CN114441901A - 结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法 - Google Patents

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戴明哲
蔡慧
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Abstract

本发明提供了一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法，其特征在于应用一种结合电压和电流特征信息的方法，从而解决多负载故障电弧识别问题。其中电流数据由参数采集模块提供，电压数据由智能插座测量提供，同时将数据发送给参数采集模块进行综合分析。特征信息包括时域特征信息和频域特征信息，其中电流特征信息包括波形因子、峰值因子、峭度因子、脉冲因子、总谐波畸变率；电压特征信息包括波形因子、峰值因子、峭度因子、脉冲因子、总谐波畸变率。通过将实时特征信息与特征阈值进行对比来判断是否发生电弧故障。本发明利用电压和电流的多维度特征信息，能够实现多负载电路的故障电弧检测。

Description

结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法
技术领域
本发明涉及电路故障判断领域，具体讲涉及一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法。
技术背景
随着城市建设的快速发展，人口密度逐年加大，火灾安全隐患也愈加严重，火灾已对百姓的生命安全与财产安全带来了极大的威胁。调查发现“特大、重大、较大”火灾发生的具体原因与发生的电气故障紧密相连，电气事故是导致火灾发生的重要原因。数据表明，由交流故障电弧引起的火灾事故远多于带电导体间金属性短路引起的火灾，所以在电气火灾中故障电弧是电气火灾的重要诱因，不容忽略。一旦产生故障电弧，周围的易燃易爆物品极有可能会立即点燃，从而导致火灾事故。
目前已有的检测方法的主要问题是提取的特征信息比较单一，只能针对有限负载类型检测出故障电弧，无法对复杂多负载电路发生故障电弧做出准确高效的实时判断，存在较高的误报率和漏报率。
针对上述存在的问题，需要提供一种针对复杂的多负载电路故障电弧检测方法。
发明内容
为了提高复杂多负载电路故障电弧检测效率，本发明提出了一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法，可以有效的对多负载电路进行故障电弧检测，拥有较高的准确率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法，其特征在于，分为以下步骤：
①电流采集模块以每周期128点速率采集被检测电路的瞬时电流信号；
②电压采集模块以每周期128点速率采集被检测电路的瞬时电压信号；
③通过瞬时电流信号判断被检测电路是否有负载运行；
④判断有负载运行后用瞬时电压信号和瞬时电流信号计算对应的特征信息，并通过取特征信息的平均值来判断是否发生故障电弧；
进一步：电流信号和电压信号所述的特征信息包括时域特征信息和频域特征信息：波形因子SF，峰值因子CF，峭度因子KV，脉冲因子IF，总谐波畸变率THD。当电流信号波形因子SF大于阈值1时，认作一个错误点；当电流信号峰值因子CF大于阈值2时，认作一个错误点；当电流信号峭度因子KV大于阈值3时，认作一个错误点；当电流信号脉冲因子IF大于阈值4时，认作一个错误点；当电流信号总谐波畸变率THD大于阈值5时，认作一个错误点；当电压信号波形因子SF大于阈值6时，认作一个错误点；当电压信号峰值因子CF大于阈值7时，认作一个错误点；当电压信号峭度因子KV大于阈值8时，认作一个错误点；当电压信号脉冲因子IF大于阈值9时，认作一个错误点；当电压信号总谐波畸变率THD大于阈值10时，认作一个错误点；如果错误点大于等于8个，则认为一次故障；连续3个计算周期皆判定故障，则认为电路发生故障电弧。
进一步：所述的电流采集模块设置在参数采集模块上，采集干路上的总瞬时电流信号及其他参数，电压采集模块设置在接有负载的智能插座上，智能插座实时采集该支路上负载的瞬时电压信号，并通过数字通讯协议向参数采集模块传输相关数据，以便辅助参数采集模块判断是否有故障电弧发生。
进一步：与各个特征信息对比的阈值1到阈值10是根据实时计算出来的特征信息综合分析出负载类型，然后进行自适应调整。
进一步：所述的判断被检测电路是否有负载运行，是通过计算电流信号的有效值(RMS)，并不断判断有效值是否在连续的10个周期数值均大于0.15A，如果连续10个周期均大于0.15A，则判定被检测电路有负载运行，同时开始运行故障电弧检测程序。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：该故障电弧检测方法能够实现对多负载电路的故障电弧检测，同时具有自适应识别功能，提高了故障电弧检测的准确性和可靠性。
附图说明：
图1是本发明一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法的电弧检测流程图。
图2是本发明一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法的装置示意图。
图3是本发明一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法的多负载电路电流信号的特征信息SF示意图。
图4是本发明一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法的多负载电路电流信号的特征信息THD示意图。
