一种基于矢量分析计算的电弧串扰信号识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于矢量分析计算的电弧串扰信号识别方法。该方法提出一种新的取样电路方式，对零火线上电流信号取样，并通过双路ADC，将信号转换为两路采样率200MHz的数字信号，送入硬件数字信号处理单元。选取5个通频段，分别对两路信号进行带通滤波，滤除通频带外的干扰信号。对滤波后信号进行分时处理，进行矢量分析，提取两路电阻端电压的幅值比及波动特性，以及旁路电阻与电感端电压信号的相位差，作为串扰特征量，系统根据过零信号对硬件处理模块提取的特征量进行分段，送入神经网络进行分类判决，即可对本路电弧信号与旁路串扰信号进行有效区分。信号进行有效区分。信号进行有效区分。

【技术实现步骤摘要】
一种基于矢量分析计算的电弧串扰信号识别方法


[0001]本专利技术属于故障电弧检测领域，主要涉及一种旁路电弧引入的串扰信号的识别方法。

技术介绍

[0002]电气火灾在当今社会中的火灾事故中占有很高的比例，而电弧故障是导致电气火灾的重要原因之一。故障电弧通常是由于线路、设备绝缘老化和破损，或不良的电气连接造成的，当发生故障电弧时，电弧的发生会释放高温，极其容易引起火灾。电弧主要分为并联电弧与串联电弧两大类。其中，并联电弧发生时电路中电流有效值一般超过75A，目前已有的电路保护装置均能够识别过流故障，断开电路；因此，串联电弧才是引起电气火灾的主要原因。发生串联电弧时，由于电路其他负载的影响，电路中电流有效值与正常情况下的有效值区别不大，此时，传统的电路保护装置不能有效的发现电路中的电弧故障，更易引发火灾事故的发生。
[0003]当发生故障电弧时，线路中的电流信号会发生较为明显的畸变，富含高频成分。当旁路发生故障电弧时，电弧信号可被本路的故障电弧检测装置检测。由于二者本质上存在很高的相似性，因此很容易被识别为本地的故障电弧，导致本地故障电弧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于矢量分析计算的电弧串扰信号识别方法，其特征在于：搭建特定的采样电路，对零火线间电流进行连续取样，输出两路取样信号；分别经ADC完成模数转换，送入数字信号处理单元；信号经5个通频段的带通滤波处理，分别进行矢量分析计算，提取幅度比、幅值波动性大小与相位差、相位波动性特征值，系统根据硬件过零检测电路输出的过零信号，统计每半波内5个通道的幅值比、幅值波动性大小与相位差、相位波动性的特征向量，送入神经网络进行分类判决。2.根据权利要求1所述的旁路串扰信号的识别方法，其特征在于：所述识别方法提出一种专用取样电路，用来区分本路故障电弧和旁路串扰信号；电路结构为：电阻R1，R2与电容C构成字母
‘
Y
’
形状，连接火线和零线，以下简称Y型电路；电阻R3与电感L并联，串联在火线上，同时并联在R1与R2之间；分别对R1与R2两端的信号取样，进行矢量分析，可从幅值与相位两个方面分别分析本路电弧与旁路串扰的差别。3.根据权利要求1所述的旁路串扰信号的识别方法，其特征在于：所述识别方法从火线上取样下来的双路信号，分别经200MHz的双路ADC转换成数字信号，经5个带通数字滤波器滤波，通频段分别为5MHz～10MHz，15MHz～20MHz，25MHz～30MHz，35MHz～40MHz，45MHz～50MHz；滤波后数据分段处理，每20us内数据为1段，对双路信号进行矢量分析。4.根据权利要求1所述的旁路串扰信号的识别方法，其特征在于：所述识别方法基于对取样电路的矢量分析，每20us时间，分别对R1与R2两端电压幅值求平方，再对每段数据求平均，再开方，得到R1与R2两端电压取样信号与的有效值(即均方根值)U1与U2，计算二者比值；按照本发明的一种实施例的电路参数计算得，幅值比如果大于1，则为旁路串扰信号，小于1，则为本路故障电弧；具体阈值的设定应根据电路中各元器件参数，用电设备不同及温湿度等实验环境不同而灵活处理。5.根据权利要求1所述的旁路串扰信号检测的识别方法，其特征在于：当发生打弧信号时，在电阻R1通道和电阻R2通道上采样的电压信号幅值，由于电感L的存在，感抗(jωl)的分压和频率成正相关的关系，所以不同频率是对应的不同幅值大小的分压，从而引起两路电阻信号的幅值波动差异是不同的，且串扰信号通过时R1通道上的电压幅值波动小于R2通道上的电压幅值波动，本路打弧信号通过时R1通道上的电压幅值波动大于R2通道上的电压幅值波动。6.根据权利要求2所述的旁路故障电弧的串扰信号检测的采样电路，其特征在于：当产生打弧的信号时，根据矢量分析，感抗(jωl)的对电流的阻碍作用，频率越高，阻碍作用越明显，根据电感对电流信号会产生滞后作用，在电阻R1两侧采样到的电压信号和电感L路两侧采样到的电压信号之间存在相位波动性差异，电阻R1两侧的电压信号滞后于电感L两侧的电压信号，本路打弧电阻R1两侧的电压信号超前于电感L两侧的电压信号。7.根据权利要求1所述的旁路串扰信号的识别方法，其特征在于：所述识别方法基于对取样电路的矢量分析，每20us时间，对双路ADC采样的信号通过数字锁相放大求相位的方法，计算一次R1与L两端电压取样信号与的相位与计算二者的差值；按照本发明的一种实施例的电路参数计算得，相位差小于0
°
且分布于
‑
90
°
到
0
°
，则为旁路串扰信号；大于0
°
且分布于0
°
到180
°
，则为本路电弧信号；具体阈值的设定应根据电路中各元器件参数，用电设备不同及温湿度等实验环境不同而灵活处理；其中，数字锁相放大求相位差原理为：设取样信号分别为y1(n)与y2(n)，为方便获取信号在某一频率点信号的相位，设定该频率为参考频率ω0，用该频率上的标准复信号与滤波后信号做乘法运算，然后积分，由积分结果可以得到该段信号的初始相位与θ0，考虑进行故障电弧信号的带宽，非单频信号，因此分别在5个通频带内选取参考频率，分析信号在参考频点上的相位特征，即设定参考频率ω
n
(n＝1,2,...,5)，使用不同频点的标准复信号利用数字锁相原理，计算电阻R1两端信号在ω
n
(n＝1,2,...,5)频率上的相位计算电感L两端电压信号在ω
n
(n＝1,2,...,5)频率上的相位得到一次矢量分析的相位差特征值本发明中对信号进行矢量分析中计算双路信号幅值比和相位差的步骤，可按上述方法实现，但不局限于上述方法。8.根据权利要求1所述的旁路串扰信号的识别方法，其特征在于：所述识别方法硬件数字系统提取幅值比和相位差特征量，根据过硬检测电路输出的过零信号，按半波时间分段统计5个通道计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：马越，王建华，刘振，江泽安，王华荣，
申请(专利权)人：青岛鼎信通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：