專利名稱：使用小波熵的串聯(lián)故障電弧檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及輸配電線路保護設(shè)備領(lǐng)域，主要指非線性類負載串 聯(lián)故障電弧的檢測裝置。[0002]背景技術(shù)在住宅、商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中，由于長時間的過負荷運行，用電線路 的電氣絕緣老化破損或用電設(shè)備的陳舊等原因而引起的電氣安全事故時有發(fā)生，特別是 當出現(xiàn)故障電弧時，將會引起火災(zāi)事故，從而造成重大經(jīng)濟損失和人員傷亡事故。如果 發(fā)生串聯(lián)型故障電弧，則由于此時線路電流通常低于設(shè)備最高運行電流，故此時的故障 電流低于常規(guī)斷路器、熔斷器等過流保護裝置的設(shè)定值，所以，故障得不到有效保護。[0003]目前國內(nèi)外專家已經(jīng)提出了一些可行的AFCI檢測方法及保護電路，適用于線性 類負載串聯(lián)故障電弧的檢測和保護，而對于非線性類負載串聯(lián)故障電弧的檢測卻不能保證 其可靠性，主要難點在于無法有效的將此類負載正常工作電流與故障電弧電流區(qū)分開。[0004]典型的非線性類負載正常工作電流波形、串聯(lián)故障電弧電流波形按照電弧燃燒 不穩(wěn)定與穩(wěn)定分類分別如圖4、圖5所示。綜合圖4、圖5可以發(fā)現(xiàn)，非線性類負載電路 在正常工作狀態(tài)下電流中即存在與串聯(lián)故障電弧電流波形一樣的的“零歇”現(xiàn)象，這種 由于電力電子技術(shù)在低壓領(lǐng)域廣泛應(yīng)用而帶來的電流特點給串聯(lián)故障電弧檢測工作帶來 了難度。通過圖4可以發(fā)現(xiàn)串聯(lián)故障電弧在燃燒初期，即不穩(wěn)定燃燒時電弧電流呈現(xiàn)出 電流幅值劇烈變化、正負周期對稱度下降、半波丟失、電流導(dǎo)通角發(fā)生變化等特點。而 對于圖5，即串聯(lián)故障電弧穩(wěn)定燃燒時的電流波形分析可以發(fā)現(xiàn)其主要特點表現(xiàn)為電流幅 值下降、“零歇”處變寬、伴有高頻脈沖等特點?，F(xiàn)在較多AFCI檢測方法和保護電路 都是通過判斷電流波形中是否有“零歇”現(xiàn)象來對串聯(lián)故障電弧進行檢測，但是非線性 類負載串聯(lián)故障電弧這種正常工作電流及電弧電流均有“零歇”的現(xiàn)象顯然使得這一方 法較難區(qū)分正常電流和故障電弧電流，容易帶來誤動作。發(fā)明內(nèi)容[0005]發(fā)明目的本實用新型專利提供了一種使用小波熵的串聯(lián)故障電弧檢測裝置， 可以有效的檢測非線性類負載故障電弧，降低設(shè)備的誤操作率。[0006]技術(shù)方案本實用新型是通過以下技術(shù)方案實施的[0007]使用小波熵的串聯(lián)故障電弧檢測裝置，其特征在于該檢測裝置還包括串接 在交流電源的火線或者零線上的電流互感器的信號輸出端與電流電壓轉(zhuǎn)換電路電路的信 號輸入端連接，電流電壓轉(zhuǎn)換電路電路的信號輸出端連接信號調(diào)理電路的信號輸入端， 信號調(diào)理電路的信號輸出端連接微處理器的信號輸入端；220V交流電經(jīng)過設(shè)置在整流電 源內(nèi)部的整流、濾波、穩(wěn)壓電路，為微處理器、信號調(diào)理電路，脫扣觸發(fā)電路提供工作 電源；微處理器的信號輸出端與脫扣觸發(fā)電路的信號輸入端連接，脫扣觸發(fā)電路的信號 輸出端與脫扣組件的信號輸入端連接，整流電源另外有兩個信號輸出端分別與信號調(diào)理 電路、脫扣觸發(fā)電路的信號輸入端連接。[0008]微處理器內(nèi)部自帶A/D采樣電路模塊或外接A/D采樣電路。[0009]優(yōu)點及效果本實用新型能有效檢測非線性類負載串聯(lián)故障電弧，并在短時間內(nèi)自動切斷電源，通過有效區(qū)分正常工作電流與電弧電流降低了誤操作率。

[0010]圖1是本實用新型裝置的原理框圖；[0011]圖2是本實用新型裝置中微處理器的流程圖；[0012]圖3是故障電弧判別程序流程圖；[0013]圖4是典型非線性負載串聯(lián)故障電弧不穩(wěn)定燃燒時電流波形圖及負載正常工作 電流波形圖；[0014]圖5是典型非線性負載串聯(lián)故障電弧穩(wěn)定燃燒時電流波形圖及負載正常工作電 流波形圖；[0015]附圖標記說明[0016]1、脫扣組件2、電流互感器a、正常電流b、電弧電流。
