[发明专利]电弧故障识别能力试验分析装置及其试验分析方法

权利要求书

1.一种电弧故障识别能力试验分析装置，其特征在于：包括上位机测控与分析模块、下位机、实现上位机测控与分析模块和下位机之间通信的通讯模块，所述下位机包括用于测试被测AFCI动作特性的AFCI动作特性测试模块和电子式测试模块；还包括一采集模块，用于接收所述AFCI动作特性测试模块发送的电弧故障信号，实现对电弧故障信号的调理、采集、转换和测量，并发送至所述上位机测控与分析模块进行处理，而后上位机测控与分析模块通过所述通讯模块实现与AFCI动作特性测试模块的数据交换；

所述上位机测控与分析模块包括一与所述通讯模块连接的人机交互模块及与该人机交互模块依次连接的数据处理与分析模块、数据读取模块、数据存储模块和电压波形数据库，所述数据存储模块还连接有一电流波形数据库，所述电压、电流波形数据库均连接至所述人机交互模块，所述电压、电流波形数据库还连接至所述电子式测试模块，所述数据读取模块还与所述采集模块连接；所述人机交互模块包括一人机交互界面；

所述AFCI动作特性测试模块包括与所述通讯模块和采集模块连接的控制单元及与该控制单元连接的感光模块、火焰感测模块、驱动模块和脱扣感测模块，所述感光模块、火焰感测模块、驱动模块和脱扣感测模块均与一AFCI动作特性测试主电路连接，所述AFCI动作特性测试主电路还连接至所述采集模块；

所述AFCI动作特性测试主电路包括被测AFCI、试验电缆、第一至第八开关、变压器、灯、第一至第二负载，所述第六、第七开关为双向开关；所述第一开关、变压器和试验电缆组成高压碳化电路，对试验电缆进行高压碳化；所述被测AFCI、第二、第三和第八开关、灯及试验电缆组成碳化判断电路，用于判断碳化是否完成；所述被测AFCI、第二、第四至第八开关、第一至第二负载及试验电缆组成试验电路，用于测试被测AFCI的电弧识别性能；所述被测AFCI、第六和第七开关、第一负载及第二负载组成误脱扣试验电路，用于检测被测AFCI在线路正常工作时是否会异常脱扣。

2.根据权利要求1所述的电弧故障识别能力试验分析装置，其特征在于：所述第一负载为可调阻性负载，所述第二负载为标准中规定的相应负载，所述标准中规定的相应负载包括误脱扣试验标准规定的18种负载及屏蔽负载试验标准规定的5种负载。

3.根据权利要求2所述的电弧故障识别能力试验分析装置，其特征在于：所述电子式测试模块包括分别与电压、电流波形数据库连接的第一及第二信号发生模块、低压大电流发生模块、额定电压大电流发生模块，所述第一信号发生模块与所述低压大电流发生模块连接，所述第二信号发生模块分别与所述低压大电流发生模块及额定电压大电流发生模块连接。

4.一种基于权利要求3所述的电弧故障识别能力试验分析装置的试验分析方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤S1：进行碳化路径试验，包括串联电弧故障碳化路径试验、并联电弧故障碳化路径试验和碳化路径引燃试验；

①串联电弧故障碳化路径试验：

（1）通过人机交互界面设置试验电流，准备试验电缆；

（2）AFCI动作特性测试模块上电，控制单元、感光模块、驱动模块同时上电，控制第一至第八开关断开；

（3）上位机测控与分析模块通过通讯模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：闭合第八开关，控制第六开关使得第一负载接入主电路；第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化；第一开关打开，第二、第三开关闭合，碳化判断电路工作，若灯亮，则碳化成功，并执行步骤（4）；若灯暗，则碳化失败，重新执行步骤（3）；所述碳化判断电路由被测AFCI、第二、第三和第八开关、灯及试验电缆组成；

（4）第三开关打开、第四开关闭合，使得灯从主电路切除，试验电缆与第一负载串联，并产生故障电弧信号，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；

（5）第二、第四开关在闭合设定时间后打开，同时，采集模块停止工作；

（6）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库；数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，确定被测AFCI的脱扣时间；若脱扣时间小于等于预定的脱扣时间，则判断被测AFCI合格；反之，不合格；

②并联电弧故障碳化路径试验：

（1）通过人机交互界面设置试验电流，准备试验电缆；

（2）上位机测控与分析模块通过通讯模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：控制第一至第八开关打开；第八开关闭合，控制第六开关使得第一负载接入主电路；第二开关打开，第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化，碳化时间为10秒；第一开关打开，第二、第四开关闭合，试验电流流经第八开关、被测AFCI、第二开关、试验电缆、第四开关、第六开关、第一负载，通电时间为10秒，同时采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；

（3）第一、第二开关重复步骤（2）的开关时序，直至出现以下任一情况：试验时间达到5分钟、火焰感测模块检测到棉花着火、脱扣感测模块检测到被测AFCI脱扣或0.5秒内故障电流半波数大于等于8个；所述0.5秒内故障电流半波数由数据处理与分析模块进行计数；

（4）控制单元将被测AFCI的合分闸状态和火焰感测模块的数据通过通讯模块反馈给上位机测控与分析模块；

（5）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库；数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，计算0.5秒内故障电流半波数，当0.5秒内故障电流半波数达到8个的时候，若被测AFCI脱扣，则判断被测AFCI合格；反之，不合格；

