一种开关插座回路异常的预警系统的制作方法

本发明涉及一种开关插座回路异常的预警系统，属于信号装置、指令发信装置与状态报警。

背景技术：

1、在建筑低压末端配电系统中，开关插座是末端用电回路的重要组成部分，其运行可靠性直接关系用电安全，现有用于开关插座回路故障监测和报警的装置，通常依靠断路器的过流保护、剩余电流保护，以及设置在壳体内部的单个热敏元件进行检测，当回路出现严重过载、接地漏电或者壳体温度明显升高时，再向终端发出报警信号，以实现基本的安全保护。

2、开关插座在频繁插拔和负荷反复发热的情况下，内部接线端子容易发生接触退化，进而造成接触电阻增大，并可能产生间歇性串联微电弧，这类早期异常通常较难发现，一方面，其工作电流并未超过过载阈值，也不存在对地泄漏通路，常规过流保护和剩余电流保护难以检测到；另一方面，等到焦耳热传导至热敏元件时，接线端子往往已经出现绝缘碳化，同时，终端回路接入的非线性设备在启停时还会产生瞬态电磁涌流，如若仅通过降低报警阈值以检测微弱放电，易将正常的负荷扰动误判为放电故障；如果只是增加热敏元件数量，在缺少环境温度参照的情况下，周围散热条件的变化仍会造成发信基准偏移，进而导致误报率增加且存在隐患漏报风险，为了弥补上述硬件传感层面的检测局限，现有技术尝试从信号分析算法层面提取电弧特征，例如，授权公告号为cn101696986b的中国发明专利公开了一种故障电弧检测方法及保护装置，通过对采样电流进行提升小波包分解以分离高频分量，并根据高频能量突变及电弧累计次数判断故障电弧进而驱动脱扣，然而，该类方法仅在电信号频域维度提取高频暂态特征，在开关插座接入大电容滤波等非线性负荷时，合闸瞬态电磁涌流同样会引发显著的高频能量突变，极易导致单一频域判据发生误动作。

3、因此，如何在背景电磁噪声和负荷动态变化的环境下，减少非线性负荷瞬态涌流引起的虚假告警，并在开关插座接触退化早期实现可靠的状态判断、分级声光报警和远程指令发信，成为本发明所要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明的技术方案如下：一种开关插座回路异常的预警系统，包括：

2、回路多维物理量传感模块，包括高频电流互感传感单元、工频电流采样单元、端子接触测温单元与环境基准测温单元，用于采集高频电流暂态信号、工频电流瞬时值、接线端子温度及壳体内环境基准温度；

3、物理特征提取与解耦模块，与回路多维物理量传感模块连接，用于在工频半周期内计算高频暂态能量均值，提取工频电流过零停滞时间占半周期时长的过零畸变率，并计算接线端子温度与壳体内环境基准温度之差作为端子相对温升梯度；

4、多维特征动态融合与状态仲裁模块，与物理特征提取与解耦模块连接，用于对高频暂态能量均值与端子相对温升梯度分别进行基于预设基准的上限饱和运算以生成高频暂态归一化异常度与温升梯度归一化异常度，并将高频暂态归一化异常度、温升梯度归一化异常度与过零畸变率加权融合生成封闭在0至1区间的综合异常预警指数，并在连续多个半周期内滑动平滑校验，结合预设报警阈值与迟滞回差量判定回路状态；

5、分级预警与指令发信模块，与多维特征动态融合与状态仲裁模块连接，包括就地声光指示单元、远程指令编码发送单元及级联脱扣触发单元，用于根据判定结果输出声光警报、远程预警报文或脱扣指令，并在综合异常预警指数回落至第一级报警阈值与迟滞回差量之差以下时复归正常状态。

6、优选的，高频电流互感传感单元与工频电流采样单元的采样频率设定为200khz；物理特征提取与解耦模块在每个工频半周期对应的10.0ms时长内获取2000个离散采样点，并提取各采样点的高频瞬时电流值；物理特征提取与解耦模块计算高频暂态能量均值时，对单个工频半周期内各采样点的高频瞬时电流值与预设的稳态背景高频噪声基底设定值0.001a之差进行平方运算，并对单个工频半周期内的2000个平方运算结果累加求均值。

7、优选的，工频电流采样单元在每个工频半周期内以电流极性反转零点为基准建立对称时间检测窗；物理特征提取与解耦模块提取过零畸变率时，在对称时间检测窗内累计工频电流瞬时值的绝对值持续低于预设微电弧熄弧阈值0.050a的停滞持续时间，并将停滞持续时间除以工频半周期时长10.0ms获得无量纲的过零畸变率。

8、优选的，端子接触测温单元采用微型薄膜热敏电阻，并设置于开关插座相线接线端子的导电金属片外侧；环境基准测温单元设置于开关插座底盒背部进线孔旁的空气对流隔腔内，且环境基准测温单元与端子接触测温单元之间的物理间距设定为25mm；物理特征提取与解耦模块将端子接触测温单元采集的接线端子温度减去环境基准测温单元采集的壳体内环境基准温度，生成表征接触电阻功耗的端子相对温升梯度。

