一種故障電弧探測裝置的測試設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種故障電弧探測裝置的測試設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 故障電弧探測裝置作為電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備的一部分，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布。準(zhǔn)確 測試故障電弧探測裝置的報(bào)警性能，是判斷故障電弧探測裝置合格與否的關(guān)鍵。
[0003] 由于故障電弧檢測裝置的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)剛剛頒布，產(chǎn)品的測試設(shè)備還比較不完 善。目前，故障電弧檢測裝置的報(bào)警性能測試是通過示波器等設(shè)備采集波形，人眼判斷故障 電弧個(gè)數(shù)來完成的。由于故障電弧探測裝置的報(bào)警性能與連續(xù)時(shí)間內(nèi)（例如，任意連續(xù)〇.5s 內(nèi)）的電弧個(gè)數(shù)以及其報(bào)警時(shí)間有關(guān)，因此，人眼觀察電流波形的變化，不能有效保證其準(zhǔn) 確性，而且需要較長的時(shí)間，尤其在故障電弧為不連續(xù)的時(shí)候，并且工作效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服上述缺陷，本發(fā)明提出了一種故障電弧探測裝置的測試設(shè)備和方法，其利 用線路電流信號以及電弧發(fā)生器或者碳化路徑兩端的電壓信號作為依據(jù)，以電流波形的過 零點(diǎn)作為起始點(diǎn)，對電壓波形的特征進(jìn)行識別，能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行故障電弧個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通 過故障電弧檢測裝置的報(bào)警信號與固定時(shí)間窗內(nèi)的故障電弧個(gè)數(shù)進(jìn)行比較，能夠準(zhǔn)確的測 試故障檢測裝置的報(bào)警性能是否滿足要求。
[0005] 該種故障電弧探測裝置的測試設(shè)備，包括電流互感器、電壓互感器、數(shù)據(jù)采集卡、 信號處理電路，計(jì)算機(jī)和人機(jī)交互界面，其中電流互感器用于感應(yīng)電氣線路中的電流波形， 電壓互感器感應(yīng)電弧發(fā)生器或者碳化路徑兩端的電壓，電流互感器和電壓互感器輸出的波 形信號分別輸入至信號處理電路，信號處理電路將所述波形信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，數(shù)據(jù)采 集卡采集信號處理電路輸出的電壓信號，并發(fā)送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送的信 號進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果顯示在人機(jī)交互界面。
[0006] 該故障電弧探測裝置的測試方法，包括：
[0007] 第一步，采集電氣線路的電流波形數(shù)據(jù)以及電弧發(fā)生器或者碳化路徑兩端的電壓 波形數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行處理，形成電流波形信號和電壓波形信號；
[0008] 第二步，逐點(diǎn)判斷采集的電流波形信號是否過零點(diǎn)；
[0009]第三步，若電流波形信號過零點(diǎn)，則進(jìn)行當(dāng)前半波電壓波形信號方差的計(jì)算，其中 所述的當(dāng)前半波為最近的兩個(gè)過零點(diǎn)之間的1個(gè)工頻半波；
[0010] 第四步，判斷第三步中計(jì)算的方差是否大于閾值，若大于閾值，則認(rèn)為該半波為電 弧，在固定時(shí)間移動窗中當(dāng)前位置寫入1，反之，則寫入〇;
[0011] 第五步，統(tǒng)計(jì)固定時(shí)間移動窗內(nèi)已有的電弧個(gè)數(shù)；
[0012] 第六步，確認(rèn)是否采集到故障電弧探測裝置的報(bào)警信號，若采集到報(bào)警信號并且 固定時(shí)間移動窗內(nèi)的電弧個(gè)數(shù)小于最大允許值，則判斷為合格;若固定時(shí)間移動窗內(nèi)的電 弧個(gè)數(shù)大于最大允許值，并且未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到被測故障電弧探測裝置的報(bào)警信號，則 該故障電弧檢測裝置為不合格。
【附圖說明】
[0013] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0014] 圖1為故障電弧探測裝置的檢測設(shè)備的系統(tǒng)框圖。
[0015] 圖2為未發(fā)生電弧時(shí)的電流互感器和電壓互感器的輸出波形 [0016]圖3為發(fā)生電弧時(shí)的電流互感器和電壓互感器的輸出波形。
[0017]圖4為故障電弧探測裝置的檢測設(shè)備中使用的固定時(shí)間移動窗。
