本發(fā)明涉及故障電弧檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種考慮雷電流隔離設(shè)備影響的故障電弧檢測(cè)方法及裝置。

背景技術(shù)：

電弧廣泛存在于電力設(shè)備中，小到日常用電器的插頭插拔，大到高壓輸電線路的投切。根據(jù)電弧給系統(tǒng)和設(shè)備帶來(lái)的影響程度，能夠分為好弧(goodarc)和壞弧(badarc)。日常生活中用電器插頭插拔時(shí)產(chǎn)生的“電弧”(俗稱“電火花”)，伴有輕微的放電聲音，就是好弧的一種，不會(huì)影響用電器的正常工作，也不會(huì)帶來(lái)安全隱患，影響系統(tǒng)安全的工作。而當(dāng)電纜、電線的絕緣皮破損或電纜斷裂(老化或雷擊燒損等原因)時(shí)，產(chǎn)生的電弧則是壞弧的一種，電弧會(huì)持續(xù)燃燒，釋放熱能，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并熄滅電弧，很可能引發(fā)火災(zāi)等造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的事故。針對(duì)壞弧可能帶來(lái)的危險(xiǎn)，相關(guān)研究人員現(xiàn)階段仍在研究對(duì)于故障電弧的檢測(cè)方法，并且電力設(shè)備也有強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)要求配備電弧檢測(cè)功能。但是，目前尚未有學(xué)者公開討論雷電流隔離設(shè)備對(duì)于故障電弧檢測(cè)可能產(chǎn)生的不良影響。

雷電流波形具有極其陡峭的頭部，使其包含有十分豐富的高頻分量，多集中于10khz-100khz的頻率范圍內(nèi)；雷電流高頻隔離設(shè)備可以視為一個(gè)非線性的電感，對(duì)于雷電流頻率范圍內(nèi)的電流波形呈現(xiàn)遠(yuǎn)大于地網(wǎng)電阻的阻抗，所以雷電流基本上全部經(jīng)由地網(wǎng)流入大地，避免了地電位反擊的發(fā)生。故障電弧發(fā)生時(shí)，電流波形畸變嚴(yán)重，也同樣會(huì)包含相當(dāng)豐富的高頻分量和噪聲。現(xiàn)階段商用和正在研究的算法多依賴于故障電弧所包含的高頻分量來(lái)將其與正常的負(fù)荷電流進(jìn)行區(qū)分。當(dāng)發(fā)生故障電弧時(shí)，雷電流高頻隔離設(shè)備(等效為大電感)會(huì)濾掉電弧中的高頻分量，造成故障電弧的特征量無(wú)法用于檢測(cè)，造成安全隱患。

同時(shí)，電容、電感、晶閘管等非線性負(fù)載的使用，會(huì)引起電路中的電流諧波，也會(huì)使常規(guī)的故障電弧檢測(cè)方法出現(xiàn)漏判、誤判。而如果利用諧波含有率的變化率可以排除非線性負(fù)載的干擾，用這種方法，重點(diǎn)比較其變化率，若是電路中接入非線性負(fù)載，引發(fā)諧波含有率增加超限，但其變化率不會(huì)超限。只有發(fā)生故障電弧時(shí)，諧波含有率會(huì)劇烈變化，相鄰兩周期間諧波含有率的變化率會(huì)超限，從而判定為故障電弧。目前，還沒有這種利用諧波含有率的變化率對(duì)故障電弧進(jìn)行判定的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中所述問題，本發(fā)明提供一種考慮雷電流隔離設(shè)備影響的故障電弧檢測(cè)方法及裝置，方法中采用四種條件共同判斷，并且其中一種判定條件利用電流差異參數(shù)的判定結(jié)果作為前提，采用諧波含有率變化率對(duì)故障電弧進(jìn)行判斷，在故障電弧特征量被雷電流隔離設(shè)備濾掉時(shí)，仍然能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到故障電弧的存在，及時(shí)給斷路器發(fā)出斷開信號(hào)，避免火災(zāi)等安全事故的發(fā)生。裝置將雷電高頻隔離設(shè)備與故障電弧檢測(cè)裝置集成到一起，使裝置能夠既實(shí)現(xiàn)雷電保護(hù)，又能保證故障電弧被準(zhǔn)確檢出。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種考慮雷電流隔離設(shè)備影響的故障電弧檢測(cè)方法，采用四種條件共同判斷，并且其中一種判定條件利用電流差異參數(shù)的判定結(jié)果作為前提，采用諧波含有率變化率對(duì)故障電弧進(jìn)行判斷，能夠在使用雷電流隔離設(shè)備的情況下有效檢測(cè)出故障電弧，包括如下步驟：

