CN110579681B - 一种配电网故障电弧检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电网故障电弧检测装置，涉及智能配用电领域，特别涉及一种配电网故障电弧检测装置。解决了现有技术中存在的安装位置受限、抗噪声干扰性差、有效信号难以辨识等问题。包括A单元和B单元，A、B单元均包括电源模块、PLC电力线载波通信模块、采样模块、无线通信模块和主控制器；电源模块为装置运行提供电能支撑，PLC电力线载波通信模块实现电力线载波信号和装置主控制器信号的双向透传，其中A单元连接有驱动断路器跳闸的输出信号接口；主控制器内置故障电弧检测算法，A单元运行Ai程序，B单元运行Bi程序，A单元和B单元经配对后协同工作。达到了提高抗噪声干扰性和电弧故障检测的精度的效果。
Description
技术领域
本发明涉及智能配用电领域，特别涉及一种配电网故障电弧检测装置。
背景技术
电弧燃烧时会伴随着声、光、热及电磁辐射等物理现象。利用上述特征在建筑电气和长线路的故障电弧检测中效果并不好，由于建筑物中线路的主故障位置无法确定，无法安装传感器。同时，配电网的线路中还有大量的正常电弧现象，也无法通过物理现象来区分电弧的好坏。
当前的配电线路故障电弧检测方法依赖于故障电弧电压电流波形特征，随着变频家电、LED照明灯具、电磁炉等非线性用电设备的增多，导致电路正常工作电流与故障电弧电流波形特征十分相近，严重影响了电弧故障检测的准确性。虽然可以采用傅里叶变换、小波变换、支持向量机以及神经网络等多复杂信号处理方法提高电弧故障检测精度，但这些方法要么对硬件要求相对较高，要么运算非常复杂，很难工程实现。故其存在有安装位置受限、抗噪声干扰性差、有效信号难以辨识等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种配电网故障电弧检测装置，提高了抗噪声干扰性和电弧故障检测的精度，有效检测长距离供电线路中的故障电弧。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种配电网故障电弧检测装置，包括A单元和B单元，所述A、B单元均包括电源模块、PLC电力线载波通信模块、采样模块、无线通信模块和主控制器，其中A单元连接有驱动断路器跳闸的输出信号接口；
所述电源模块为装置运行提供电能支撑；采样模块集电压采集、滤波、计算功能于一体，将采样数据送至主控制器；PLC电力线载波通信模块实现电力线载波信号和装置主控制器信号的双向透传；无线通信模块用于通信连接互联网和主控制器；
所述主控制器内置故障电弧检测算法，A单元运行Ai程序，B单元运行Bi程序，A单元和B单元经配对后协同工作。
更进一步地，所述电源模块包括带有隔离功能的AC/DC、DC/DC部分。
更进一步地，所述无线通信模块利用高速率、远距离、抗干扰能力强的无线通信技术。
更进一步地，主控制器以运行Ai程序的A单元为主机，以运行Bi程序的B单元为从机，A单元和B单元经配对后协同工作，在A单元中做出故障电弧检测结果的判断。
更进一步地，所述Ai程序流程为：
step1：初始化A单元的运行定值，运行定值包括T1max、T2max、tDelay参数；
step2：A单元载波通信计数器T1清零；
step3：向B单元发送“查询指令1”；等待时间tDelay秒之后，变量T1自增一次；检查接收缓存中的“应答数据1”；
step4：判断是否满足“T1>T1max”和“未接收到有效应答数据1”同时成立，如果是，执行step5，否则，执行step10；
step5：A单元的无线通信计数器T2清零；
step6：启动无线通信，向B单元发送“查询指令2”；变量T2自增一次；检查接收缓存中的应答数据2；
step7：判断是否“接收到有效应答数据2”，如果是，执行step8，否则，执行step11；
step8：解析接收到的有效“应答数据2”，判断是否满足“VA>VB”，其中VA为A单元的基波电压有效值，VB为B单元的基波电压有效值，如果是，执行step9，否则，执行step1；
step9：程序得出发生“电弧故障”结论，向断路器发出跳闸指令，程序结束；
step10：判断是否“接收到有效应答数据1”，如果是，执行step2，否则，执行Step3；
step11：判断是否满足“T2>T2max”，如果是，执行step12，否则，执行step6；
step12：程序得出发生“线路断线”结论，程序结束。
更进一步地，所述Bi程序流程为：
step'1：初始化B单元的运行定值，运行定值包括参数K1max、K2max、tDelay1、tDelay2、M、存储数组Array1和Array2；
