电弧故障识别能力试验分析装置及其试验分析方法

摘要

本发明涉及一种电弧故障识别能力试验分析装置及其试验分析方法，该装置包括上位机测控与分析模块、下位机、实现上位机测控与分析模块和下位机之间通信的通讯模块，所述下位机包括用于测试被测AFCI动作特性的AFCI动作特性测试模块和电子式测试模块；还包括一采集模块，用于接收所述AFCI动作特性测试模块发送的电弧故障信号，实现对电弧故障信号的调理、采集、转换和测量，并发送至所述上位机测控与分析模块进行处理，而后上位机测控与分析模块通过所述通讯模块实现与AFCI动作特性测试模块的数据交换。本发明具有自动监测以及报警功能、试验数据分析功能，极大的提高了电弧故障断路器的电弧故障识别能力分析速度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电弧故障识别能力试验分析装置及其试验分析方法。

背景技术

近年来，电气火灾发生起数和直接损失一直占据各类火灾原因的首位，而电气火灾中大部分是由短路、漏电、接触不良等电弧性故障造成的。在低压供配电系统中，故障电弧的成因主要分为两类，一类是沿着绝缘体部分导电表面，另一类是产生于非常接近的两个电极之间。前者由于绝缘体长期受热或发生偶然性电火花，造成绝缘表面碳化而形成电弧通道；后者由于带电导体触碰接地管道，或是电缆的绝缘被尖锐的金属划破。电弧故障主要分为串联电弧故障，并联电弧故障和接地电弧故障三类。接地电弧故障因与并联电弧故障特性相似，也可以归为并联电弧故障。由于传统的保护电器，如断路器、熔断器，剩余电流保护器，都无法有效的检测电弧故障，尤其是故障电流较小的串联电弧故障，因此无法遏制电弧故障引发的火灾。

电弧故障断路器（AFCI），又名电弧故障检测装置（AFDD）是新型的防火灾保护电器，具备电弧故障检测能力，可以在火灾发生之前切断电路，防范于未“燃”。目前，美国的通用电气，德国的西门子，法国的施耐德等公司已经有AFCI产品。但是，现有的电弧AFCI都存在漏检和误检等问题。美国制定的标准UL1699《电弧故障断路器》是检验AFCI的电弧故障检测性能的强制性标准。UL1699标准共有26项试验，除了常规断路器试验以外，还有三项检测AFCI电弧故障识别能力的试验，即误脱扣试验、电弧故障检测试验和操作抑制试验。其中，误脱扣试验用于检测AFCI在线路正常工作时是否会异常脱扣，其余两项试验都是通过模拟实际故障电弧，来检验AFCI的电弧识别性能。模拟实际故障电弧的方法有三种，第一种是利用碳棒和铜棒尖端放电产生故障电弧，第二种是碳化路径试验方法，第三种是点接触电弧试验方法。在所有故障电弧模拟发生方法中，最接近实际电弧故障情况的方法是碳化路径试验方法。碳化路径试验方法是通过高压碳化等方式，在试验电缆的绝缘表面形成碳化通道，进而产生故障电弧。采用碳化路径试验对故障电弧断路器进行试验和测试，是必须要进行的试验，同时碳化路径试验现象及波形数据是研究故障电弧检测技术重要的数据来源，也是行之有效的检验故障电弧断路器保护特性的重要手段。虽然，我国已经制定了故障电弧断路器的碳化路径试验标准和试验方法，但是，由于碳化路径试验过程复杂，含高电压回路测试系统安全系数差，再者高压碳化形成的碳化通道不稳定、符合要求的波形成功率低、采集困难，试验电缆燃烧时会产生大量二恶英、氯化氢、苯环等有毒物质，污染环境。由于上述种种原因导致了故障电弧碳化路径试验困难，急需研制一种智能控制、节能环保、操作方便、使用安全的故障电弧碳化路径试验分析装置。

而误脱扣试验，测试项目多达18项，每完成一项测试，就要更换试验负载并重新接线，因此试验费时、费力。本发明设计了上位机开放式的数据库和波形分析模块，将试验过程中的典型波形存储下来，并设计了故障波形输出模块，将典型波形经输出模块的处理后，直接输出到接有故障电弧断路器的系统中，以方便的判据故障电弧断路器的故障识别能力。

