电气火灾成因分析系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能家居领域，特别涉及一种应用于家庭电网的电气火灾成因分析方法。
【背景技术】
[0002]电气火灾一般是指由于电气线路、用电设备、器具以及供配电设备出现故障性释放的热能；如高温、电弧、电火花以及非故障性释放的能量，在具备燃烧条件下引燃本体或其他可燃物而造成的火灾。在日常生活中，电气火灾的发生主要来自家庭配电线路出现线路松动及绝缘层破损，以及家用电器的电源线或其内部线路因长时间过载运行、绝缘老化等情况，导致故障电弧的发生，其通常伴随着电极的局部高温溅射，从而点燃附近的易燃物引发火灾。
[0003]现有的家庭中采用的电气火灾的预防手段通常为熔断器或漏电断路器，而即使
0.5A左右的电流产生的故障电弧温度就足以达到2000至3000°C，能引燃任何可燃物，且电弧维持电压低至20V时仍能稳定存在。产生故障电弧时，由于电流强度小，远低于漏电断路器、熔断器等过流保护装置的预设值，得不到有效保护，致使故障电弧引发的火灾隐蔽性强。
[0004]现今智能家居越来越普遍，各户家庭的智能化程度越来越高，各类电器产品家家必备，如何有效分析电气火灾成因，提高用电安全成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的一在于提供一种电气火灾成因分析方法，用于分析电气火灾成因，提尚用电安全。
[0006]本发明的目的二在于提供一种电气火灾成因分析系统，用于分析电气火灾成因，提尚用电安全。
[0007]本发明的上述目的一是通过以下技术方案得以实现的:
一种火灾成因分析方法，
通过主干路信号采集模块实时采集主干路电流波形，提取至少包含主干路电流的相位和频率的主干路电参量；
通过在每个用于连接负载的支路均独立配置支路信号采集模块实时采集负载电流波形，提取至少包含各支路的负载电流的有效值的支路电参量；
根据所述主干路电参量以及每一支路电参量中的负载电流的有效值生成分别对应于每一支路的负载的理想电流波形；
将负载电流波形的正/负半周波与对应于该负载的理想电流波形的相同正/负半周波对比得到匹配度P;
生成一与匹配度P呈负相关的第一分值X;
通过小波滤波器对主干路电流小波滤波后进行小波分析； 计算预设相位区间内突变信号的数量N，生成与数量N正相关的第二分值Y;
以第二分值Y与对应该第二分值Y的预设相位区间的中心点所在的正/负半周波对应的第一分值X求加权和得到第三分值Z，Z=qiX+q2Y，qAX的权重值，qAY的权重值；
若Z大于预设值，则判断存在故障电弧；
若Z小于预设值，则判断不存在故障电弧。
[0008]通过采用上述技术方案，由于故障电弧产生时，其电流波形每半个周期都存在电流接近为零的区域，称为平肩部，即电弧在电流过零前后存在一个熄灭和重燃的过程，基于此特性，若负载电流中产生故障电弧，则实际检测到的负载电流波形和理想电流波形势必不一致，可以得出负载电流波形与理想电流匹配度低，则存在故障电弧的可能性越高的结论，同时，在故障电弧产生时，同时伴随着高频谐波，因此通过小波分析，对电流波形分解和高频部分重构后，能反应出故障电弧电流的局部特征，其中突变信号能较好的反应这一点，结合实际检测的负载电流波形和理想电流波形对比，生成反应匹配度的第一分值X，根据计算突变信号数量生成第二分值Y，求加权和得到最终值Z用于比较判断是否存在故障电弧，能准确反映出是否因为故障电弧导致电气火灾，容错率较高，判断速度也较快。
[0009]进一步，匹配度P的计算方式为:取理想电流波形预设相位α的电流值为理想值I1,α不为电流过零点，取负载电流波形的相同预设相位α的电流值为实际值12，匹配度P=I2Au
[0010]进一步，预设相位α为过零点前/后15°。
[0011 ]进一步，匹配度P的计算方式为:计算理想电流波形正/负半周波与电流为O直线所围成的面积S1，计算负载电流波形相同正/负半周波与电流为O直线所围成的面积&，匹配度P= S2/ S1
[0012]进一步，面积S1、S2采用定积分法求得。
[0013]进一步，X=l/P。
[0014]进一步，预设相位区间为3个周期，第二分值Υ=Ν/4。
[0015]进一步，q1:q2=7:3。
[0016]进一步，在每一用于连接负载的支路均串接延时无触点开关模块，用于减少插接时产生的好弧干扰。
[0017]本发明的上述目的二是通过以下技术方案得以实现的:
一种火灾成因分析系统，包括
主干路信号采集模块，耦接于电网的主干路，用于实时采集主干路电流波形，提取至少包含主干路电流的相位和频率的主干路电参量；