step'2：B单元载波通信计数器K1清零；
step'3：启动电力线载波通信接收“查询指令1”；延时等待时间tDelay秒之后，变量K1自增一次；将接收到的数据存放在存储数组Array1中；
step'4：判断是否满足“K1>K1max且载波未接收到查询指令1”；如果是，执行step'5；否则，执行step'10；
step'5：B单元无线通信计数器K2清零；
step'6：启动无线通信接收“查询指令2”；等待时间tDelay1秒之后，变量K2自增一次；将接收到的数据存放在存储数组Array2中；
step'7：判断是否满足“接收到查询指令2”，如果是，执行step'8，否则，执行step'11；
step'8：向A单元每间隔tDelay2发送1次“应答数据2”，共发M次，程序结束；
step'9：向A单元发送有效“应答数据1”；
step'10：判断是否满足“载波接收到查询指令1”如果是，执行step'9，否则，执行step'3；
step'11：判断是否满足“K2>K2max”，如果是，执行step'1，否则，执行step'6。
更进一步地，“查询指令1”的语义构成为：A-4A2-C0F-FFE-CRC，A代表A单元的设备类型，4A2代表A单元的设备ID为1186，C0F代表B单元的ID为3087，FFE代表配对密码为4094，CRC代表校验码。
更进一步地，“查询指令2”的语义构成为：A-4A2-C0F-01-FFE-CRC，A代表A单元的设备类型，4A2代表A单元的设备ID为1186，C0F代表B单元的ID为3087，01为询问数据类型为基波电压有效值，FFE代表配对密码为4094，CRC代表校验码。
更进一步地，“应答数据1”的语义构成为：B-4A2-C0F-FFE-CRC，B代表B单元的设备类型，4A2代表A单元的设备ID为1186，C0F代表B单元的ID为3087，FFE代表配对密码为4094，CRC代表校验码。
更进一步地，“应答数据2”的语义构成为：B-4A2-C0F-8FA-FFE-CRC，B代表B单元的设备类型，4A2代表A单元的设备ID为1186，C0F代表B单元的ID为3087，8FA代表应答基波电压有效值数据为229.8V，FFE代表配对密码为4094，CRC为校验码。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
通过所述发明方法，可解决配电网电弧检测存在的安装位置受限、抗噪声干扰性差、有效信号难以辨识等问题，提高了抗噪声干扰性和电弧故障检测的精度，有效检测长距离供电线路中A单元和B单元之间的故障电弧。
附图说明
图1是本发明中的故障电弧保护装置拓扑结构示意图；
图2 是本发明中Ai单元和Bi单元的程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本发明的限制。
本发明中的程序虽然用步骤进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了判断过程及处理结果，否则步骤的相对次序是可以调整的。
一种配电网故障电弧检测装置，如图1所示，包括A单元和B单元，其方法包括A单元中运行的Ai程序和B单元中运行的Bi程序，A单元和B单元经配对后协同工作。
A、B单元均由电源模块、PLC电力线载波通信模块、采样模块、无线通信模块和主控制器组成，A单元的主控制器连接有驱动断路器跳闸的输出信号接口。其中：电源模块为装置运行提供电能支撑；PLC电力线载波通信模块与主控制器相连通，以实现电力线载波信号和装置主控制器信号的双向透传；主控制器内置故障电弧检测算法，是配电网故障电弧检测装置的控制中心，A单元运行Ai程序，B单元运行Bi程序，A单元和B单元经配对后协同工作；采样模块集电压采集、滤波、高精度计算功能于一体，将采样数据送至主控制器；无线通信模块连接主控制器和互联网。
电源模块采用带有隔离功能的AC/DC、DC/DC两部分组成，为装置运行提供电能支撑，通用方式为市电通过交直流变换得到12V的直流电源，再利用电压管理芯片或隔离电源模块变压得到5V和3.3V的直流电源。
PLC电力线载波通信模块通过调制解调器实现电力线载波信号和装置主控制器信号的双向透传，根据对安全性的要求，可以在透穿数据中进行加密处理。
采样模块集电压采集、滤波、高精度计算功能于一体，可利用FPGA、DSP等技术予以实现。
无线通信模块利用高速率、远距离、抗干扰能力强的无线通信技术，如ZigBee、Wi-Fi，4G、5G等。
主控制器以运行Ai程序的A单元为主机，以运行Bi程序的B单元为从机，A单元和B单元经配对后协同工作，在A单元中做出故障电弧检测结果的判断。主控制器的硬件采用高性能的DSP或者ARM。
