[发明专利]一种故障电弧检测装置及方法与三相电路故障检测方法

权利要求书

1.一种故障电弧检测装置，包括有用于检测电流输入端检测信号Ii(t)的输入电流检测电路、用于检测电流输出端检测信号Io(t)的输出电流检测电路和信号处理模块，其特征在于，所述装置还包括有过零点检测电路和电容分支检测电路；

所述过零点检测电路，用于检测电流输入端的火线与零线之间交流电压的过零点，确定过零点之间的交流周期T；所述电容分支检测电路，位于电流输入端与输出端之间，用于电容分支上的高频故障电弧信号Ih(t)；

所述电容分支检测电路包括有电容、磁环和线圈，电容、磁环和线圈呈穿芯式互感器设计，连接在火线与零线之间。

2.如权利要求1所述的故障电弧检测装置，其特征在于，所述电容取值范围为0.01uf-100uf；磁环材质为镍锌铁氧体，导磁率取值范围为200-2000；线圈匝数取值范围为1-100。

3.如权利要求2所述的故障电弧检测装置，其特征在于，所述电容最优值为1uf；磁环导磁率最优值为650，线圈匝数最优值为3。

4.如权利要求1所述的故障电弧检测装置，其特征在于，所述装置还包括有脱扣电路和报警模块，脱扣电路和报警模块均接收信号处理模块发送的控制指令。

5.权利要求4所述的故障电弧检测装置，其特征在于，所述装置还包括有电源模块，所述电源模块的输入端连接到电流输入端与脱扣电路之间，所述电源模块的输出端与为信号处理模块提供直流电源。

6.利用权利要求1至5任意一项装置的故障电弧检测方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)通过过零点检测电路检测电流输入端的火线与零线之间的交流电压过零点，确定过零点之间的周期T；

通过输入电流检测电路、输出电流检测电路和电容分支检测电路分别采样，分别得到输入电流Ii[n],、输出电流Io[n],和高频故障电弧信号Ih[n]；其中n＝0,1…，L-1，L是在过零点检测电路确定的一个交流周期内采样点的个数；

2)通过信号处理模块对输入电流Ii(t)、输出电流Io(t)和故障电弧信号Ih(t)进行处理识别，若有高频故障电弧信号Ih(t)，则记录当前周期T内的故障电弧的电流波形I_arc[n]，记录故障电弧发生对所述输入端和所述输出端的当前交流周期的电流波形Ii[n]和Io[n]与I_arc[n]分别进行相关计算，其中m表示N个交流电压周期内检测到的第m个故障电弧周期，I_arc[n]为电容分支检测的故障电弧波形的第n个采样值，Ii[n]为输入检测电路检测电流的第n个采样值，Io[n]为输出检测电路检测电路的第n个采样值；当检测到总的故障电弧出现的次数大于等于门限值M，认为出现故障电弧；

3)判断故障电弧方向。

7.如权利要求6所述的故障电弧检测方法，其特征在于，步骤3)中所述故障电弧的方向通过神经网络算法确定，具体步骤如下：

输入特征向量Ci_set和Co_set，Ci_set＝[Ci_1,Ci_2,…,Ci_M]，Co_set＝[Co_1,Co_2,…,Co_M]，Ci_set和Co_set中分别记录了故障电弧发生的M个交流周期中Ii[n]和Io[n]分别与Iarc[n]的相关系数。网络输入层的节点数量为2；设BP神经网络的层数为3，隐含层神经元个数为5；网络输出向量为3，其中结果为1控制单元判断所述故障电弧来源于所述故障电弧检测装置输入端；结果为2控制单元判断所述故障电弧来源于所述故障电弧检测装置输出端；结果为3控制单元判断发生故障电弧，无法确定来源方向。

8.利用权利要求3所述装置进行三相电路故障检测方法，其特征在于，所述故障电弧检测装置为三个，分别连接在三相电路的火线与零线之间。

9.如权利要求8所述三相电路故障检测方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1、通过过零点检测电路检测电流输入端的火线与零线之间的交流电压过零点，确定过零点之间的周期T；

通过输入电流检测电路、输出电流检测电路和电容分支检测电路分别采样，分别得到输入电流IAi[n]、IBi[n]、ICi[n]输出电流IAo[n]、IBo[n]、ICo[n],和高频故障电弧信号IAh[n]、IBh[n]、ICh[n]；其中n＝0,1…，L-1，L是在过零点检测电路确定的一个交流周期内采样点的个数；

S2、在N个交流周期内，通过信号处理模块对IAh[n]、IBh[n]、ICh[n]，n＝0,1…，L-1，进行处理识别，若存在故障电弧，计算A、B、C相上的故障电弧能量，分别为PA_arc，PB_arc，PC_arc，根据三者中最大的值来确定故障电弧发生的相位，设相位为X，记录该相位发生的故障电弧次数，存储为X相中当前周期T内的故障电弧的电流波形I_arc[n]。记录X相位故障电弧发生对所述输入端和所述输出端的当前交流周期的电流波形Ii[n]和Io[n]与I_arc[n]分别进行相关计算，其中m表示N个交流电压周期内检测到的第m个故障电弧周期，I_arc[n]为电容分支检测的故障电弧波形的第n个采样值，Ii[n]为输入检测电路检测电流的第n个采样值，Io[n]为输出检测电路检测电路的第n个采样值；当检测到A、B、C三相中某相总的故障电弧出现的次数大于等于门限值M，认为该相位出现故障电弧；

S3、通过神经网络算法判断故障电弧方向；

输入特征向量Ci_set和Co_set，Ci_set＝[Ci_1,Ci_2,…,Ci_M]，Co_set＝[Co_1,Co_2,…,Co_M]，Ci_set和Co_set中分别记录了故障电弧发生的M个交流周期中Ii[n]和Io[n]分别与Iarc[n]的相关系数。网络输入层的节点数量为2；设BP神经网络的层数为3，隐含层神经元个数为5；网络输出向量为3，其中结果为1控制单元判断所述故障电弧来源于所述故障电弧检测装置输入端；结果为2控制单元判断所述故障电弧来源于所述故障电弧检测装置输出端；结果为3控制单元判断发生故障电弧，无法确定来源方向。