步驟1：持續(xù)對(duì)電流進(jìn)行采樣(根據(jù)實(shí)際硬件情況，每周期采64或128個(gè)點(diǎn))；

步驟2：電流的采樣值為128點(diǎn)每周期或64點(diǎn)每周期。以64點(diǎn)為例，將電流采樣值記為i0、i1、……、i63，正常周期電流記為in0、in1、……、in63(采樣值和正常值均為標(biāo)幺值)。計(jì)算當(dāng)前的采樣周期電流與正常周期電流的差異參數(shù)：

將iper與閾值s1比較，若iper≤s1，則將采樣電流值幅給正常周期電流值，更新正常周期電流值；若iper＞s1，則進(jìn)行進(jìn)一步的分析計(jì)算來(lái)判斷是否由故障電弧發(fā)生；

步驟3：計(jì)算電流的平均值：

用電流的平均值來(lái)判斷電流的正負(fù)半周是否對(duì)稱。若iave大于給定閾值s2，則認(rèn)為波形對(duì)稱性不滿足要求，為波形對(duì)稱指示參數(shù)m1賦值1，否則為m1賦值0；

步驟4：計(jì)算采樣電流相鄰兩個(gè)采樣值的差值：

δik＝ik+1-ik(k＝0,1,2……62)(3)

用該差值的最大值kv＝max[δi0，δi1，...，δi62]來(lái)表示電流的最大變化率。若kv大于閾值s3，則認(rèn)為電流變化率過(guò)大，為電流變化率參數(shù)m2賦值1，否則m2賦值為零；

步驟5：計(jì)算電流的波型參數(shù)：

其中，α根據(jù)實(shí)際電流進(jìn)行設(shè)置，一般取正常電流峰值。用電流的波型參數(shù)可以表示出電流是否含有平肩部。若kp大于閾值s4，則認(rèn)為電流含有平肩部，為平肩部指示參數(shù)m3賦值1，否則m3賦值為零；

步驟6：用fft檢測(cè)采樣電流諧波，計(jì)算采樣電流高次諧波(此處計(jì)算第3、5、7、9次諧波)含有率變化率δpn，若δpn大于閾值s4，則認(rèn)為采樣電流諧波含量不正常，為諧波指示參數(shù)m4賦值為1，否則賦值為0；

步驟7：計(jì)算上述步驟3～步驟6中四個(gè)指示參數(shù)的和，即m＝m1+m2+m3+m4；若m>＝2,故障電弧周波數(shù)指示參數(shù)sum＝sum+1，若sum>＝6，則觸發(fā)報(bào)警信號(hào)；若sum<6，則返回步驟2繼續(xù)判別；若m<2,則認(rèn)為沒有故障電弧發(fā)生，為sum賦值0，并將正常電流更新為此時(shí)的采樣電流。

步驟6的具體步驟如下：

步驟601.計(jì)算出采樣周期奇次諧波含有率變化率δpn和設(shè)定閾值δpth比較；諧波含有率定義為其中i1為基波電流，ih為第h次諧波電流的均方根值，xh1為第h次諧波電流采樣值，m為采樣點(diǎn)數(shù)，本例中取3、5、7、9次諧波，計(jì)算奇次諧波含有率為

步驟602.以步驟2判斷出的第1個(gè)正常工頻采樣周期電流奇次諧波含有率p為基礎(chǔ)值，計(jì)算相鄰兩個(gè)工頻采樣周期電流奇次諧波含有率變化率δpn，δpn＝pn-p，兩次采樣周期之間電流奇次諧波含有率之差為采樣周期奇次諧波含有率變化率δpn。

一種考慮雷電流隔離設(shè)備影響的故障電弧檢測(cè)裝置，包括雷電流高頻隔離設(shè)備和故障電弧檢測(cè)裝置，所述的雷電流高頻隔離設(shè)備包括串聯(lián)的電容和電感，所述的故障電弧檢測(cè)裝置包括主控mcu、信號(hào)處理電路、采樣電路、電流傳感器、按鍵輸入電路、功能按鍵、聲光報(bào)警電路和隔離輸出電路。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明的一種考慮雷電流隔離設(shè)備影響的故障電弧檢測(cè)方法，方法中采用四種條件共同判斷，比單一條件檢測(cè)方法提高了準(zhǔn)確性和靈敏度，降低誤報(bào)率，并且其中一種判定條件利用電流差異參數(shù)的判定結(jié)果作為前提，采用諧波含有率變化率對(duì)故障電弧進(jìn)行判斷，在故障電弧特征量被雷電流隔離設(shè)備濾掉時(shí)，仍然能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到故障電弧的存在，及時(shí)給斷路器發(fā)出斷開信號(hào)，避免火災(zāi)等安全事故的發(fā)生。