如图2所示，A单元中运行的Ai程序，其流程为：
step1：初始化A单元的运行定值T1max、T2max、tDelay等参数；
step2：A单元载波通信计数器T1清零；
step3：向B单元发送“查询指令1”；等待时间tDelay秒之后，变量T1自增一次；检查接收缓存中的“应答数据1”；
step4：判断是否满足“T1>T1max”和“未接收到有效应答数据1”同时成立，如果是，执行step5，否则，执行step10；
step5：A单元的无线通信计数器T2清零；
step6：启动无线通信，向B单元发送“查询指令2”；变量T2自增一次；检查接收缓存中的应答数据2；
step7：判断是否“接收到有效应答数据2”，如果是，执行step8，否则，执行step11；
step8：解析接收到的有效“应答数据2”，判断是否满足“VA>VB”，其中VA为A单元的基波电压有效值，VB为B单元的基波电压有效值，如果是，执行step9，否则，执行step1；
step9：程序得出发生“电弧故障”结论，向断路器发出跳闸指令，程序结束；
step10：判断是否“接收到有效应答数据1”，如果是，执行step2，否则，执行step3；
step11：判断是否满足“T2>T2max”，如果是，执行step12，否则，执行step6；
step12：程序得出发生“线路断线”结论，程序结束。
B单元中运行的Bi程序，其流程为：
step'1：初始化B单元的运行定值，运行定值包括参数K1max、K2max、tDelay1、tDelay2、M、存储数组Array1和Array2；
step'2：B单元载波通信计数器K1清零；
step'3：启动电力线载波通信接收“查询指令1”；延时等待时间tDelay秒之后，变量K1自增一次；将接收到的数据存放在存储数组Array1中；
step'4：判断是否满足“K1>K1max且载波未接收到查询指令1”，如果是，执行step'5，否则，执行step'10；
step'5：B单元无线通信计数器K2清零；
step'6：启动无线通信接收“查询指令2”；等待时间tDelay1秒之后，变量K2自增一次；将接收到的数据存放在存储数组Array2中；
step'7：判断是否满足“接收到查询指令2”，如果是，执行step'8，否则，执行step'11；
step'8：向A单元每间隔tDelay2发送1次“应答数据2”，共发M次，程序结束；
step'9：向A单元发送有效“应答数据1”；
step'10：判断是否满足“载波接收到查询指令1”如果是，执行step'9，否则，执行step'3；
step'11：判断是否满足“K2>K2max”，如果是，执行step'1，否则，执行step'6。
“查询指令1”的语义构成为：A-4A2-C0F-FFE-CRC，A代表A单元的设备类型，4A2代表A单元的设备ID为1186，C0F代表B单元的ID为3087，FFE代表配对密码为4094，CRC代表校验码。
“查询指令2”的语义构成为：A-4A2-C0F-01-FFE-CRC，A代表A单元的设备类型，4A2代表A单元的设备ID为1186，C0F代表B单元的ID为3087，01为询问数据类型为基波电压有效值，FFE代表配对密码为4094，CRC代表校验码。
“应答数据1”的语义构成为：B-4A2-C0F-FFE-CRC，B代表B单元的设备类型，4A2代表A单元的设备ID为1186，C0F代表B单元的ID为3087，FFE代表配对密码为4094，CRC代表校验码。
“应答数据2”的语义构成为：B-4A2-C0F-8FA-FFE-CRC，B代表B单元的设备类型，4A2代表A单元的设备ID为1186，C0F代表B单元的ID为3087，8FA代表应答基波电压有效值数据为229.8V，FFE代表配对密码为4094，CRC为校验码。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种配电网故障电弧检测装置，其特征在于：包括A单元和B单元，所述A、B单元均包括电源模块、PLC电力线载波通信模块、采样模块、无线通信模块和主控制器，其中A单元连接有驱动断路器跳闸的输出信号接口；
所述电源模块为装置运行提供电能支撑；采样模块集电压采集、滤波、计算功能于一体，将采样数据送至主控制器；PLC电力线载波通信模块实现电力线载波信号和装置主控制器信号的双向透传；无线通信模块用于通信连接互联网和主控制器；
所述主控制器内置故障电弧检测算法，A单元运行Ai程序，B单元运行Bi程序，A单元和B单元经配对后协同工作；
所述Ai程序流程为：
step1：初始化A单元的运行定值，运行定值包括T1max、T2max、tDelay参数；
step2：A单元载波通信计数器T1清零；