[0018] 圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的故障電弧探測裝置的檢測方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 為了更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明提供的實(shí)施 例。
[0020] 如圖1所示，所述設(shè)備包括電流互感器、電壓互感器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、信號處 理電路和人機(jī)交互界面。其中電流互感器用于感應(yīng)電氣線路中的電流波形。由于在進(jìn)行測 試時(shí)，故障電弧的發(fā)生點(diǎn)為已知（即電弧發(fā)生器或者碳化路徑），因此，可用電壓互感器感應(yīng) 電弧發(fā)生器或者碳化路徑兩端的電壓。電流互感器和電壓互感器的輸出分別輸入信號處理 電路，信號處理電路分別將電流互感器和電壓互感器的輸出波形信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并 對電流波形信號進(jìn)行低通濾波處理。數(shù)據(jù)采集卡采集信號處理電路的輸出，并輸入至計(jì)算 機(jī)，計(jì)算機(jī)通過至少一種算法處理進(jìn)行故障電弧的算法識別，當(dāng)所檢測的信號滿足故障電 弧條件，將此判定為一個(gè)故障電弧，并將得到的結(jié)果寫入固定時(shí)間移動窗內(nèi)。通過對時(shí)間移 動窗內(nèi)的故障電弧事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將統(tǒng)計(jì)的結(jié)果顯示在人機(jī)交互界面。
[0021] 所述的電流互感器和電壓互感器所輸出的波形如圖2所示和圖3所示。圖2是電弧 發(fā)生器或者碳化路徑處于完全接觸導(dǎo)通狀態(tài)，即未有電弧發(fā)生時(shí)的電流波形和電壓波形， 由于電弧發(fā)生器和碳化路徑本身具有一定的阻抗，因此電壓互感器的輸出波形具有一個(gè)較 小的正弦波輸出。圖3為發(fā)生電弧時(shí)的電流波形和電壓波形。對比圖2和圖3的波形可知，電 弧發(fā)生時(shí)，電流的變化較為不明顯，而電壓波形發(fā)生較大的變化，其電壓與電流周期相關(guān)， 在過零點(diǎn)處出現(xiàn)較大的值。因此，本設(shè)計(jì)以電流過零點(diǎn)作為半波起始的依據(jù)。計(jì)算半波內(nèi)的 電壓方差，并根據(jù)方差判斷該半波是否為發(fā)生電弧。
[0022] 所述的固定時(shí)間移動窗如圖4所示。該固定時(shí)間移動窗為1 s，對應(yīng)的1 s內(nèi)包含工頻 50Hz的100個(gè)半波，每個(gè)半波單元內(nèi)的數(shù)據(jù)表示發(fā)生電弧的狀態(tài)，單元內(nèi)的數(shù)據(jù)為0時(shí)，對應(yīng) 的半波為非電弧;單元內(nèi)的數(shù)據(jù)為1時(shí)。對應(yīng)的半波為電弧。固定時(shí)間移動窗將根據(jù)時(shí)間實(shí) 時(shí)移動，每次存儲最新半波狀態(tài)時(shí)，固定時(shí)間移動窗整體往右移動，即刪除最早（圖4中的最 左邊)的單元，添加最新的單元（圖4中的最右邊）。如圖4所示，移動時(shí)，移出最早保存狀態(tài)的 單元，并在移動窗最后添加最近半波的狀態(tài)單元。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的故障電弧探測裝置的檢測方法的流程圖如圖5所示。
[0024] 第一步，采集電氣線路的電流波形數(shù)據(jù)以及電弧發(fā)生器或者碳化路徑兩端的電壓 波形數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行處理，形成電流波形信號和電壓波形信號，其中采集電流波形數(shù)據(jù)和 電壓波形數(shù)據(jù)的采樣率至少為6.4kSa/S，即一個(gè)工頻(50Hz)半波至少為64個(gè)采樣點(diǎn)，其采 集模式為連續(xù)采集；
[0025] 第二步，逐點(diǎn)判斷采集的電流波形信號是否是過零點(diǎn)；
[0026] 第三步，若電流波形信號為過零點(diǎn)，則進(jìn)行當(dāng)前半波電壓波形信號方差的計(jì)算，其 中所述的當(dāng)前半波為最近的兩個(gè)電流波形信號過零點(diǎn)之間的1個(gè)工頻半波。所述方差S 2計(jì) 算如下：
[0027] 求取平均{1
[0028] 半波電壓數(shù)據(jù)方差
.（Χ1，Χ2，Χ3···ΧγΛ - 個(gè)半波內(nèi)的電壓波形信號，η為采集點(diǎn)的數(shù)量，例如為64)
[0029] 第四步，判斷第三步中計(jì)算的方差是否大于閾值，若大于閾值，則認(rèn)為該半波為電 弧，在固定時(shí)間移動窗中當(dāng)前位置寫入1，反之，則寫入〇;
[0030] 第五步，統(tǒng)計(jì)固定時(shí)間移動窗內(nèi)已有的電弧個(gè)數(shù)。