图5是本发明一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法的多负载电路电压信号的特征信息SF示意图。
图6是本发明一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法的多负载电路电压信号的特征信息THD示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本文发明的方案进行详细的说明。
本发明公开了一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法。如图1所示，为一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法的电弧检测流程图。首先***运行，不断获取实时瞬时电压信号和瞬时电流信号，然后需要判断当前电路是否启动，也就是是否有接入的负载运行。如果判断出电路没有启动，则需要不断根据获取到的瞬时电流信号计算电流的有效值(RMS)，如果连续10个计算周期电流有效值均大于0.15A，则判断电路当前已启动；如果判断电路已经启动，开始运行故障电弧检测程序，需要根据采集到的电压信号和电流信号来计算对应的特征信息，根据计算出来的特征信息数值自适应调节对应特征阈值，然后与实时计算出来的特征信息进行综合对比，如果在一个计算周期内有8个及以上特征信息超过其对应的特征阈值，则认为是一次报错，在连续3个计算周期都报错，则认为电路发生故障电弧，并通过参数采集模块将故障信号发送出去。
一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法，其特征在于分析电压信号和电流信号所使用的特征信息包括波形因子SF，峰值因子CF，峭度因子KV，脉冲因子IF，总谐波畸变率THD。
具体的：波形因子
Figure BDA0003525377460000041
其中N为128，xi为i时刻的瞬时电流或电压信号。
具体的：峰值因子
Figure BDA0003525377460000042
其中N为128，xi为i时刻的瞬时电流或电压信号。
具体的：峭度因子
Figure BDA0003525377460000043
其中N为128，xi为i时刻的瞬时电流或电压信号。
具体的：脉冲因子
Figure BDA0003525377460000044
其中N为128，xi为i时刻的瞬时电流或电压信号。
具体的：总谐波畸变率
Figure BDA0003525377460000045
其中I1为FFT变换后第1次谐波的幅值，也就是基波幅值，Ih为FFT变换后第h次谐波的幅值。
具体的：如图2所示，为发明一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法的装置示意图，本发明一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法需要结合两种装置：参数采集模块和智能插座，参数采集模块需要安装在电网接入负载的干路上，采集干路上的总瞬时电流信号及其他电参数。智能插座安装在支路上，与负载端相连，能够自动采集支路上的瞬时电压信号，同时通过数字通讯协议将数据发送到参数采集模块，以便辅助参数采集模块根据采集到的电流信号和电压信号来判断电路是否发生故障电弧。
电路的电流和电压信号在正常工作时和发生电弧故障时其表现出来的特征信息是不同的，下面以时域特征信息SF和频域特征信息THD为例说明。
如图3所示，是多负载电路下正常工作和发生电弧故障时电流信号时域特征信息SF的参数对比图，可以看到电路正常工作时SF的数值在1.125-1.130之间，而发生电弧故障时SF的数值在1.145-1.160之间，可以观察到SF的数值在故障发生时要大于正常工作，该图说明可以将电流的特征信息SF大于阈值1作为判断故障电弧是否发生的一个判断依据。
如图4所示，是多负载电路下正常工作和发生电弧故障时电流信号频域特征信息THD的参数对比图，可以看到电路正常工作时THD的数值在5.7-7.1之间，而发生电弧故障时THD的数值在8.8-11.2之间，可以观察到THD的数值在故障发生时要大于正常工作，该图说明可以将电流的特征信息THD大于阈值5作为判断故障电弧是否发生的一个判断依据。
如图5所示，是多负载电路下正常工作和发生电弧故障时电压信号时域特征信息SF的参数对比图，可以看到电路正常工作时SF的数值在1.108-1.110之间，而发生电弧故障时SF的数值在1.112-1.128之间，可以观察到SF的数值在故障发生时要大于正常工作，该图说明可以将电压的特征信息SF大于阈值6作为判断故障电弧是否发生的一个判断依据。
如图6所示，是多负载电路下正常工作和发生电弧故障时电压信号频域特征信息THD的参数对比图，可以看到电路正常工作时THD的数值在2.5-2.7之间，而发生电弧故障时THD的数值在3.2-4.5之间，可以观察到THD的数值在故障发生时要大于正常工作，该图说明可以将电流的特征信息THD大于阈值10作为判断故障电弧是否发生的一个判断依据。
本发明一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法，通过结合电流信号和电压信号多个维度的特征信息，同时通过特征信息综合判断负载大致类型及电参数从而对特征阈值进行动态调整，能够有效的自适应识别并判断单负载简单电路和多负载复杂电路的故障电弧，拥有较高的准确率和较低的误报率，并且拥有较强的自适应性。
以上对本发明的技术方案，进行了详细介绍。涉及本发明及相关范围，均视为抄袭。