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发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自动监测以及报警功能、试验数据分析功能，极大提高了电弧故障断路器的电弧故障识别能力分析速度的电弧故障识别能力试验分析装置及其试验分析方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电弧故障识别能力试验分析装置，包括上位机测控与分析模块、下位机、实现上位机测控与分析模块和下位机之间通信的通讯模块，所述下位机包括用于测试被测AFCI动作特性的AFCI动作特性测试模块和电子式测试模块；还包括一采集模块，用于接收所述AFCI动作特性测试模块发送的电弧故障信号，实现对电弧故障信号的调理、采集、转换和测量，并发送至所述上位机测控与分析模块进行处理，而后上位机测控与分析模块通过所述通讯模块实现与AFCI动作特性测试模块的数据交换。

在本发明实施例中，所述上位机测控与分析模块包括一与所述通讯模块连接的人机交互模块及与该人机交互模块依次连接的数据处理与分析模块、数据读取模块、数据存储模块和电压波形数据库，所述数据存储模块还连接有一电流波形数据库，所述电压、电流波形数据库均连接至所述人机交互模块，所述电压、电流波形数据库还连接至所述电子式测试模块，所述数据读取模块还与所述采集模块连接；所述人机交互模块包括一人机交互界面。

在本发明实施例中，所述AFCI动作特性测试模块包括与所述通讯模块和采集模块连接的控制单元及与该控制单元连接的感光模块、火焰感测模块、驱动模块和脱扣感测模块，所述感光模块、火焰感测模块、驱动模块和脱扣感测模块均与一AFCI动作特性测试主电路连接，所述AFCI动作特性测试主电路还连接至所述采集模块。

在本发明实施例中，所述AFCI动作特性测试主电路包括被测AFCI、试验电缆、第一至第八开关、变压器、灯、第一至第二负载，所述第六、第七开关为双向开关；所述第一开关、变压器和试验电缆组成高压碳化电路，对试验电缆进行高压碳化；所述被测AFCI、第二、第三和第八开关、灯及试验电缆组成碳化判断电路，用于判断碳化是否完成；所述被测AFCI、第二、第四至第八开关、第一至第二负载及试验电缆组成试验电路，用于测试被测AFCI的电弧识别性能；所述被测AFCI、第六和第七开关、第一负载及第二负载组成误脱扣试验电路，用于检测被测AFCI在线路正常工作时是否会异常脱扣。

在本发明实施例中，所述第一负载为可调阻性负载，所述第二负载为标准中规定的相应负载，所述标准中规定的相应负载包括误脱扣试验标准规定的18种负载及屏蔽负载试验标准规定的5种负载。

在本发明实施例中，所述电子式测试模块包括分别与电压、电流波形数据库连接的第一及第二信号发生模块、低压大电流发生模块、额定电压大电流发生模块，所述第一信号发生模块与所述低压大电流发生模块连接，所述第二信号发生模块分别与所述低压大电流发生模块及额定电压大电流发生模块连接。

本发明还提供了一种基于上述所述的电弧故障识别能力试验分析装置的试验分析方法，包括如下步骤，

步骤S1：进行碳化路径试验，包括串联电弧故障碳化路径试验、并联电弧故障碳化路径试验和碳化路径引燃试验；

①串联电弧故障碳化路径试验：

（1）通过人机交互界面设置试验电流，准备试验电缆；

（2）AFCI动作特性测试模块上电，控制单元、感光模块、驱动模块同时上电，控制第一至第八开关断开；

（3）上位机测控与分析模块通过通讯模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：闭合第八开关，控制第六开关使得第一负载接入主电路；第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化；第一开关打开，第二、第三开关闭合，碳化判断电路工作，若灯亮，则碳化成功，并执行步骤（4）；若灯暗，则碳化失败，重新执行步骤（3）；所述碳化判断电路由被测AFCI、第二、第三和第八开关、灯及试验电缆组成；

（4）第三开关打开、第四开关闭合，使得灯从主电路切除，试验电缆与第一负载串联，并产生故障电弧信号，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；

（5）第二、第四开关在闭合设定时间后打开，同时，采集模块停止工作；

（6）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库；数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，确定被测AFCI的脱扣时间；若脱扣时间小于等于预定的脱扣时间，则判断被测AFCI合格；反之，不合格；

