一种交流故障电弧检测方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种交流故障电弧检测方法及其装置。通过线路中故障电弧产生的电磁耦合信号并基于高阶累积量统计识别可以有效检测出线路中的故障电弧并及时予以保护；当支路线路中发生故障电弧时，通过采集线路中的电磁耦合信号，进行四阶累积量计算得到的峭度值可以较明显的区分出正常信号与电弧故障信号。本发明专利技术方法解决了交流故障电弧的误判、漏判断问题，且该方法对硬件电路要求低，有效地降低了成本。

An AC fault arc detection method and its device

The present invention relates to an AC fault arc detection method and its device. The electromagnetic coupling signal generated by the arc fault line and the cumulant based statistical recognition can effectively detect the arc fault in the line and be protected in time; when the arc fault slip occurs when the circuit, signal acquisition circuit by electromagnetic coupling, four order cumulant calculated kurtosis values can be distinguished more clear out of the normal signal and arc fault signal. The method of the invention solves the problem of misjudgement and leakage judgment of AC fault arc, and the method has low requirements for hardware circuit and effectively reduces the cost.

【技术实现步骤摘要】
一种交流故障电弧检测方法及其装置
本专利技术涉及电路保护
，特别涉及一种交流故障电弧检测方法及其装置。
技术介绍
现有的交流故障检测方法存在如下缺点及不足：(1)、漏判断：在多个负载串并联的综合负载回路中，若额定功率较小的支路发生故障电弧，其故障电弧信号往往很小以至于淹没在正常信号中，导致不能检测到故障信号，造成检测装置的漏判断。(2)、误判断：当前研究故障电弧的主流方法为检测线路中电流的“零休现象”，当发生电弧故障时，电流波形发生畸变，电流有明显的“零休现象”，采用时域小波变换和FFT频谱分析可以提取故障信号，可以对电弧进行辨识，但存在非线性负载检测辨识能力不足问题，当非线性类型负载被施加正弦交流电压时,对于非线性负载正常工作也会出现类似的“零休现象”，以及感性负载启动瞬间引起的大脉冲，都会使检测装置造成一定的误判断。(3)、检测方法单一：申请号：201610016192.4公开了“一种基于差值计算方式的故障电弧检测方法及其保护装置”专利，通过对正常状态电信号差值与故障状态电信号差值进行比较，若超出设定阈值，则判定故障电弧存在，这样的单一的阈值检测往往容易出现漏判或者误判。(4)、检测方法复杂、对硬件电路要求较高：申请号：201310376133.4公开了“基于小波变换和时域混合特征的交流故障电弧检测方法”专利，通过对电流信号进行时域和小波变换特征值计算，将两者的特征值作为收敛的BP神经网络的输入，而其输出值作为故障电弧的判据。该方法适用范围广、控制精度高，但也较为复杂且对硬件电路要求较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种交流故障电弧检测方法及其装置，本专利技术解决了交流故障电弧的误判、漏判断问题，且该方法对硬件电路要求低，有效的降低了成本。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种交流故障电弧检测方法，通过将火线、零线一并穿进电流互感器采集电磁耦合信号，当支路线路发生故障电弧时，检测出线路中的电磁耦合信号，并采用四阶累积量计算得到峭度值，以表征信号陡峭程度，从而区分出正常信号与电弧故障信号。在本专利技术一实施例中，该方法具体实现如下，S1、按预定采样频率通过电流互感器对火线零线线路中的电磁耦合信号实时采集，得到实时信号序列x(t)；S2、设置每隔预定时间对x(t)进行高阶累积量统计，计算其四阶累积量峭度值；计算方式如下：设x(t)为平稳随机信号，且x1＝x(t),x2＝x(t+τ1),…xk＝x(t+τk-1)，τi为延时量；随机信号x(t)的k阶矩mk定义为：mk(τ1…τk-1)＝E[x(t)x(t+τ1)…x(t+τk-1)]随机信号x(t)的高阶累积量可以用高阶矩来表示，对于零均值信号，随机信号x(t)的四阶累积量为c4(τ1,τ2,τ3)＝m4(τ1,τ2,τ3)-m2(τ1)·m2(τ3-τ2)-m2(τ2)·m2(τ3-τ1)-m2(τ3)·m2(τ2-τ1)当τ1＝τ2＝τ3＝0时，由上式可得：c4(0,0,0)＝m4(0,0,0)-3m22(0)＝E[x4(t)]-3{E[x2(t)]}2，即为信号的峭度，零均值随机信号x(t)的峭度定义为：其中其中，σx为标准差，N为信号长度；S3、判断电弧故障：由步骤S2可知，峭度值K是信号的四阶累积量；任何高斯过程的高阶累积量均为零，所以对于任何高斯过程的峭度值均为3，理论正常情况下峭度值应该在3左右，实际工作时可能由于信号的扰动或外界干扰，计算得到的峭度值不可能完全理想，故而设置峭度值K取阈值4；具体判断电弧故障方式如下：当峭度值K>4，电弧故障区间数count+1；当峭度值K<＝4，电弧故障区间数count清零，返回步骤S1继续采集电磁耦合信号；当count>＝2时，即为连续两次检测到峭度异常，即判断为电弧故障，检测装置断开电路；当count<2时，返回步骤S1继续采集电磁耦合信号。在本专利技术一实施例中，所述步骤S2中预定时间为250ms。在本专利技术一实施例中，该方法中采用matlab高阶统计计量工具箱，计算电磁耦合信号的峭度值四阶累积量。在本专利技术一实施例中，该方法还可通过高阶谱的方法对电磁耦合信号进行分析，从而区分出正常信号与电弧故障信号。本专利技术还提供了一种基于上述所述方法的交流故障电弧检测装置，包括MCU及与该MCU连接的电流互感器、驱动电路，所述驱动电路与脱扣机构连接，所述电流互感器穿设于火线、零线上，以采集线路中的电磁耦合信号，所述MCU对电流互感器实时采集的电磁耦合信号，进行四阶累积量峭度值计算，当连续两次检测到峭度值异常立即通过驱动电路驱动脱扣电路执行脱扣动作来保护电路。在本专利技术一实施例中，所述脱扣机构与设置于线路中的断路器相连。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术将火线零线一并穿进电流互感器采集电磁耦合信号，当支路线路发生故障电弧时，可以有效检测出线路中的电磁耦合信号，通过四阶累积量计算得到的峭度值可以表征信号陡峭程度，较明显的区分出正常信号与电弧故障信号，从而解决误判、漏判断问题；(2)在发生电弧故障时，线路中的高频电流产生电磁场耦合到电流互感器，通过对电流互感器的信号采用算法进行识别，该检测方法可以解决非线性负载辨识能力不足的问题，避免传统采集正弦工频电流时对非线性负载类似“零休现象”故障电流信号的处理，解决误判断问题；(3)本专利技术通过调用matlab高阶统计量工具箱，计算其四阶累积量峭度值，算法较为简单易于实现在线监测，适用于各类负载及各种组合情况，避免了判断负载性质的复杂过程，并且降低了对硬件电路的要求。附图说明图1为电流元沿X轴所产生的磁场，在发生电弧故障时，线路中对外辐射电磁场示意图。图2零序CT设置方式示意图。图3为本专利技术一具体实例流程图。图4为本专利技术装置的电路结构原理图，图5是典型阻性负载200W白炽灯利用本专利技术方法采集到的波形图。图6是典型阻感性负载250W冰箱利用本专利技术方法采集到的波形图。图7是典型非线性负载1200W吸尘器利用本专利技术方法采集到的波形图。图8为白炽灯正常工作电流互感器采集的波形图及其幅值分布直方图。图9为白炽灯发生电弧故障零序电流波形图及其幅值分布直方图。图10为冰箱正常工作电流互感器采集的波形图及其幅值分布直方图。图11为冰箱发生电弧故障零序电流波形图及其幅值分布直方图。图12为吸尘器正常工作电流互感器采集的波形图及其幅值分布直方图。图13为吸尘器发生电弧故障零序电流波形图及其幅值分布直方图。图14为综合负载情况下1800W热水壶和240W手电钻正常工作波形图。图15为该综合负载情况下240W手电钻支路发生电弧故障波形图。图16是典型阻感性负载冰箱启动波形图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术的一种交流故障电弧检测方法，通过将火线、零线一并穿进电流互感器采集电磁耦合信号，当支路线路发生故障电弧时，检测出线路中的电磁耦合信号，并采用四阶累积量计算得到峭度值，以表征信号陡峭程度，从而区分出正常信号与电弧故障信号；具体实现如下，S1、按预定采样频率通过电流互感器对火线零线线路中的电磁耦合信号实时采集，得到实时信号序列x(t)；S2、设置每隔预定时间(即250ms)对x(t)进行高阶累积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流故障电弧检测方法，其特征在于：通过将火线、零线一并穿进电流互感器采集电磁耦合信号，当支路线路发生故障电弧时，检测出线路中的电磁耦合信号，并采用四阶累积量计算得到峭度值，以表征信号陡峭程度，从而区分出正常信号与电弧故障信号。

