專利名稱：使用小波熵的串聯故障電弧檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及輸配電線路保護設備領域，主要指非線性類負載串 聯故障電弧的檢測裝置。[0002]背景技術在住宅、商業和工業應用中，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備的陳舊等原因而引起的電氣安全事故時有發生，特別是 當出現故障電弧時，將會引起火災事故，從而造成重大經濟損失和人員傷亡事故。如果 發生串聯型故障電弧，則由于此時線路電流通常低于設備最高運行電流，故此時的故障 電流低于常規斷路器、熔斷器等過流保護裝置的設定值，所以，故障得不到有效保護。[0003]目前國內外專家已經提出了一些可行的AFCI檢測方法及保護電路，適用于線性 類負載串聯故障電弧的檢測和保護，而對于非線性類負載串聯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分開。[0004]典型的非線性類負載正常工作電流波形、串聯故障電弧電流波形按照電弧燃燒 不穩定與穩定分類分別如圖4、圖5所示。綜合圖4、圖5可以發現，非線性類負載電路 在正常工作狀態下電流中即存在與串聯故障電弧電流波形一樣的的“零歇”現象，這種 由于電力電子技術在低壓領域廣泛應用而帶來的電流特點給串聯故障電弧檢測工作帶來 了難度。通過圖4可以發現串聯故障電弧在燃燒初期，即不穩定燃燒時電弧電流呈現出 電流幅值劇烈變化、正負周期對稱度下降、半波丟失、電流導通角發生變化等特點。而 對于圖5，即串聯故障電弧穩定燃燒時的電流波形分析可以發現其主要特點表現為電流幅 值下降、“零歇”處變寬、伴有高頻脈沖等特點。現在較多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”現象來對串聯故障電弧進行檢測，但是非線性 類負載串聯故障電弧這種正常工作電流及電弧電流均有“零歇”的現象顯然使得這一方 法較難區分正常電流和故障電弧電流，容易帶來誤動作。發明內容[0005]發明目的本實用新型專利提供了一種使用小波熵的串聯故障電弧檢測裝置， 可以有效的檢測非線性類負載故障電弧，降低設備的誤操作率。[0006]技術方案本實用新型是通過以下技術方案實施的[0007]使用小波熵的串聯故障電弧檢測裝置，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換電路電路的信 號輸入端連接，電流電壓轉換電路電路的信號輸出端連接信號調理電路的信號輸入端， 信號調理電路的信號輸出端連接微處理器的信號輸入端；220V交流電經過設置在整流電 源內部的整流、濾波、穩壓電路，為微處理器、信號調理電路，脫扣觸發電路提供工作 電源；微處理器的信號輸出端與脫扣觸發電路的信號輸入端連接，脫扣觸發電路的信號 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理 電路、脫扣觸發電路的信號輸入端連接。[0008]微處理器內部自帶A/D采樣電路模塊或外接A/D采樣電路。[0009]優點及效果本實用新型能有效檢測非線性類負載串聯故障電弧，并在短時間內自動切斷電源，通過有效區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故障電弧不穩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故障電弧穩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換電路電路的信號輸入端連接，電流電 壓轉換電路電路的信號輸出端連接信號調理電路的信號輸入端，信號調理電路的信號輸 出端連接微處理器的信號輸入端；220V交流電經過設置在整流電源內部的整流、濾波、 穩壓電路，為微處理器、信號調理電路，脫扣觸發電路提供工作電源；微處理器的信號 輸出端與脫扣觸發電路的信號輸入端連接，脫扣觸發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理電路、脫扣觸發電路 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理 電路，再經過濾波及放大之后轉化為適合A/D采樣的電流信號，由A/D轉換電路進行 模數轉換，將電壓信號最終傳遞至微處理器。通過微處理器內的故障電弧判別程序對采 集到的信號進行電弧特性判別，在滿足預設條件時微處理器產生脫扣信號給脫扣觸發電 路，驅動控制脫扣組件2執行脫扣動作，切斷電源，達到保護負載的作用，避免火災的 發生。[0021]其中A/D采樣電路可以直接選用微處理器內部自帶模塊，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、設定時間參數，開啟定時中斷；[0026]4、啟動A/D轉換；[0027]5、以時間T1為間隔，采集K個周期數據；(此間每個周期采[0028]集1000個數據點，K以3 5為宜，T1 = ZOOms);[0029]6、以時間T2為間隔，更新參考參數正常時刻的電流峰值Imaxref、Iminren Imidref 及接近數據中心(滿足II-Imidref < η |)的數據個數N1 ；(此間T2 = lmin)；[0030]7、調用故障電弧判別程序；[0031]8、如果返回脫扣信號，則微處理器發出脫扣命令，觸發脫扣驅動電路，切斷電 源，否則返回數據采集程序，繼續對采集數據進行處理。[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據，作為一個數據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及接近數據中心(滿足|i-imid < η |) 的數據個數N2;[0035]3、判別電流幅值是否減小，如果AImax = IImaxref-ImaxI > a,跳轉到步驟5平肩部 判別；否則繼續步驟4 ；[0036]4、如果Mmm = IIminref-Imm I > b，繼續步驟5進行平肩部變寬判別；否則跳轉到 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+1并繼續步驟6，否則跳轉到步驟8 ；[0038]6、判斷疑似電弧次數是否已經累積到預設閥值d，如果已經達到，則繼續步驟 7,進行小波熵計算，否則返回主程序；[0039]7、小波熵計算程序，如果計算結果值大于預設閥值S，則發送脫扣信號，否則 返回主程序；[0040]判斷疑似電弧次數是否已清零，是則返回主程序，否則疑似電弧次數-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故障電弧不穩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故障電弧穩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可以發現，非線性類負載電路在正常工作狀態下電流中即 存在與串聯故障電弧電流波形一樣的的“零歇”現象，這種由于電力電子技術在低壓領 域廣泛應用而帶來的電流特點給串聯故障電弧檢測工作帶來了難度。通過圖4可以發現 串聯故障電弧在燃燒初期，即不穩定燃燒時電弧電流呈現出電流幅值劇烈變化、正負周 期對稱度下降、半波丟失、電流導通角發生變化等特點。而對于圖5，即串聯故障電弧穩 定燃燒時的電流波形分析可以發現其主要特點表現為電流幅值下降、“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。本實用新型的串聯故障電弧檢測方法即可作為一個獨立的系統， 也可以與其它現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 器相結合，組成多功能的電路保護裝置。
權利要求1.使用小波熵的串聯故障電弧檢測裝置，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換電路的信號 輸入端連接，電流電壓轉換電路的信號輸出端連接信號調理電路的信號輸入端，信號調 理電路的信號輸出端連接微處理器的信號輸入端；220V交流電經過設置在整流電源內部 的整流、濾波、穩壓電路，為微處理器、信號調理電路，脫扣觸發電路提供工作電源； 微處理器的信號輸出端與脫扣觸發電路的信號輸入端連接，脫扣觸發電路的信號輸出端 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理電 路、脫扣觸發電路的信號輸入端連接。
2.根據權利要求1所述使用小波熵的串聯故障電弧檢測裝置，其特征在于微處理 器內部自帶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換電路的信號輸入端連接，電流電壓轉換電路的信號輸出端連接信號調理電路的信號輸入端，信號調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電路的信號輸入端連接，脫扣觸發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理電路、脫扣觸發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故障電弧，并在短時間內自動切斷電源，通過有效區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 優先權日2010年6月28日
發明者孫鵬, 董永剛, 鄭志成, 高翔 申請人:沈陽工業大學