每个用于连接负载的支路均独立配置的支路信号采集模块，用于实时采集负载电流波形，提取至少包含各支路的负载电流的有效值的支路电参量；
处理器，耦接主干路信号采集模块和所有支路信号采集模块，接收并根据所述主干路电参量以及每一支路电参量中的负载电流的有效值生成分别对应于每一支路的负载的理想电流波形，将负载电流波形的正/负半周波与对应于该负载的理想电流波形的相同正/负半周波对比得到匹配度P，生成一与匹配度P呈负相关的第一分值X;
小波滤波器，用于对主干路电流小波滤波后将其输送至处理器；
所述处理器对小波滤波后的主干路电流进行小波分析，计算预设相位区间内突变信号的数量N，生成与数量N正相关的第二分值Y，以第二分值Y与对应该第二分值Y的预设相位区间的中心点所在的正/负半周波对应的第一分值X作加权运算得到第三分值Z，Z=qiX+q2Y，qiSX的权重值，q2为Y的权重值，若Z大于预设值，则判断存在故障电弧，若Z小于预设值，则判断不存在故障电弧。
[0018]综上所述，本发明具有以下有益效果:电弧在电流过零前后存在一个熄灭和重燃的过程，平肩的存在使得电流每半个周期都有突变，同时故障电弧波形的顶峰存在高频谐波，为更加合理地判断是否有故障电弧产生，针对每个支路的负载实时采集负载电流波形和计算生成的理想电流波形对比匹配度，若存在故障电弧，则该匹配度将很低，若不存在故障电弧，则匹配度很高，以匹配度负相关地得到第一分值X，另一方面结合平肩的高峰存在高频谐波的特性，以实际分析出的突变信号数量生成第二分值Y，两者求加权和后判定故障电弧是否产生，能综合故障电弧产生时的特性合理判定故障电弧的产生，为预警、报警、保护提供了支持，提高用电安全。
【附图说明】
[0019]图1为实施例一的电路原理图；
图2为实施例一的支路信号采集模块及延时无触点开关模块的电路原理图；
图3为延时无触点开关模块的开关结合至插座时的结构示意图。
[0020]图4为实施例一的理想电流、负载电流、负载电流小波分解重构后的第二尺度波形图；
图5为实施例二的理想电流、负载电流、负载电流小波分解重构后的第二尺度波形图；图中，1、主干路信号采集模块;2、支路信号采集模块;3、延时无触点开关模块;31、延时电路;4、插座。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图对本发明作详细说明。
[0022]实施例一
如图1，一种火灾成因分析系统的电路原理图，图中示意了以市电为例的电网的电气火灾成因分析，主干路信号采集模块I包括电压传感器、电流传感器和剩余电流传感器，用于检测电网的主干路电流/电压，电压传感器、电流传感器和剩余电流传感器采集的信号均通过信号调理模块后传输至Α/D转换模块再输至处理器中，其中电流传感器的信号调理模块与Α/D转换模块之间还连接有小波滤波器，用于滤去白噪声和脉冲噪声，消除电流波形中存在的毛刺和小的突起，使波形变得更平滑，但保持故障电弧的信号特征，处理器提取主干路电压/电流的相位、频率、相位、平均值以及剩余电流等构成主干路电参量，其中主干路电流的相位和频率用于后续计算生成对应每一之路负载的理想电流波形。
[0023]每一用于连接负载的支路均独立配置支路信号采集模块2，支路信号采集模块2实时采集连接在该支路的负载的负载电流波形，并通过R485总线以及Α/D转换模块后传输至处理器。
[0024]参照图2，图2中具体地示意了支路信号采集模块2的电路原理，其中同样包括电压传感器、电流传感器以及剩余电流传感器，用于检测负载的电流/电压，电压传感器、电流传感器和剩余电流传感器采集的信号均通过信号调理模块后连接至RS485总线，处理器接收到后提取至少包含各支路的负载电流的有效值的支路电参量；由于负载电流波形的相位和频率与主干路电流波形的相位和频率一致，在得知负载电流的有效值的基础上，可以计算模拟出对应该支路的负载的理想电流波形。由此每一支路均有理想电流波形和负载电流波形两个成对的对比对象。
[0025]每一支路上还串联有延时无触点开关模块3，它包括交流固态继电器AC-SSR和延时电路31，交流固态继电器AC-SSR的交流端串接在火线L中，交流固态继电器AC-SSR的一控制端接电源VCCl，另一控制端接场效应管Q的漏极d，场效应管Q的源极s接地，其控制极g连接至电容C和电源VCC2的节点，电容C的另一端接地，电容C的两端还并联有触点开关S。
[0026]在负载启动或电气的插头插入插座4时，负载电流也含有与故障电弧波形相同的特征，例如，插头在接近插座4时产生的好弧对故障电弧的判断造成干扰，同时参照图2和图3，以插座4示例，插座4