专利名称：使用小波熵的串联故障电弧检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及输配电线路保护设备领域，主要指非线性类负载串 联故障电弧的检测装置。[0002]背景技术在住宅、商业和工业应用中，由于长时间的过负荷运行，用电线路 的电气绝缘老化破损或用电设备的陈旧等原因而引起的电气安全事故时有发生，特别是 当出现故障电弧时，将会引起火灾事故，从而造成重大经济损失和人员伤亡事故。如果 发生串联型故障电�。蛴捎诖耸毕呗返缌魍ǔ５陀谏璞缸罡咴诵械缌鳎蚀耸钡墓收� 电流低于常规断路器、熔断器等过流保护装置的设定值，所以，故障得不到有效保护。[0003]目前国内外专家已经提出了一些可行的AFCI检测方法及保护电路，适用于线性 类负载串联故障电弧的检测和保护，而对于非线性类负载串联故障电弧的检测却不能保证 其可靠性，主要难点在于无法有效的将此类负载正常工作电流与故障电弧电流区分开。[0004]典型的非线性类负载正常工作电流波形、串联故障电弧电流波形按照电弧燃烧 不稳定与稳定分类分别如图4、图5所示。综合图4、图5可以发现，非线性类负载电路 在正常工作状态下电流中即存在与串联故障电弧电流波形一样的的“零歇”现象，这种 由于电力电子技术在低压领域广泛应用而带来的电流特点给串联故障电弧检测工作带来 了难度。通过图4可以发现串联故障电弧在燃烧初期，即不稳定燃烧时电弧电流呈现出 电流幅值剧烈变化、正负周期对称度下降、半波丢失、电流导通角发生变化等特点。而 对于图5，即串联故障电弧稳定燃烧时的电流波形分析可以发现其主要特点表现为电流幅 值下降、“零歇”处变宽、伴有高频脉冲等特点。现在较多AFCI检测方法和保护电路 都是通过判断电流波形中是否有“零歇”现象来对串联故障电弧进行检测，但是非线性 类负载串联故障电弧这种正常工作电流及电弧电流均有“零歇”的现象显然使得这一方 法较难区分正常电流和故障电弧电流，容易带来误动作。发明内容[0005]发明目的本实用新型专利提供了一种使用小波熵的串联故障电弧检测装置， 可以有效的检测非线性类负载故障电�。档蜕璞傅奈蟛僮髀�。[0006]技术方案本实用新型是通过以下技术方案实施的[0007]使用小波熵的串联故障电弧检测装置，其特征在于该检测装置还包括串接 在交流电源的火线或者零线上的电流互感器的信号输出端与电流电压转换电路电路的信 号输入端连接，电流电压转换电路电路的信号输出端连接信号调理电路的信号输入端， 信号调理电路的信号输出端连接微处理器的信号输入端；220V交流电经过设置在整流电 源内部的整流、滤波、稳压电路，为微处理器、信号调理电路，脱扣触发电路提供工作 电源；微处理器的信号输出端与脱扣触发电路的信号输入端连接，脱扣触发电路的信号 输出端与脱扣组件的信号输入端连接，整流电源另外有两个信号输出端分别与信号调理 电路、脱扣触发电路的信号输入端连接。[0008]微处理器内部自带A/D采样电路�？榛蛲饨覣/D采样电路。[0009]优点及效果本实用新型能有效检测非线性类负载串联故障电�。⒃诙淌奔淠谧远卸系缭矗ü行终９ぷ鞯缌饔氲缁〉缌鹘档土宋蟛僮髀�。
[0010]图1是本实用新型装置的原理框图；[0011]图2是本实用新型装置中微处理器的流程图；[0012]图3是故障电弧判别程序流程图；[0013]图4是典型非线性负载串联故障电弧不稳定燃烧时电流波形图及负载正常工作 电流波形图；[0014]图5是典型非线性负载串联故障电弧稳定燃烧时电流波形图及负载正常工作电 流波形图；[0015]附图标记说明[0016]1、脱扣组件2、电流互感器a、正常电流b、电弧电流。
具体实施方式
[0017]
以下结合附图对本实用新型进行具体说明[0018]图1为本实用新型装置的原理框图，如图所示，串接在交流电源的火线或者零 线上的电流互感器2的信号输出端与电流电压转换电路电路的信号输入端连接，电流电 压转换电路电路的信号输出端连接信号调理电路的信号输入端，信号调理电路的信号输 出端连接微处理器的信号输入端；220V交流电经过设置在整流电源内部的整流、滤波、 稳压电路，为微处理器、信号调理电路，脱扣触发电路提供工作电源；微处理器的信号 输出端与脱扣触发电路的信号输入端连接，脱扣触发电路的信号输出端与脱扣组件1的 信号输入端连接；整流电源另外有两个信号输出端分别与信号调理电路、脱扣触发电路 的信号输入端连接。[0019]其工作原理如下[0020]通过电流电压转换电路采集电流互感器2两端信号，该信号被传递至信号调理 电路，再经过滤波及放大之后转化为适合A/D采样的电流信号，由A/D转换电路进行 模数转换，将电压信号最终传递至微处理器。通过微处理器内的故障电弧判别程序对采 集到的信号进行电弧特性判别，在满足预设条件时微处理器产生脱扣信号给脱扣触发电 路，驱动控制脱扣组件2执行脱扣动作，切断电源，达到保护负载的作用，避免火灾的 发生。[0021]其中A/D采样电路可以直接选用微处理器内部自带模块，也可以在装置中外接 A/D采样电路。