【技术特征摘要】
1.一种交流故障电弧检测方法，其特征在于：通过将火线、零线一并穿进电流互感器采集电磁耦合信号，当支路线路发生故障电弧时，检测出线路中的电磁耦合信号，并采用四阶累积量计算得到峭度值，以表征信号陡峭程度，从而区分出正常信号与电弧故障信号。2.根据权利要求1所述的一种交流故障电弧检测方法，其特征在于：该方法具体实现如下，S1、按预定采样频率通过电流互感器对火线零线线路中的电磁耦合信号实时采集，得到实时信号序列x(t)；S2、设置每隔预定时间对x(t)进行高阶累积量统计，计算其四阶累积量峭度值；计算方式如下：设x(t)为平稳随机信号，且x1＝x(t),x2＝x(t+τ1),…xk＝x(t+τk-1)，τi为延时量；随机信号x(t)的k阶矩mk定义为：mk(τ1…τk-1)＝E[x(t)x(t+τ1)…x(t+τk-1)]随机信号x(t)的高阶累积量可以用高阶矩来表示，对于零均值信号，随机信号x(t)的四阶累积量为c4(τ1,τ2,τ3)＝m4(τ1,τ2,τ3)-m2(τ1)·m2(τ3-τ2)-m2(τ2)·m2(τ3-τ1)-m2(τ3)·m2(τ2-τ1)当τ1＝τ2＝τ3＝0时，由上式可得：c4(0,0,0)＝m4(0,0,0)-3m22(0)＝E[x4(t)]-3{E[x2(t)]}2，即为信号的峭度，零均值随机信号x(t)的峭度定义为：其中其中，σx为标准差，N为信号长度；S3、判断电弧故障：由步骤S2可知，峭度值K是信号的四阶累积量；任何高斯过程的高阶累积量均为零，所以对于任何高斯过程的峭度值均为3，理...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍光海，黄凯，刘德军，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35