9、优选的，多维特征动态融合与状态仲裁模块计算综合异常预警指数时，采用如下加权融合关系式：，其中为综合异常预警指数；为高频暂态能量均值；为预设的高频暂态基准参考能量，为高频暂态归一化异常度；为过零畸变率；为端子相对温升梯度；为预设的端子极限温升基准，为温升梯度归一化异常度；为高频暂态能量权重；为过零畸变权重；为温升梯度权重；、与均为无量纲常数且满足。

10、优选的，高频暂态能量权重的取值区间为0.35至0.45，过零畸变权重的取值区间为0.30至0.40，温升梯度权重的取值区间为0.20至0.30；预设的高频暂态基准参考能量的取值区间为0.040至0.060；预设的端子极限温升基准的取值区间为12.0℃至18.0℃。

11、优选的，多维特征动态融合与状态仲裁模块配置有连续3至5个工频半周期的滑动时间窗滤波逻辑；在开关插座接入大电容滤波非线性负荷引发合闸高频暂态能量突增且首个工频半周期内的综合异常预警指数超过第一级报警阈值时，多维特征动态融合与状态仲裁模块在后续工频半周期内持续对综合异常预警指数进行滑动平滑校验；当高频暂态能量随电容充电完成而衰减并使后续工频半周期内的综合异常预警指数回落至第一级报警阈值以下时，判定为非故障性瞬态扰动并保持静息；当连续3至5个工频半周期内的综合异常预警指数均达到对应阈值时，锁定状态判定结果并启动发信。

12、优选的，多维特征动态融合与状态仲裁模块设置有结合迟滞回差的分级状态判定逻辑：当综合异常预警指数小于第一级报警阈值时，判定回路处于正常运行状态；当综合异常预警指数大于或等于第一级报警阈值且小于第二级报警阈值、并持续满足滑动时间窗平滑校验判定时，判定回路存在接触退化隐患并输出一级预警发信指令；当综合异常预警指数大于或等于第二级报警阈值、并持续满足滑动时间窗平滑校验判定时，判定回路发生持续串联故障电弧与过热异常并输出二级紧急报警发信指令；其中第一级报警阈值的取值区间为0.25至0.35，第二级报警阈值的取值区间为0.50至0.60，迟滞回差量的取值区间为0.02至0.05。

13、优选的，分级预警与指令发信模块响应于一级预警发信指令时，驱动就地声光指示单元中的黄色发光二极管闪烁，并通过远程指令编码发送单元向配电监控终端发送携带插座物理地址码、综合异常预警指数以及接线端子温度读数的预防性维护报文；分级预警与指令发信模块响应于二级紧急报警发信指令时，驱动就地声光指示单元中的红色发光二极管以4.0hz频率频闪，驱动就地声光指示单元中的蜂鸣器发出声压级大于80db的断续警报音，通过远程指令编码发送单元广播遥测告警报文，并向级联脱扣触发单元输出电平脉冲以在20.0ms内断开插座回路进线触点。

14、优选的，端子接触测温单元设置于氧化铝陶瓷导热绝缘基板上，并通过耐高温导热胶贴合固定于接线端子导电金属片根部的外侧表面；环境基准测温单元悬空固定于空气对流隔腔内侧的百叶对流孔处，通过开关插座壳体内部的物理隔板阻断来自接线端子导电金属片的热辐射，隔离接线端子焦耳热向环境基准测温单元所在测温区域的热传导扩散。

15、相比于现有技术，本发明的有益效果是：

16、1、在开关插座回路异常的预警中，同时利用高频暂态能量均值、过零畸变率和端子相对温升梯度对开关插座回路状态进行判断，使正常负荷启停产生的瞬态电磁涌流与接触退化、间歇性串联放电所产生的持续异常更容易区分，对于仅在短时间内出现的负荷扰动，不易因单一信号突增而造成误报警；而当接线端子出现真实接触退化时，多种异常特征能够共同反映故障变化，使综合异常预警指数及时反映异常程度，从而减少正常负荷扰动引起的误发信，并提高对早期接触隐患的发现能力；同时，本发明对高频暂态能量均值与端子相对温升梯度引入上限饱和运算进行归一化映射，使其与处于0至1区间的过零畸变率统一定标，从算法结构与数学理论上确保综合异常预警指数封闭在0至1的基准区间内，消除了极端单维扰动对多维权重的数值淹没效应，保证了分级状态仲裁的理论可靠性。

17、2、本发明将端子接触测温单元与环境基准测温单元分开布置，使接线端子的实际发热能够以壳体内环境温度作为参照，减小环境温度变化和壳体热惯性对测温结果的影响，由此得到的端子相对温升梯度能够更直接地反映接触电阻增大造成的发热情况，减少季节变化及周围散热条件变化造成的温度基准漂移，同时，温升信息还能够与高频电流及工频电流过零特征相互印证，为回路异常判断提供更加稳定、可靠的温度依据。

18、3、本发明通过连续多个工频半周期的滑动平滑校验，并在状态复归时采用迟滞回差，使短时间出现的尖峰扰动不会轻易触发报警，对于大容量滤波电容合闸等形成的瞬态变化，由于异常状态不能持续满足判定条件，系统能够保持原有状态，减少瞬态冲击造成的误发信；对于真实微放电引起的持续异常，迟滞回差能够避免综合异常预警指数在报警阈值附近波动时反复切换状态，从而提高报警状态的稳定性，并降低虚假发信以及级联脱扣触发单元误动作的风险。