②并联电弧故障碳化路径试验：

（1）通过人机交互界面设置试验电流，准备试验电缆；

（2）上位机测控与分析模块通过通讯模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：控制第一至第八开关打开；第八开关闭合，控制第六开关使得第一负载接入主电路；第二开关打开，第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化，碳化时间为10秒；第一开关打开，第二、第四开关闭合，试验电流流经第八开关、被测AFCI、第二开关、试验电缆、第四开关、第六开关、第一负载，通电时间为10秒，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；

（3）第一、第二开关重复步骤（2）的开关时序，直至出现以下任一情况：试验时间达到5分钟、火焰传感模块检测到棉花着火、脱扣感测模块检测到被测AFCI脱扣或0.5秒内故障电流半波数大于等于8个；所述0.5秒内故障电流半波数由数据处理与分析模块进行计数；

（4）控制单元将被测AFCI的合分闸状态和火焰传感模块的数据通过通讯模块反馈给上位机测控与分析模块；

（5）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库；数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，计算0.5秒内故障电流半波数，当0.5秒内故障电流半波数达到8个的时候，若被测AFCI脱扣，则判断被测AFCI合格；反之，不合格；

③碳化路径引燃试验：

（1）通过人机交互界面设置试验电流，准备试验电缆；

（2）上位机测控与分析模块通过通讯模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：控制第一至第八开关打开；第八开关闭合，控制第六开关使得第一负载接入主电路；第二开关打开，第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化，碳化时间为10秒；第一开关打开，第二、第四开关闭合，试验电流流经第八开关、被测AFCI、第二开关、试验电缆、第四开关、第六开关、第一负载，通电时间为10秒，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；

（3）第一、第二开关重复步骤（2）的开关时序，直至出现以下任一情况：试验时间达5分钟、火焰传感模块检测到棉花着火、脱扣感测模块检测到被测AFCI脱扣；

（4）控制单元将被测AFCI的合分闸状态和火焰传感模块的数据通过通讯模块反馈给上位机测控与分析模块；

（5）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库；数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，判断AFCI的脱扣情况，若在棉花着火之前，被测AFCI脱扣，则AFCI合格；反之，不合格；

步骤S2：进行屏蔽负载试验，包括屏蔽负载电弧故障试验和带屏蔽负载的碳化路径引燃试验；

①屏蔽负载电弧故障试验：

（1）通过人机交互界面选择试验负载、设置试验电流，准备试验电缆；

（2）上位机测控与分析模块通过通讯模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：

进行干路故障试验：控制第一至第八开关打开；闭合第八开关，控制第六、第七开关使得第一、第二负载接入主电路，同时第一、第二负载并联后与试验电缆相连，第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化；第一开关打开，第二、第三开关闭合，碳化判断电路工作，若灯亮，则碳化成功；若灯暗，则碳化失败，需重新碳化；所述碳化判断电路由被测AFCI、第二、第三和第八开关、灯及试验电缆组成；第三开关打开、第四开关闭合，使得灯从主电路切除，第一、第二负载接入主电路，并产生故障电弧信号，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；第二、第四开关在闭合设定时间后打开，同时，采集模块停止工作；

进行第一支路故障试验：控制第一至第八开关打开；闭合第八开关，控制第六、第七开关使得第一、第二负载接入主电路，此时，第一负载与试验电缆相连、第二负载不与试验电缆相连，第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化；第一开关打开，第二、第三开关闭合，碳化判断电路工作，若灯亮，则碳化成功；若灯暗，则碳化失败，需重新碳化；所述碳化判断电路由被测AFCI、第二、第三和第八开关、灯及试验电缆组成；第三开关打开、第四开关闭合，使得灯从主电路切除，试验电缆与第一负载串联，并产生故障电弧信号，同时，采集模块开始采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；第二、第四开关在闭合设定时间后打开，同时，采集模块停止工作；