具體實施方式
[0017]
以下結(jié)合附圖對本實用新型進行具體說明[0018]圖1為本實用新型裝置的原理框圖，如圖所示，串接在交流電源的火線或者零 線上的電流互感器2的信號輸出端與電流電壓轉(zhuǎn)換電路電路的信號輸入端連接，電流電 壓轉(zhuǎn)換電路電路的信號輸出端連接信號調(diào)理電路的信號輸入端，信號調(diào)理電路的信號輸 出端連接微處理器的信號輸入端；220V交流電經(jīng)過設(shè)置在整流電源內(nèi)部的整流、濾波、 穩(wěn)壓電路，為微處理器、信號調(diào)理電路，脫扣觸發(fā)電路提供工作電源；微處理器的信號 輸出端與脫扣觸發(fā)電路的信號輸入端連接，脫扣觸發(fā)電路的信號輸出端與脫扣組件1的 信號輸入端連接；整流電源另外有兩個信號輸出端分別與信號調(diào)理電路、脫扣觸發(fā)電路 的信號輸入端連接。[0019]其工作原理如下[0020]通過電流電壓轉(zhuǎn)換電路采集電流互感器2兩端信號，該信號被傳遞至信號調(diào)理 電路，再經(jīng)過濾波及放大之后轉(zhuǎn)化為適合A/D采樣的電流信號，由A/D轉(zhuǎn)換電路進行 模數(shù)轉(zhuǎn)換，將電壓信號最終傳遞至微處理器。通過微處理器內(nèi)的故障電弧判別程序?qū)Σ?集到的信號進行電弧特性判別，在滿足預(yù)設(shè)條件時微處理器產(chǎn)生脫扣信號給脫扣觸發(fā)電 路，驅(qū)動控制脫扣組件2執(zhí)行脫扣動作，切斷電源，達到保護負載的作用，避免火災(zāi)的 發(fā)生。[0021]其中A/D采樣電路可以直接選用微處理器內(nèi)部自帶模塊，也可以在裝置中外接 A/D采樣電路。[0022]圖2為本實用新型裝置中微處理器的流程圖，如圖所示，微處理器的工作流程 如下[0023]1、上電復(fù)位；[0024]2、程序初始化，所有標志位置0，所有I/O 口清零；[0025]3、設(shè)定時間參數(shù)，開啟定時中斷；[0026]4、啟動A/D轉(zhuǎn)換；[0027]5、以時間T1為間隔，采集K個周期數(shù)據(jù)；(此間每個周期采[0028]集1000個數(shù)據(jù)點，K以3 5為宜，T1 = ZOOms);[0029]6、以時間T2為間隔，更新參考參數(shù)正常時刻的電流峰值Imaxref、Iminren Imidref 及接近數(shù)據(jù)中心(滿足II-Imidref < η |)的數(shù)據(jù)個數(shù)N1 ；(此間T2 = lmin)；[0030]7、調(diào)用故障電弧判別程序；[0031]8、如果返回脫扣信號，則微處理器發(fā)出脫扣命令，觸發(fā)脫扣驅(qū)動電路，切斷電 源，否則返回數(shù)據(jù)采集程序，繼續(xù)對采集數(shù)據(jù)進行處理。[0032]圖3是故障電弧判別程序流程圖，如圖所示，電弧判別程序的流程如下[0033]1、采集K個周期的電流波形數(shù)據(jù)，作為一個數(shù)據(jù)的集合進行下階段分析；[0034]2、選擇出集合中電流的峰值Imax、Imm, Imid及接近數(shù)據(jù)中心(滿足|i-imid < η |) 的數(shù)據(jù)個數(shù)N2;[0035]3、判別電流幅值是否減小，如果AImax = IImaxref-ImaxI > a,跳轉(zhuǎn)到步驟5平肩部 判別；否則繼續(xù)步驟4 ；[0036]4、如果Mmm = IIminref-Imm I > b，繼續(xù)步驟5進行平肩部變寬判別；否則跳轉(zhuǎn)到 步驟8 ；[0037]5、判斷平肩部是否變寬，如果N = N2-N1 > C，則認為平肩部變寬，疑似電弧 次數(shù)+1并繼續(xù)步驟6，否則跳轉(zhuǎn)到步驟8 ；[0038]6、判斷疑似電弧次數(shù)是否已經(jīng)累積到預(yù)設(shè)閥值d，如果已經(jīng)達到，則繼續(xù)步驟 7,進行小波熵計算，否則返回主程序；[0039]7、小波熵計算程序，如果計算結(jié)果值大于預(yù)設(shè)閥值S，則發(fā)送脫扣信號，否則 返回主程序；[0040]判斷疑似電弧次數(shù)是否已清零，是則返回主程序，否則疑似電弧次數(shù)-1并返回主程序。