step3：向B单元发送“查询指令1”；等待时间tDelay秒之后，变量T1自增一次；检查接收缓存中的“应答数据1”；
step4：判断是否满足“T1>T1max”和“未接收到有效应答数据1”同时成立，如果是，执行step5，否则，执行step10；
step5：A单元的无线通信计数器T2清零；
step6：启动无线通信，向B单元发送“查询指令2”；变量T2自增一次；检查接收缓存中的应答数据2；
step7：判断是否“接收到有效应答数据2”，如果是，执行step8，否则，执行step11；
step8：解析接收到的有效“应答数据2”，判断是否满足“VA>VB”，其中VA为A单元的基波电压有效值，VB为B单元的基波电压有效值，如果是，执行step9，否则，执行step1；
step9：程序得出发生“电弧故障”结论，向断路器发出跳闸指令，程序结束；
step10：判断是否“接收到有效应答数据1”，如果是，执行step2，否则，执行Step3；
step11：判断是否满足“T2>T2max”，如果是，执行step12，否则，执行step6；
step12：程序得出发生“线路断线”结论，程序结束；
所述Bi程序流程为：
step'1：初始化B单元的运行定值，运行定值包括参数K1max、K2max、tDelay1、tDelay2、M、存储数组Array1和Array2；
step'2：B单元载波通信计数器K1清零；
step'3：启动电力线载波通信接收“查询指令1”；延时等待时间tDelay秒之后，变量K1自增一次；将接收到的数据存放在存储数组Array1中；
step'4：判断是否满足“K1>K1max且载波未接收到查询指令1”；如果是，执行step'5；否则，执行step'10；
step'5：B单元无线通信计数器K2清零；
step'6：启动无线通信接收“查询指令2”；等待时间tDelay1秒之后，变量K2自增一次；将接收到的数据存放在存储数组Array2中；
step'7：判断是否满足“接收到查询指令2”，如果是，执行step'8，否则，执行step'11；
step'8：向A单元每间隔tDelay2发送1次“应答数据2”，共发M次，程序结束；
step'9：向A单元发送有效“应答数据1”；
step'10：判断是否满足“载波接收到查询指令1”如果是，执行step'9，否则，执行step'3；
step'11：判断是否满足“K2>K2max”，如果是，执行step'1，否则，执行step'6。
2.根据权利要求1所述的一种配电网故障电弧检测装置，其特征在于：所述电源模块包括带有隔离功能的AC/DC、DC/DC部分。
3.根据权利要求1所述的一种配电网故障电弧检测装置，其特征在于：所述无线通信模块利用高速率、远距离、抗干扰能力强的无线通信技术。
4.根据权利要求1或2所述的一种配电网故障电弧检测装置，其特征在于：主控制器以运行Ai程序的A单元为主机，以运行Bi程序的B单元为从机，A单元和B单元经配对后协同工作，在A单元中做出故障电弧检测结果的判断。
5.根据权利要求1所述的一种配电网故障电弧检测装置，其特征在于：“查询指令1”的语义构成为：A-4A2-C0F-FFE-CRC，A代表A单元的设备类型，4A2代表A单元的设备ID为1186，C0F代表B单元的ID为3087，FFE代表配对密码为4094，CRC代表校验码。
6.根据权利要求1所述的一种配电网故障电弧检测装置，其特征在于：“查询指令2”的语义构成为：A-4A2-C0F-01-FFE-CRC，A代表A单元的设备类型，4A2代表A单元的设备ID为1186，C0F代表B单元的ID为3087，01为询问数据类型为基波电压有效值，FFE代表配对密码为4094，CRC代表校验码。
7.根据权利要求1所述的一种配电网故障电弧检测装置，其特征在于：“应答数据1”的语义构成为：B-4A2-C0F-FFE-CRC，B代表B单元的设备类型，4A2代表A单元的设备ID为1186，C0F代表B单元的ID为3087，FFE代表配对密码为4094，CRC代表校验码。
8.根据权利要求1所述的一种配电网故障电弧检测装置，其特征在于：“应答数据2”的语义构成为：B-4A2-C0F-8FA-FFE-CRC，B代表B单元的设备类型，4A2代表A单元的设备ID为1186，C0F代表B单元的ID为3087，8FA代表应答基波电压有效值数据为229.8V，FFE代表配对密码为4094，CRC为校验码。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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