进行第二支路故障试验：进行第一支路故障试验：控制第一至第八开关打开；闭合第八开关，控制第六、第七开关使得第一、第二负载接入主电路，此时，第一负载不与试验电缆相连、第二负载与试验电缆相连，第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化；第一开关打开，第二、第三开关闭合，碳化判断电路工作，若灯亮，则碳化成功；若灯暗，则碳化失败，需重新碳化；所述碳化判断电路由被测AFCI、第二、第三和第八开关、灯及试验电缆组成；第三开关打开、第四开关闭合，使得灯从主电路切除，试验电缆与第二负载串联，并产生故障电弧信号，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；第二、第四开关在闭合设定时间后打开，同时，采集模块停止工作；

（3）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库；数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，确定被测AFCI的脱扣时间；若脱扣时间小于等于预定的脱扣时间，则判断被测AFCI合格；反之，不合格；

②带屏蔽负载的碳化路径引燃试验：

（1）通过人机交互界面选择试验负载、设置试验电流，准备试验电缆；

（2）上位机测控与分析模块通过通讯模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：控制第一至第八开关打开；第八开关闭合，控制第七开关使得第二负载接入主电路；第二开关打开，第一、第五开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化，碳化时间为10秒，同时第二负载正常工作；第一、第五开关打开，第二、第四开关闭合，试验电流流经第八开关、被测AFCI、第二开关、试验电缆、第四开关、第七开关、第二负载，通电时间为10秒，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；

（3）第一、第二、第五开关重复步骤（2）的开关时序，直至出现以下任一情况：试验时间达5分钟、火焰传感模块检测到棉花着火、脱扣感测模块检测到被测AFCI脱扣；

（4）控制单元将被测AFCI的合分闸状态和火焰传感模块的数据通过通讯模块反馈给上位机测控与分析模块；

（5）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库；数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，判断AFCI的脱扣情况，若在棉花着火之前，被测AFCI脱扣，则AFCI合格；反之，不合格；

步骤S3：进行误脱扣试验：

（1）上位机测试与分析模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：控制第一至第八开关打开，第八开关闭合，控制第七开关使得第二负载接入主电路，其中，控制第六开关，使得第一负载在手电钻多负载试验、荧光灯多负载试验时接入主电路，其余试验时第一负载不接入电路，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测试与分析模块的数据读取模块；

（2）达到设定阈值时间后，第七、第八开关打开，控制单元将被测AFCI的合分闸状态通过通讯模块反馈给上位机测试与分析模块；

（3）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库，上位机测试与分析模块判断AFCI的脱扣情况，若AFCI脱扣，则判定AFCI发生误脱扣现象，AFCI不合格；若AFCI没有脱扣，则AFCI合格。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明装置具有自动监测以及报警功能，提高了碳化路径试验的自动化程度和安全性，装置在棉花着火时，发出警报并自动切断主电路，不必手动断电，提高了试验的安全性，感光模块可以判断试验电缆是否碳化完成，脱扣感测模块可以自动判断试验过程中电弧故障断路器触头是否脱扣，不必人工观测；

2、本发明装置具有试验数据分析功能，数据处理与分析模块可以判断试验数据是否满足UL1699标准要求，并判断试验是否成功和被测电弧故障断路器是否合格，此外，数据处理与分析模块还可以分析试验电压电流波形的特征，包括谐波分布，零休时间，小波能量熵等；

3、依照标准，对碳化路径试验的三种测试主电路、误脱扣试验主电路和屏蔽负载试验主电路进行整合，设计了AFCI动作特性测试主电路，利用该主电路除了可以完成碳化路径各项测试，还可以完成误脱扣试验和屏蔽负载试验，从而简化了测试主电路的切换步骤，此外，装置为每一种试验负载装配了开关，并可以自动切换，方便试验负载的替换，提高测试效率；

4、可以对已存储的试验电压电流波形数据进行处理，并通过电子式测试模块实现波形还原，从而方便、快捷地测试AFCI的性能，大幅度提高测试效率。

附图说明

图1为本发明电弧故障识别能力试验分析装置的整体原理框图。

图2为本发明AFCI动作特性测试主电路原理示意图。

图3为电弧故障发生位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1所示，本发明的电弧故障识别能力试验分析装置包括上位机测控与分析模块，下位机的电弧故障断路器AFCI（Arc Fault Circuit Interrupters）动作特性测试模块和电子式测试模块几个部分。通讯模块和采集模块建立上下位机的连接与通信。AFCI动作特性测试模块和电子式测试模块用于测试被测AFCI的动作特性；采样模块接收AFCI动作特性测试模块发送的电弧故障信号，实现对电弧故障信号的调理、采集、转换和测量，并发送给上位机测控与分析模块；上位机测控与分析模块对试验波形数据的处理、分析、存储、输出，并通过通讯模块实现与AFCI动作特性测试模块的数据交换。