[0041]其中，a、b、C、d、n> S為給定閥值；Imaxref、Iminref、Imidref分別為以1為周期自動更新的正常電流得最大值參考值、最小值參考值及平均值參考值；Imax、Imm、Imid分 別為以T1為周期采集到的電流的最大值、最小值參考值及平均值參考值。[0042]圖4是典型非線性負載串聯(lián)故障電弧不穩(wěn)定燃燒時電流波形圖及負載正常工作 電流波形圖，圖5是典型非線性負載串聯(lián)故障電弧穩(wěn)定燃燒時電流波形圖及負載正常工 作電流波形圖，綜合圖4、圖5可以發(fā)現(xiàn)，非線性類負載電路在正常工作狀態(tài)下電流中即 存在與串聯(lián)故障電弧電流波形一樣的的“零歇”現(xiàn)象，這種由于電力電子技術(shù)在低壓領(lǐng) 域廣泛應(yīng)用而帶來的電流特點給串聯(lián)故障電弧檢測工作帶來了難度。通過圖4可以發(fā)現(xiàn) 串聯(lián)故障電弧在燃燒初期，即不穩(wěn)定燃燒時電弧電流呈現(xiàn)出電流幅值劇烈變化、正負周 期對稱度下降、半波丟失、電流導(dǎo)通角發(fā)生變化等特點。而對于圖5，即串聯(lián)故障電弧穩(wěn) 定燃燒時的電流波形分析可以發(fā)現(xiàn)其主要特點表現(xiàn)為電流幅值下降、“零歇”處變寬、 伴有高頻脈沖等特點。[0043]本實用新型不局限于以上具體實施方式
，無論采用何種微處理器或者電源電路 或者信號采樣處理電路或者脫扣觸發(fā)電路或者脫扣組件等其它同等替換，都落入本實用 新型的保護范圍之內(nèi)。本實用新型的串聯(lián)故障電弧檢測方法即可作為一個獨立的系統(tǒng)， 也可以與其它現(xiàn)有的斷路器如接地故障斷路器(GFCI)或者漏電流保護器或者過電流保護 器相結(jié)合，組成多功能的電路保護裝置。
權(quán)利要求1.使用小波熵的串聯(lián)故障電弧檢測裝置，其特征在于該檢測裝置還包括串接在 交流電源的火線或者零線上的電流互感器(2)的信號輸出端與電流電壓轉(zhuǎn)換電路的信號 輸入端連接，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的信號輸出端連接信號調(diào)理電路的信號輸入端，信號調(diào) 理電路的信號輸出端連接微處理器的信號輸入端；220V交流電經(jīng)過設(shè)置在整流電源內(nèi)部 的整流、濾波、穩(wěn)壓電路，為微處理器、信號調(diào)理電路，脫扣觸發(fā)電路提供工作電源； 微處理器的信號輸出端與脫扣觸發(fā)電路的信號輸入端連接，脫扣觸發(fā)電路的信號輸出端 與脫扣組件(1)的信號輸入端連接，整流電源另外有兩個信號輸出端分別與信號調(diào)理電 路、脫扣觸發(fā)電路的信號輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述使用小波熵的串聯(lián)故障電弧檢測裝置，其特征在于微處理 器內(nèi)部自帶A/D采樣電路模塊或外接A/D采樣電路。
專利摘要使用小波熵的串聯(lián)故障電弧檢測裝置，包括串接在交流電源的火線或者零線上的電流互感器的信號輸出端與電流電壓轉(zhuǎn)換電路的信號輸入端連接，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的信號輸出端連接信號調(diào)理電路的信號輸入端，信號調(diào)理電路的信號輸出端連接微處理器的信號輸入端；整流電源的信號輸出端與微處理器的信號輸入端連接；微處理器的信號輸出端與脫扣觸發(fā)電路的信號輸入端連接，脫扣觸發(fā)電路的信號輸出端與脫扣組件的信號輸入端連接，整流電源另外有兩個信號輸出端分別與信號調(diào)理電路、脫扣觸發(fā)電路的信號輸入端連接。本實用新型能有效檢測非線性類負載串聯(lián)故障電弧，并在短時間內(nèi)自動切斷電源，通過有效區(qū)分正常工作電流與電弧電流降低了誤操作率。
文檔編號G01R31/08GK201805222SQ20102023934
公開日2011年4月20日 申請日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者孫鵬, 董永剛, 鄭志成, 高翔 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)