[0022]图2为本实用新型装置中微处理器的流程图，如图所示，微处理器的工作流程 如下[0023]1、上电复位；[0024]2、程序初始化，所有标志位置0，所有I/O 口清零；[0025]3、设定时间参数，开启定时中断；[0026]4、启动A/D转换；[0027]5、以时间T1为间隔，采集K个周期数据；(此间每个周期采[0028]集1000个数据点，K以3 5为宜，T1 = ZOOms);[0029]6、以时间T2为间隔，更新参考参数正常时刻的电流峰值Imaxref、Iminren Imidref 及接近数据中心(满足II-Imidref < η |)的数据个数N1 ；(此间T2 = lmin)；[0030]7、调用故障电弧判别程序；[0031]8、如果返回脱扣信号，则微处理器发出脱扣命令，触发脱扣驱动电路，切断电 源，否则返回数据采集程序，继续对采集数据进行处理。[0032]图3是故障电弧判别程序流程图，如图所示，电弧判别程序的流程如下[0033]1、采集K个周期的电流波形数据，作为一个数据的集合进行下阶段分析；[0034]2、选择出集合中电流的峰值Imax、Imm, Imid及接近数据中心(满足|i-imid < η |) 的数据个数N2;[0035]3、判别电流幅值是否减�。绻鸄Imax = IImaxref-ImaxI > a,跳转到步骤5平肩部 判别；否则继续步骤4 ；[0036]4、如果Mmm = IIminref-Imm I > b，继续步骤5进行平肩部变宽判别；否则跳转到 步骤8 ；[0037]5、判断平肩部是否变宽，如果N = N2-N1 > C，则认为平肩部变宽，疑似电弧 次数+1并继续步骤6，否则跳转到步骤8 ；[0038]6、判断疑似电弧次数是否已经累积到预设阀值d，如果已经达到，则继续步骤 7,进行小波熵计算，否则返回主程序；[0039]7、小波熵计算程序，如果计算结果值大于预设阀值S，则发送脱扣信号，否则 返回主程序；[0040]判断疑似电弧次数是否已清零，是则返回主程序，否则疑似电弧次数-1并返回主程序。[0041]其中，a、b、C、d、n> S为给定阀值；Imaxref、Iminref、Imidref分别为以1为周期自动更新的正常电流得最大值参考值、最小值参考值及平均值参考值；Imax、Imm、Imid分 别为以T1为周期采集到的电流的最大值、最小值参考值及平均值参考值。[0042]图4是典型非线性负载串联故障电弧不稳定燃烧时电流波形图及负载正常工作 电流波形图，图5是典型非线性负载串联故障电弧稳定燃烧时电流波形图及负载正常工 作电流波形图，综合图4、图5可以发现，非线性类负载电路在正常工作状态下电流中即 存在与串联故障电弧电流波形一样的的“零歇”现象，这种由于电力电子技术在低压领 域广泛应用而带来的电流特点给串联故障电弧检测工作带来了难度。通过图4可以发现 串联故障电弧在燃烧初期，即不稳定燃烧时电弧电流呈现出电流幅值剧烈变化、正负周 期对称度下降、半波丢失、电流导通角发生变化等特点。而对于图5，即串联故障电弧稳 定燃烧时的电流波形分析可以发现其主要特点表现为电流幅值下降、“零歇”处变宽、 伴有高频脉冲等特点。[0043]本实用新型不局限于以上具体实施方式
，无论采用何种微处理器或者电源电路 或者信号采样处理电路或者脱扣触发电路或者脱扣组件等其它同等替换，都落入本实用 新型的保护范围之内。本实用新型的串联故障电弧检测方法即可作为一个独立的系统， 也可以与其它现有的断路器如接地故障断路器(GFCI)或者漏电流保护器或者过电流保护 器相结合，组成多功能的电路保护装置。
权利要求1.使用小波熵的串联故障电弧检测装置，其特征在于该检测装置还包括串接在 交流电源的火线或者零线上的电流互感器(2)的信号输出端与电流电压转换电路的信号 输入端连接，电流电压转换电路的信号输出端连接信号调理电路的信号输入端，信号调 理电路的信号输出端连接微处理器的信号输入端；220V交流电经过设置在整流电源内部 的整流、滤波、稳压电路，为微处理器、信号调理电路，脱扣触发电路提供工作电源； 微处理器的信号输出端与脱扣触发电路的信号输入端连接，脱扣触发电路的信号输出端 与脱扣组件(1)的信号输入端连接，整流电源另外有两个信号输出端分别与信号调理电 路、脱扣触发电路的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述使用小波熵的串联故障电弧检测装置，其特征在于微处理 器内部自带A/D采样电路�？榛蛲饨覣/D采样电路。
专利摘要使用小波熵的串联故障电弧检测装置，包括串接在交流电源的火线或者零线上的电流互感器的信号输出端与电流电压转换电路的信号输入端连接，电流电压转换电路的信号输出端连接信号调理电路的信号输入端，信号调理电路的信号输出端连接微处理器的信号输入端；整流电源的信号输出端与微处理器的信号输入端连接；微处理器的信号输出端与脱扣触发电路的信号输入端连接，脱扣触发电路的信号输出端与脱扣组件的信号输入端连接，整流电源另外有两个信号输出端分别与信号调理电路、脱扣触发电路的信号输入端连接。本实用新型能有效检测非线性类负载串联故障电�。⒃诙淌奔淠谧远卸系缭矗ü行终９ぷ鞯缌饔氲缁〉缌鹘档土宋蟛僮髀省�
文档编号G01R31/08GK201805222SQ20102023934
公开日2011年4月20日 申请日期2010年6月28日 优先权日2010年6月28日
发明者孙鹏, 董永刚, 郑志成, 高翔 申请人:沈阳工业大学
专业数控铣床产品供应商
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