本实施例中，所述上位机测控与分析模块包括一与所述通讯模块连接的人机交互模块（该人机交互模块包括一用于人机交互的人机交互界面）及与该人机交互模块依次连接的数据处理与分析模块、数据读取模块、数据存储模块和电压波形数据库，所述数据存储模块还连接有一电流波形数据库，所述电压、电流波形数据库均连接至所述人机交互模块，所电压、电流波形数据库还连接至所述电子式测试模块，所述数据读取模块还与所述采集模块连接。所述AFCI动作特性测试模块包括与所述通讯模块和采集模块连接的控制单元及与该控制单元连接的感光模块、火焰感测模块、驱动模块和脱扣感测模块，所述感光模块、火焰感测模块、驱动模块和脱扣感测模块均与一AFCI动作特性测试主电路连接，所述AFCI动作特性测试主电路还连接至所述采集模块。所述电子式测试模块包括分别与电压、电流波形数据库连接的第一及第二信号发生模块、低压大电流发生模块、额定电压大电流发生模块，所述第一信号发生模块与所述低压大电流发生模块连接，所述第二信号发生模块分别与所述低压大电流发生模块及额定电压大电流发生模块连接。

AFCI动作特性测试主电路如图2所示，开关S1、变压器T1和试验电缆组成高压碳化电路，对试验电缆进行高压碳化，所述变压器T1二次侧输出电压为15kV，二次侧输出短路电流为30mA；被测AFCI、开关S2、S3、S8灯泡L1、试验电缆组成碳化判断电路，用于判断碳化是否完成；被测AFCI、开关S2、S4、S5、S6、S7、S8第一负载Z1、第二负载Z2、试验电缆组成试验电路，用于测试AFCI的电弧识别性能；被测AFCI、开关S6、S7、第一负载Z1、第二负载Z2组成误脱扣试验电路，用于检测AFCI在线路正常工作时是否会异常脱扣。所述第一负载为可调阻性负载，所述第二负载为标准中规定的相应负载（误脱扣试验标准规定有18种不同负载，如真空吸尘器、荧光灯、电容启动电动机、开关电源、电子调光灯、手电钻、双金属装置、电风扇、空气净化器等；屏蔽负载试验标准规定有5种负载：真空吸尘器、荧光灯、电容启动电动机、开关电源、电子调光灯）。

电弧故障发生位置示意图如图3所示，屏蔽负载试验中电弧故障发生位置有三种，即干路故障、支路1故障和支路2故障。

本发明的电弧故障识别能力试验分析装置的工作原理如下：

分别对AFCI动作特性测试相关的三项试验的工作原理和波形数据库工作原理进行详细描述。所述三项试验为碳化路径试验、屏蔽负载试验和误脱扣试验，进行这三项试验时，电子式测试模块不工作。

一、碳化路径试验

碳化路径试验方法是通过高压碳化的方式，在试验电缆的绝缘表面形成碳化通道，进而产生故障电弧，被测AFCI必须在规定时间内切断线路。碳化路径试验共有三项测试，即串联电弧故障碳化路径试验、并联电弧故障碳化路径试验、碳化路径引燃试验。以下分别对这三项测试进行详细描述。

1、串联电弧故障碳化路径试验

（1）通过人机交互界面选择串联电弧故障碳化路径试验，设置试验电流，准备试验电缆；

（2）AFCI动作特性测试模块上电，控制单元、感光模块、驱动模块同时上电，开关S1~S8都处于断开状态；

（3）上位机通过通讯模块发出工作指令控制开关时序：闭合开关S8，双向开关S6打向“右”从而将第一负载Z1接入主电路；开关S1 闭合，变压器T1对试验电缆进行碳化；开关S1打开，开关S2、S3闭合，电流流经开关S8、AFCI、开关S2、试验电缆、开关S3、灯泡L1，如果泡L1亮，则碳化成功，如果灯泡L1不亮，则碳化失败，需重新碳化；