2、本發(fā)明的一種考慮雷電流隔離設(shè)備影響的故障電弧檢測(cè)裝置將雷電高頻隔離設(shè)備與故障電弧檢測(cè)裝置集成到一起，使裝置能夠既實(shí)現(xiàn)雷電保護(hù)，又能保證故障電弧被準(zhǔn)確檢出。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種考慮雷電流隔離設(shè)備影響的故障電弧檢測(cè)方法流程圖；

圖2為本發(fā)明的一種考慮雷電流隔離設(shè)備影響的故障電弧檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的一種考慮雷電流隔離設(shè)備影響的故障電弧檢測(cè)裝置的雷電流高頻隔離設(shè)備電抗器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，一種考慮雷電流隔離設(shè)備影響的故障電弧檢測(cè)方法，采用四種條件共同判斷，并且其中一種判定條件利用電流差異參數(shù)的判定結(jié)果作為前提，采用諧波含有率變化率對(duì)故障電弧進(jìn)行判斷，能夠在使用雷電流隔離設(shè)備的情況下有效檢測(cè)出故障電弧，包括如下步驟：

步驟1：持續(xù)對(duì)電流進(jìn)行采樣(根據(jù)實(shí)際硬件情況，每周期采64或128個(gè)點(diǎn))；

步驟2：電流的采樣值為128點(diǎn)每周期或64點(diǎn)每周期。以64點(diǎn)為例，將電流采樣值記為i0、i1、……、i63，正常周期電流記為in0、in1、……、in63(采樣值和正常值均為標(biāo)幺值)。計(jì)算當(dāng)前的采樣周期電流與正常周期電流的差異參數(shù)：

將iper與閾值s1比較，若iper≤s1，則將采樣電流值幅給正常周期電流值，更新正常周期電流值；若iper＞s1，則進(jìn)行進(jìn)一步的分析計(jì)算來(lái)判斷是否由故障電弧發(fā)生；

步驟3：計(jì)算電流的平均值：

用電流的平均值來(lái)判斷電流的正負(fù)半周是否對(duì)稱。若iave大于給定閾值s2，則認(rèn)為波形對(duì)稱性不滿足要求，為波形對(duì)稱指示參數(shù)m1賦值1，否則為m1賦值0；

步驟4：計(jì)算采樣電流相鄰兩個(gè)采樣值的差值：

δik＝ik+1-ik(k＝0,1,2……62)(3)

用該差值的最大值kv＝max[δi0，δi1，...，δi62]來(lái)表示電流的最大變化率。若kv大于閾值s3，則認(rèn)為電流變化率過(guò)大，為電流變化率參數(shù)m2賦值1，否則m2賦值為零；

步驟5：計(jì)算電流的波型參數(shù)：

其中，α根據(jù)實(shí)際電流進(jìn)行設(shè)置，一般取正常電流峰值。用電流的波型參數(shù)可以表示出電流是否含有平肩部。若kp大于閾值s4，則認(rèn)為電流含有平肩部，為平肩部指示參數(shù)m3賦值1，否則m3賦值為零；

步驟6：用fft檢測(cè)采樣電流諧波，計(jì)算采樣電流高次諧波(此處計(jì)算第3、5、7、9次諧波)含有率變化率δpn，若δpn大于閾值s4，則認(rèn)為采樣電流諧波含量不正常，為諧波指示參數(shù)m4賦值為1，否則賦值為0；

步驟7：計(jì)算上述步驟3～步驟6中四個(gè)指示參數(shù)的和，即m＝m1+m2+m3+m4；若m>＝2,故障電弧周波數(shù)指示參數(shù)sum＝sum+1，若sum>＝6，則觸發(fā)報(bào)警信號(hào)；若sum<6，則返回步驟2繼續(xù)判別；若m<2,則認(rèn)為沒有故障電弧發(fā)生，為sum賦值0，并將正常電流更新為此時(shí)的采樣電流。

步驟6的具體步驟如下：

步驟601.計(jì)算出采樣周期奇次諧波含有率變化率δpn和設(shè)定閾值δpth比較；諧波含有率定義為其中i1為基波電流，ih為第h次諧波電流的均方根值，xh1為第h次諧波電流采樣值，m為采樣點(diǎn)數(shù)，本例中取3、5、7、9次諧波，計(jì)算奇次諧波含有率為