Claims (4)

1.一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法，其特征在于，分为以下步骤：
①电流采集模块以每周期128点速率采集被检测电路的瞬时电流信号；
②电压采集模块以每周期128点速率采集被检测电路的瞬时电压信号；
③通过瞬时电流信号判断被检测电路是否有负载运行；
④判断有负载运行后用瞬时电压信号和瞬时电流信号分别计算对应的特征信息，并通过取特征信息的平均值来判断是否发生故障电弧。
2.根据权利要求1所述的一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法，其特征在于：瞬时电流信号和瞬时电压信号所述的特征信息包括时域特征信息和频域特征信息：波形因子SF，峰值因子CF，峭度因子KV，脉冲因子IF，总谐波畸变率THD；当电流信号波形因子SF大于阈值1时，认作一个错误点；当电流信号峰值因子CF大于阈值2时，认作一个错误点；当电流信号峭度因子KV大于阈值3时，认作一个错误点；当电流信号脉冲因子IF大于阈值4时，认作一个错误点；当电流信号总谐波畸变率THD大于阈值5时，认作一个错误点；当电压信号波形因子SF大于阈值6时，认作一个错误点；当电压信号峰值因子CF大于阈值7时，认作一个错误点；当电压信号峭度因子KV大于阈值8时，认作一个错误点；当电压信号脉冲因子IF大于阈值9时，认作一个错误点；当电压信号总谐波畸变率THD大于阈值10时，认作一个错误点；如果错误点大于等于8个，则判定一次故障；连续3个计算周期皆判定故障，则判定电路发生故障电弧。
3.根据权利要求1所述的一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法，其特征在于：电流采集模块设置在参数采集模块上，采集干路上的总瞬时电流信号及其他参数，电压采集模块设置在接有负载的智能插座上，智能插座实时采集该支路上负载的瞬时电压信号，并通过数字通讯协议向参数采集模块传输相关数据，以便辅助参数采集模块判断是否有故障电弧发生。
4.根据权利要求1所述的一种结合参数采集模块和智能插座的多负载故障电弧检测方法，其特征在于：判断被检测电路是否有负载运行，是通过计算电流信号的有效值(RMS)，并不断判断有效值是否在连续的10个周期数值均大于0.15A，如果连续10个周期均大于0.15A，则判定被检测电路有负载运行，同时开始运行故障电弧检测程序。
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