③碳化路径引燃试验：

（1）通过人机交互界面设置试验电流，准备试验电缆；

（2）上位机测控与分析模块通过通讯模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：控制第一至第八开关打开；第八开关闭合，控制第六开关使得第一负载接入主电路；第二开关打开，第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化，碳化时间为10秒；第一开关打开，第二、第四开关闭合，试验电流流经第八开关、被测AFCI、第二开关、试验电缆、第四开关、第六开关、第一负载，通电时间为10秒，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；

（3）第一、第二开关重复步骤（2）的开关时序，直至出现以下任一情况：试验时间达5分钟、火焰感测模块检测到棉花着火、脱扣感测模块检测到被测AFCI脱扣；

（4）控制单元将被测AFCI的合分闸状态和火焰感测模块的数据通过通讯模块反馈给上位机测控与分析模块；

（5）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库；数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，判断AFCI的脱扣情况，若在棉花着火之前，被测AFCI脱扣，则AFCI合格；反之，不合格；

步骤S2：进行屏蔽负载试验，包括屏蔽负载电弧故障试验和带屏蔽负载的碳化路径引燃试验；

①屏蔽负载电弧故障试验：

（1）通过人机交互界面选择试验负载、设置试验电流，准备试验电缆；

（2）上位机测控与分析模块通过通讯模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：

进行干路故障试验：控制第一至第八开关打开；闭合第八开关，控制第六、第七开关使得第一、第二负载接入主电路，同时第一、第二负载并联后与试验电缆相连，第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化；第一开关打开，第二、第三开关闭合，碳化判断电路工作，若灯亮，则碳化成功；若灯暗，则碳化失败，需重新碳化；所述碳化判断电路由被测AFCI、第二、第三和第八开关、灯及试验电缆组成；第三开关打开、第四开关闭合，使得灯从主电路切除，第一、第二负载接入主电路，并产生故障电弧信号，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；第二、第四开关在闭合设定时间后打开，同时，采集模块停止工作；

进行第一支路故障试验：控制第一至第八开关打开；闭合第八开关，控制第六、第七开关使得第一、第二负载接入主电路，此时，第一负载与试验电缆相连、第二负载不与试验电缆相连，第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化；第一开关打开，第二、第三开关闭合，碳化判断电路工作，若灯亮，则碳化成功；若灯暗，则碳化失败，需重新碳化；所述碳化判断电路由被测AFCI、第二、第三和第八开关、灯及试验电缆组成；第三开关打开、第四开关闭合，使得灯从主电路切除，试验电缆与第一负载串联，并产生故障电弧信号，同时，采集模块开始采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；第二、第四开关在闭合设定时间后打开，同时，采集模块停止工作；

进行第二支路故障试验：进行第一支路故障试验：控制第一至第八开关打开；闭合第八开关，控制第六、第七开关使得第一、第二负载接入主电路，此时，第一负载不与试验电缆相连、第二负载与试验电缆相连，第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化；第一开关打开，第二、第三开关闭合，碳化判断电路工作，若灯亮，则碳化成功；若灯暗，则碳化失败，需重新碳化；所述碳化判断电路由被测AFCI、第二、第三和第八开关、灯及试验电缆组成；第三开关打开、第四开关闭合，使得灯从主电路切除，试验电缆与第二负载串联，并产生故障电弧信号，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；第二、第四开关在闭合设定时间后打开，同时，采集模块停止工作；

（3）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库；数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，确定被测AFCI的脱扣时间；若脱扣时间小于等于预定的脱扣时间，则判断被测AFCI合格；反之，不合格；

②带屏蔽负载的碳化路径引燃试验：

（1）通过人机交互界面选择试验负载、设置试验电流，准备试验电缆；

（2）上位机测控与分析模块通过通讯模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：控制第一至第八开关打开；第八开关闭合，控制第七开关使得第二负载接入主电路；第二开关打开，第一、第五开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化，碳化时间为10秒，同时第二负载正常工作；第一、第五开关打开，第二、第四开关闭合，试验电流流经第八开关、被测AFCI、第二开关、试验电缆、第四开关、第七开关、第二负载，通电时间为10秒，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；

（3）第一、第二、第五开关重复步骤（2）的开关时序，直至出现以下任一情况：试验时间达5分钟、火焰感测模块检测到棉花着火、脱扣感测模块检测到被测AFCI脱扣；

（4）控制单元将被测AFCI的合分闸状态和火焰感测模块的数据通过通讯模块反馈给上位机测控与分析模块；

（5）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库；数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，判断AFCI的脱扣情况，若在棉花着火之前，被测AFCI脱扣，则AFCI合格；反之，不合格；

步骤S3：进行误脱扣试验：

（1）上位机测试与分析模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：控制第一至第八开关打开，第八开关闭合，控制第七开关使得第二负载接入主电路，其中，控制第六开关，使得第一负载在手电钻多负载试验、荧光灯多负载试验时接入主电路，其余试验时第一负载不接入电路，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测试与分析模块的数据读取模块；

（2）达到设定阈值时间后，第七、第八开关打开，控制单元将被测AFCI的合分闸状态通过通讯模块反馈给上位机测试与分析模块；

（3）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库，上位机测试与分析模块判断AFCI的脱扣情况，若AFCI脱扣，则判定AFCI发生误脱扣现象，AFCI不合格；若AFCI没有脱扣，则AFCI合格。