步驟602.以步驟2判斷出的第1個(gè)正常工頻采樣周期電流奇次諧波含有率p為基礎(chǔ)值，計(jì)算相鄰兩個(gè)工頻采樣周期電流奇次諧波含有率變化率δpn，δpn＝pn-p，兩次采樣周期之間電流奇次諧波含有率之差為采樣周期奇次諧波含有率變化率δpn。

如圖2所示，一種考慮雷電流隔離設(shè)備影響的故障電弧檢測(cè)裝置，包括雷電流高頻隔離設(shè)備和故障電弧檢測(cè)裝置，所述的雷電流高頻隔離設(shè)備包括串聯(lián)的電容和電感，所述的故障電弧檢測(cè)裝置包括主控mcu、信號(hào)處理電路、采樣電路、電流傳感器、按鍵輸入電路、功能按鍵、聲光報(bào)警電路和隔離輸出電路。

所述的主控mcu為單片機(jī)芯片，主控mcu分別與信號(hào)處理電路、按鍵輸入電路、隔離輸出電路和聲光報(bào)警電路相連接，并通過(guò)信號(hào)處理電路連接采樣電路，通過(guò)采樣電路連接設(shè)置于三相電源上的電流傳感器。

所述的主控mcu還通過(guò)隔離輸出電路連接電源端的斷路器，在檢測(cè)到故障電弧發(fā)生時(shí)，及時(shí)給斷路器發(fā)出斷開信號(hào)。

通過(guò)按鍵輸入電路連接功能按鍵。

所述的雷電流高頻隔離設(shè)備上端連接用電設(shè)備的pe端，下端連接地網(wǎng)匯流排。

所述的主控mcu通過(guò)電流傳感器采集三相電流，當(dāng)分析到有故障電弧發(fā)生時(shí)，通過(guò)聲光報(bào)警電路進(jìn)行聲光報(bào)警，通過(guò)隔離輸出電路控制斷開電源端的斷路器，切斷故障電源。

如圖3所示，所述的雷電流高頻隔離設(shè)備的電感為電抗器，其磁芯材料可以是鐵氧體磁芯如錳鋅系材、鎳鋅系材、鎂鋅系材等，也可以是合金類磁芯如硅(矽)鋼材、鐵粉芯、鐵硅鋁合金、鐵鎳合金、鉬坡莫合金、非晶、微晶合金等。線材可以為聚氨基甲酸酯漆包線、聚酯漆包線自粘聚氨基甲酸酯漆包線、絲包線、絞線、電鍍銅線、三層絕緣線、pvc線等。其等效模型可表示為理想電感串聯(lián)等效電阻再并聯(lián)寄生電容，對(duì)外特性表現(xiàn)為雷電流能量密集的頻段呈現(xiàn)高阻抗，其他頻段表現(xiàn)為低阻抗。即在正常情況下表現(xiàn)為導(dǎo)通狀態(tài)，阻抗低，保證設(shè)備的正常安全接地；當(dāng)接地系統(tǒng)有雷電流通過(guò)時(shí)，在雷電流頻率下，該元件為高阻抗，阻斷雷電的反擊，使得雷電流只能向地網(wǎng)進(jìn)行泄放。當(dāng)雷電流泄放完成后，該地電位反擊隔離元件又恢復(fù)到低阻抗?fàn)顟B(tài)。

本發(fā)明的方法中采用四種條件共同判斷，比單一條件檢測(cè)方法提高了準(zhǔn)確性和靈敏度，降低誤報(bào)率，并且其中一種判定條件利用電流差異參數(shù)的判定結(jié)果作為前提，采用諧波含有率變化率對(duì)故障電弧進(jìn)行判斷，在故障電弧特征量被雷電流隔離設(shè)備濾掉時(shí)，仍然能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到故障電弧的存在，及時(shí)給斷路器發(fā)出斷開信號(hào)，避免火災(zāi)等安全事故的發(fā)生。

本發(fā)明的裝置將雷電高頻隔離設(shè)備與故障電弧檢測(cè)裝置集成到一起，使裝置能夠既實(shí)現(xiàn)雷電保護(hù)，又能保證故障電弧被準(zhǔn)確檢出。

以上實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述的實(shí)施例。上述實(shí)施例中所用方法如無(wú)特別說(shuō)明均為常規(guī)方法。