障电弧检测方法及其专用装置

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及电故障的探测装置，具体地说是串联故障电弧检测方法及其专用装置。

背景技术

故障电弧的特征在物理现象上表现为持续强烈的弧光、弧声、放热等现象，在线路电流上表现为电流波形的畸变，相应的会出现零休区间、电流上升率增大、高频谐波增多等。电弧燃烧时会产生局部高温，故障电弧是引起电气火灾的主要原因之一，严重威胁人类的生命财产安全。

在家庭供配电线路中，开关操作频繁、设备线路状况复杂，容易发生触头松动、绝缘老化、击穿、接地故障等问题，增加了故障电弧发生的概率。同时，由于用电设备分散，利用电弧物理现象来检测电弧并不现实，适合利用线路电流的变化来检测电弧。

故障电弧分为串联故障电弧和并联故障电弧，串联故障电弧受负载类型和大小的影响较大，不同负载下电流变化表现出不同的特征。随着现代电气技术的发展，各种开关电源等非线性负载的增多，正常工作时电流也会出现电弧的某个或者某些特征，干扰了电弧特征的检测。然而电器正常工作电流波形变化具有稳定的周期，而电弧电流波形变化没有稳定的周期，可以通过这一普遍特征检测电弧。

当前通过电流波形变化检测电弧的方法可以分为基于局部特征分析和基于整体识别两大类。局部特征分析方法多进行交流电弧的平肩和电流变化率的检测，针对性强但通用性差，多用于负载固定的专用AFCI设计中；基于整体识别的方法检测准确率高，多采用神经网络算法、模糊自适应法等相对比较复杂的算法，但是由于计算量比较大，需要对大量数据进行训练，实时性差，不适合应用于在线检测。

CN103116093A公开了串联故障电弧预警系统及其检测方法，是一种基于差值-均方根的检测方法，通过相邻周期对应点差值的均方根和均方根变化率判断电弧的发生。均方根基于电弧电流的稳定周期性的丧失，然而实际中，尤其是在A负载下噪音水平大于或相当于B负载下电弧特征信号时相邻周期对应点差值的均方根受噪音的影响很大；虽然，均方根变化率在一定程度上弥补了均方根判断的缺陷，但是均方根已经在一定程度上中和了电弧电流的随机性，因此由基于均方根随机性的均方根变化率判断故障电弧的发生可能存在漏检。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供串联故障电弧检测方法及其专用装置，采用小波阈值去噪置零策略，并做归一化处理，用归一化处理后的信号在每个电源周期的幅值作为电弧的特征量，以此判断有无电弧现象出现，同时提供实施该方法的专用装置，克服了现有技术由于计算量比较大，需要对大量数据进行训练，实时性差，不适合应用于在线检测和基于均方根随机性的均方根变化率判断故障电弧的发生可能存在漏检的诸多缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：串联故障电弧检测方法，步骤如下：

第一步，采集电流瞬时值

在一个电源周期内以20kHz的采样频率采集400个电流瞬时值，作为下一个电源周期的参考数据；

第二步，得到相邻电源周期的电流波形差信号

以同样的采样频率采集相邻电源周期的同样个数的电流瞬时值，再与第一步中所得的上一电源周期的电流瞬时值数据对应点相减，得到相邻电源周期的电流波形差信号；

第三步，进行小波阈值去噪置零和归一化处理

对由第二步得到的相邻电源周期电流波形差信号进行如下的小波阈值去噪置零和归一化处理：

（1）通过小波变换，计算相邻电源周期电流采集值差值I3的默认阈值THR；

（2）对THR做u倍数的扩大，即THR1=u*THR，得到小波去噪的阈值THR1；

（3）求I3的400个点的每个点的绝对值，判断是否大于阈值THR1：是，保留I3相应点和THR1的差，否，将I3相应的点置0，最后得到修改后的I3，记为I4；

（4）计算用于求取I3的后一电源周期电流采集值I2的400个点的绝对值平均值AVERAGE，即先对I2求绝对值，然后求和，然后除以400，得到AVERAGE；

（5）获得归一化处理的基底BASE=AVERAGE+h，h为根据经验获得的经验修正值；

（6）对I4进行归一化处理，得到I5，即I5=I4/BASE，

（7）将I5赋给I3，即I3=I5，完成归一化处理；

第四步，判断有无电弧现象

计算由第三步得到的归一化处理后的波形差信号在每个电源周期的幅值，与电弧特征阈值Y比较，若大于Y，则判断有电弧现象，此周期即为电弧周期；反之，判断无电弧现象，此周期即为无电弧周期，其中电弧特征阈值Y取0.3；