[發明專利]一種直流故障電弧檢測及保護裝置

有效

• 申請號: 201811327109.0
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109239558B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 熊蘭;鐘培文;曾澤宇;李春來;楊軍;楊子康;范禹邑;劉璇
• 申請（專利權）人: 重慶大學;國網青海省電力公司;國網青海省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;H02H3/00;H02H1/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

1.一種直流故障電弧檢測及保護裝置，其特征在于：該裝置包括高頻電流互感器、霍爾電流傳感器、放大器、帶通濾波器、高精度ADC、數字信號處理器DSP和IGBT斷路器；

其中，霍爾電流傳感器的輸出端與數字信號處理器的輸入端相連，高頻電流互感器的輸出端與放大器的輸入端相連，放大器的輸出端連接帶通濾波器的輸入端，帶通濾波器的輸出端與AD采樣電路的輸入端相連，AD采樣電路的輸出端連接數字信號處理器的輸入端，數字信號處理器DSP的輸出端與IGBT斷路器相連；

電流信號通過高頻電流互感器耦合出高頻電流分量，經放大器放大10倍后通過帶通濾波器，再由ADC對信號進行采樣，并將信號傳遞給DSP進行算法處理，霍爾電流傳感器將檢測到的直流電流值傳遞給DSP進行動態閾值計算，檢測到電弧產生后通過斷路器斷開電弧以實現保護；

所述檢測的流程為：

程序開始后對電流進行采樣，每次采樣1024點數據作為序列i；

對序列i進行預處理，即為序列i加漢寧窗；

對加窗后序列進行FFT變換得到頻域序列j；

分別對序列j中位于頻段1和頻段2間的數據進行快速排序，再分別去掉兩組排序結果中最大5個值和最小5個值，對剩下的65點數據計算平均值，分別得到均值p1和p2；并對計算結果進行加權，得到結果p；

p＝p1×0.6+p2×0.4 (1)

將p存入FIFO數組q，并保持FIFO數組長度為5；并計算歷史5次結果加權和，加權方式見式(2)；

若結果大于設定閾值，則認定為檢測到電弧；控制器立即通過GPIO輸出控制電平，斷開斷路器；

設FIFO最新值為q0，歷史依次值為q1、q2、q3、q4，則加權結果a為：

a＝q0×0.4+q1×0.2+q2×0.2+q3×0.1+q4×0.1 (2)

若采用固定的閾值進行電弧檢測，可能會出現誤判或者漏判的情況，為提高檢測靈敏度以及提高檢測系統魯棒性，引入動態閾值算法；

檢測算法閾值和支路直流電流強度具有正相關關系；

采用一次函數的關系，來動態的確定檢測閾值；確定關系式為：

T＝5*I+255 (3)

每次采樣高頻分量數據前首先采樣一次支路電流值，計算動態閾值，然后運行檢測算法；

所述檢測算法閾值和支路直流電流強度具有正相關關系具體為：

當支路電流為2A時，最佳閾值為265；

當支路電流為3A時，最佳閾值為270；

當支路電流為4A時，最佳閾值為276；

當支路電流為5A時，最佳閾值為281；

當支路電流為6A時，最佳閾值為285；

當支路電流為7A時，最佳閾值為292；

當支路電流為8A時，最佳閾值為299。

2.根據權利要求1所述的一種直流故障電弧檢測及保護裝置，其特征在于：所述斷路器為IGBT結構的固態繼電器，沒有機械觸點，通斷過程不會產生電弧。

3.根據權利要求1所述的一種直流故障電弧檢測及保護裝置，其特征在于：所述高頻電流互感器的型號為PA3655，線圈匝數比為1:200，通頻帶為50kHz-500kHz；

所述放大器為精密運算放大器，用于對耦合后的信號放大10倍后再進入濾波器，以提高信噪比。

4.根據權利要求1所述的一種直流故障電弧檢測及保護裝置，其特征在于：所述帶通濾波器為十階巴特沃斯帶通濾波器，中心頻率為65kHz，-3dB通帶為30kHz，-40dB阻帶為80kHz，通帶增益為20dB。

5.根據權利要求1所述的一種直流故障電弧檢測及保護裝置，其特征在于：所述高精度ADC為TI公司高精度16位精密ADC芯片SM73201，采樣率達250kHz。

6.根據權利要求1所述的一種直流故障電弧檢測及保護裝置，其特征在于：所述數字信號處理器DSP為TMS320F28035處理器；控制系統采樣頻率f＝240kHz，經FFT后頻譜數據以f/2為界左右對稱，采用奈奎斯特采樣定律，對120kHz以內信號進行分析。