[发明专利]基于时频综合分析的故障电弧检测方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种配电线路故障电弧保护领域，尤其是涉及一种基于时频综合分析的故障电弧检测方法及其装置。

背景技术

住宅内的线路和设备，比如电气布线、插座线路、家用电器内部线路或电源线等，由于长时间带载运行、过载或受外力影响会造成电线绝缘层出现老化或者发生绝缘破损，容易导致线路间串并联电弧故障或线路对地短路故障。与短路故障相比，故障电弧发生时电流较小，以剩余电流保护断路器、熔断器为代表的常规线路保护装置不能对故障电弧做出准确判断。电弧燃烧时会产生局部高温，成为引起电气火灾的主要原因之一，严重威胁人员的生命财产安全。

故障电弧断路器(Arc Fault Circuit Interrupter，AFCI)是一种最近发展起来的电路保护装置，有故障电弧发生时，它应能迅速切断电路。目前大多数AFCI产品的适用范围较小，主要针对某些特定负载，对于有类似电弧特征的负载没有很好的鉴别能力。

交流故障电弧电流波形在时域上存在以下特征：1、由于故障电弧类似于阻性负载，电流幅值较正常运行略有减小；2、在电流过零点附近存在长度随机的“平肩部”；3、电流波形变化率增大，存在大小和时刻都具有随机性的突变；4、波形的对称性遭到破坏。

根据以上故障电弧时域特征，目前大多数故障电弧检测方法和保护电路以相邻半周波电流的“平肩部”时间、平均值、最大值、最小值、变化率di/dt的变化量超过阈值作为判定故障电弧的复合判据。该方法所需的判据较多，且容易受电力电子开关电源和负载变动的干扰，误判率较高。另一方面，国内外专家学者提出用离散傅里叶变换、小波变换等方法分析故障电弧的频域特性，虽有较好的效果，但对保护装置的硬件电路要求较高，难以大范围推广使用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种计算复杂度低、安全性高、成本低的基于时频综合分析的故障电弧检测方法及其装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于时频综合分析的故障电弧检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)上电复位；

2)系统初始化；

3)参数初始化，参量赋值；

4)开启定时中断，启动A/D转换；

5)微处理器以时间T_sample作为采样间隔，实时采集信号调理电路和幅值检测电路的输出电压信号；

6)根据设定的阈值V_over判断输出电压信号V_amp是否发生过电流故障，若V_amp＜V_over，则电路未发生过电流，继续执行步骤7)；若V_amp＞V_over，则电路发生过电流，跳转到步骤10)；

7)由V_amp设定故障电弧检测子程序中的各阈值Vth，Tmin，Dmin；

8)执行故障电弧检测子程序；

9)若未发生故障电弧，跳转到步骤5)；若发生故障电弧，跳转到步骤10)；

10)微处理器发出脱扣信号驱动脱扣动作机构断开电路，直到复位按钮按下，电路重新导通。

所述的步骤2)系统初始化包括I/O口配置、A/D采样方式、采样率配置、系统时钟、定时器配置。

所述的步骤7)中的Vth，Tmin，Dmin的含义如下：

1)Vth为脉冲阈值，当脉冲小于脉冲阈值Vth时，判定不是由电弧故障引起，忽略这些突变点；

2)Tmin为相邻脉冲衰减时间变化量阈值，当被测信号衰减时间变化量小于阈值Tmin时，判定电流突变信号是由正常负载引起的；

3)Dmin为电弧半波数阈值，从第一个幅值超过Vth的脉冲开始循环统计，在设定时间段内，大于阈值Vth且相邻衰减时间变化量大于阈值Tmin的脉冲个数超过阈值Dmin，则判定发生故障电弧。

所述的Vth，Tmin，Dmin的大小由幅值检测电路输出电压V_amp高低决定，根据线路电流等级选定的阈值，有利于对不同功率大小、不同种类的负载提供故障电弧保护。

所述的步骤8)的故障电弧检测子程序步骤如下：

(1)实时采样经过信号调理电路后的信号Sample_V，将Sample_V与脉冲阈值Vth相比较，计算Sample_V＞Vth的时间长度Ta[i]；Sample_V＜Vth的时间长度Tb[i]；