（4）碳化成功则开关S3打开、开关S4闭合，灯泡L1从主电路切除，第一负载Z1接入主电路，同时，采样模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；

（5）开关S2、S4在闭合指定时间后打开，同时，采集模块停止工作；

（6）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库。数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，确定被测AFCI的脱扣时间。若脱扣时间小于等于标准规定的脱扣时间，则判断被测AFCI合格；反之，不合格。

2、并联电弧故障碳化路径试验

（1）通过人机交互界面选择并联电弧故障碳化路径试验，设置试验电流，准备试验电缆；

（2）启动试验回路，通过控制单元控制各开关时序：闭合开关S8，双向开关S6打向“右”从而将第一负载Z1接入主电路；开关S2打开，开关S1闭合，变压器T1对试验电缆进行碳化，碳化时间为10秒；开关S1打开，开关S2、S4闭合，试验电流流经开关S8、被测AFCI、开关S2、试验电缆、开关S4、开关S6、第一负载Z1，通电时间为10秒；采样模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机的数据读取模块；

（3）开关S1、S2重复步骤（2）的开关时序，直至出现以下任一情况：试验时间达到5分钟、火焰传感模块检测到棉花着火、脱扣感测模块检测到被测AFCI脱扣、0.5秒内故障电流半波数大于等于8个，所述0.5秒内故障电流半波数由数据处理与分析模块进行计数。

（4）控制单元将被测AFCI的合分闸状态和火焰传感模块的数据通过通讯模块反馈给上位机；

（5）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库。数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，计算0.5秒内故障电流半波数，当0.5秒内故障电流半波数达到8个的时候，若被测AFCI脱扣，则判断被测AFCI合格；若被测AFCI没有脱扣，则判断被测AFCI不合格。

3、碳化路径引燃试验

（1）通过人机交互界面选择碳化路径引燃试验，并设置试验电流，准备试验电缆；

（2）上位机发出工作指令，控制单元根据指令控制各开关工作：闭合开关S8，双向开关S6打向“右”从而将第一负载Z1接入主电路；开关S2打开，开关S1闭合，变压器T1对试验电缆进行碳化，碳化时间为10S；开关S1打开，开关S2、S4闭合，试验电流流经开关S8、AFCI、开关S2、试验电缆、开关S4、开关S7、第二负载Z2。通电时间为10S，同时，采样模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机的数据读取模块；

（3）开关S1、S2重复步骤（2）的开关时序，直至出现以下任一情况：试验时间达5分钟、火焰传感模块检测到棉花着火、脱扣感测模块检测到被测AFCI脱扣；

（4）控制单元将被测AFCI的合分闸状态和火焰传感模块的数据通过通讯模块反馈给上位机；

（5）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库。数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，判断AFCI的脱扣情况，若在棉花着火之前，被测AFCI脱扣，则AFCI合格；反之，不合格。

二、屏蔽负载试验

屏蔽负载试验方法与碳化路径试验方法相同，但是试验负载和电弧故障发生的位置不同。试验负载可以是UL1699标准规定的五种屏蔽负载，包括真空吸尘器、荧光灯、电容启动电动机、开关电源、电子调光灯。电弧故障发生的位置如图3所示，包括干路故障、支路1故障和支路2故障。

屏蔽负载试验有两项测试，即屏蔽负载电弧故障试验、带屏蔽负载的碳化路径引燃试验。

1、屏蔽负载电弧故障试验

屏蔽负载电弧故障试验的控制方法与串联电弧故障碳化路径试验控制方法基本相同，但是，需要选择电弧故障发生位置和具体的屏蔽负载，如真空吸尘器等。有不同的工作时序，首先闭合开关S8，根据试验规定的电弧故障发生位置选择双向开关S6、S7的闭合方向，若为干路故障，则双向开关S6、S7打向“右”； 若为支路1故障，则双向开关S6打向“右”， 双向开关S7打向“左”； 若为支路2故障，则双向开关S6打向“左”， 双向开关S7打向“右”；