[0031] 第六步，確認(rèn)是否采集到故障電弧探測裝置的報(bào)警信號，若采集到報(bào)警信號并且 固定時(shí)間移動窗內(nèi)的電弧個(gè)數(shù)小于最大允許值(可根據(jù)電流大小設(shè)定），則判斷為合格;若 固定時(shí)間移動窗內(nèi)的電弧個(gè)數(shù)大于最大允許值，并且未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到被測故障電弧探 測裝置的報(bào)警信號，則該故障電弧檢測裝置為不合格。
[0032] 本測試設(shè)備能夠準(zhǔn)確的對故障電弧進(jìn)行計(jì)數(shù)，并通過軟件自動判別被測裝置是否 合格，具有較高的準(zhǔn)確度，提高測試效率。其中，本測試設(shè)備可采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及采 用其他方法對電壓波形信號進(jìn)行計(jì)算，例如統(tǒng)計(jì)電壓波形信號出現(xiàn)較大數(shù)值的點(diǎn)數(shù)等。
[0033] 以上實(shí)施例是本發(fā)明較優(yōu)選【具體實(shí)施方式】的一種，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本技術(shù)方案 范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種故障電弧探測裝置的測試設(shè)備，包括電流互感器、電壓互感器、數(shù)據(jù)采集卡、信 號處理電路，計(jì)算機(jī)和人機(jī)交互界面，其中電流互感器用于感應(yīng)電氣線路中的電流波形，電 壓互感器感應(yīng)電弧發(fā)生器或者碳化路徑兩端的電壓，電流互感器和電壓互感器輸出的波形 信號分別輸入至信號處理電路，信號處理電路將所述波形信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，數(shù)據(jù)采集 卡采集信號處理電路輸出的電壓信號，并發(fā)送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送的信號 進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果顯示在人機(jī)交互界面。2. -種故障電弧探測裝置的測試方法，包括： 第一步，采集電氣線路的電流波形數(shù)據(jù)以及電弧發(fā)生器或者碳化路徑兩端的電壓波形 數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行處理，形成電流波形信號和電壓波形信號 第二步，逐點(diǎn)判斷采集的電流波形信號是否是過零點(diǎn)； 第三步，若電流波形信號為過零點(diǎn)，則進(jìn)行當(dāng)前半波電壓波形信號方差的計(jì)算，其中所 述的當(dāng)前半波為電流波形信號最近的兩個(gè)過零點(diǎn)之間的1個(gè)工頻半波； 第四步，判斷當(dāng)前計(jì)算的方差是否大于閾值，若大于閾值，則認(rèn)為該半波為電弧，在固 定時(shí)間移動窗中當(dāng)前位置寫入1，反之，則寫入〇; 第五步，統(tǒng)計(jì)固定時(shí)間移動窗內(nèi)已有的電弧個(gè)數(shù)； 第六步，確認(rèn)是否采集到故障電弧探測裝置的報(bào)警信號，若采集到報(bào)警信號并且固定 時(shí)間移動窗內(nèi)的電弧個(gè)數(shù)小于最大允許值，則判斷為合格;若固定時(shí)間移動窗內(nèi)的電弧個(gè) 數(shù)大于最大允許值，并且未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到被測故障電弧探測裝置的報(bào)警信號，則該故 障電弧檢測裝置為不合格。3. 如權(quán)利要求2所述的測試方法，其中在第一步中，采集電流波形數(shù)據(jù)和電壓波形數(shù)據(jù) 的采樣率至少為6.4kSa/S，采集模式為連續(xù)采集。4. 如權(quán)利要求2所述的測試方法，其中在第三步中，所述方差S2計(jì)算如下：其中，XI，X2，Χ3···Χη為一個(gè)半波內(nèi)的電壓波形信號，η為米集點(diǎn)的數(shù)量。
【專利摘要】一種故障電弧探測裝置的測試設(shè)備及方法，其利用線路電流信號以及電弧發(fā)生器或者碳化路徑兩端的電壓信號作為依據(jù)，以電流波形的過零點(diǎn)作為起始點(diǎn)，對電壓波形的特征進(jìn)行識別，能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行故障電弧個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過故障電弧檢測裝置的報(bào)警信號與固定時(shí)間窗內(nèi)的故障電弧個(gè)數(shù)進(jìn)行比較，能夠準(zhǔn)確的測試故障檢測裝置的報(bào)警性能是否滿足要求，具有較高的準(zhǔn)確度，提高測試效率。
【IPC分類】G01R31/12
【公開號】CN105676088
【申請?zhí)枴緾N201610086055
【發(fā)明人】吳其勇, 姚少軍
【申請人】珠海派諾科技股份有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年2月15日