2、带屏蔽负载的碳化路径引燃试验

带屏蔽负载的碳化路径引燃试验的控制方法与碳化路径引燃试验控制方法基本相同，但是，也要选择不同的屏蔽负载，如真空吸尘器等；首先闭合开关S8，双向开关S7打向“右”从而将第二负载Z2接入主电路；开关S2打开，开关S1、S5闭合，变压器T1对试验电缆进行碳化，同时第二负载Z2正常工作；开关S1、S5打开，开关S2、S4闭合，试验电流流经开关S8、AFCI、开关S2、试验电缆、开关S4、开关S7、第二负载Z2，采样模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机的数据读取模块；

三、误脱扣试验

误脱扣试验用于检测AFCI在线路正常工作时是否会异常脱扣。误脱扣试验共有18项测试，每一项测试的工作原理相同，负载不同。

（1）通过人机交互界面选择误脱扣试验和具体的误脱扣试验负载，如手电钻；上位机发出工作指令，控制单元根据指令控制开关S8闭合，双向开关S7打向“左”将第二负载Z2接入主电路（双向开关S6打向“左”，使得第一负载在手电钻多负载试验、荧光灯多负载试验时接入主电路，其余试验第一负载不接入电路），采样模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机的数据读取模块；

（2）达到规定设定时间后，开关S7、S8打开，控制单元将被测AFCI的合分闸状态通过通讯模块反馈给上位机；

（3）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库，上位机判断AFCI的脱扣情况，若AFCI脱扣，则判定AFCI发生误脱扣现象，AFCI不合格；若AFCI没有脱扣，则AFCI合格。

四、波形数据库

波形数据库的数据来源于大量的AFCI动作特性测试试验，波形数据库具有波形输出功能，可以减少重复性的试验，大大提高测试效率，波形数据库具有三种工作模式：

1、通过人机交互界面从电流波形数据库选择电流波形，并将波形数据传输给信号发生模块2，信号发生模块2对波形数据进行数模转换，形成模拟信号，信号发生模块2的输出直接接入AFCI电流互感器二次侧或AFCI自带检测模块的AD采样通道，从而给AFCI提供故障电弧电流信号；

2、通过人机交互界面从电压波形数据库选择电压波形，并将波形数据传输给信号发生模块1，信号发生模块1对波形数据进行数模转换，形成模拟信号，信号发生模块1输出接电压放大模块的输入，电压放大模块的输出接AFCI的输入端，为AFCI的内部电子线路和脱扣机构供电；再通过人机交互界面从电流波形数据库选择电流波形，并将波形数据传输给信号发生模块2，信号发生模块2对波形数据进行数模转换，形成模拟信号，信号发生模块2输出接跨导放大模块的输入，跨导放大模块的输出接AFCI的火线输入端和火线输出端，为AFCI的电流传感器提供故障电弧电流信号。跨导放大模块具有将电压信号转换为电流信号的功能。如果被测AFCI带有漏电保护功能，则不能将AFCI的漏电传感器接入电路，否则将引起漏电保护先于故障电弧脱扣器动作；

3、通过人机交互界面从电流波形数据库选择电流波形，并将波形数据传输给信号发生模块2，信号发生模块2对波形数据进行数模转换，形成模拟信号，信号发生模块2输出接功率放大模块的输入，接功率放大模块的输出接AFCI的输入端，AFCI的输出端接阻性负载R1。此时，AFCI的输入电压为非正弦波形，对于利用AFCI的输入电压进行定时或判断电弧故障的AFCI也许不适用，该方法适用于仅以电流信号作为信号源的AFCI。

本发明还提供了一种基于上述所述的电弧故障识别能力试验分析装置的试验分析方法，包括如下步骤，

步骤S1：进行碳化路径试验，包括串联电弧故障碳化路径试验、并联电弧故障碳化路径试验和碳化路径引燃试验；

①串联电弧故障碳化路径试验：

（1）通过人机交互界面设置试验电流，准备试验电缆；

（2）AFCI动作特性测试模块上电，控制单元、感光模块、驱动模块同时上电，控制第一至第八开关断开；

（3）上位机测控与分析模块通过通讯模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：闭合第八开关，控制第六开关使得第一负载接入主电路；第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化；第一开关打开，第二、第三开关闭合，碳化判断电路工作，若灯亮，则碳化成功，并执行步骤（4）；若灯暗，则碳化失败，重新执行步骤（3）；所述碳化判断电路由被测AFCI、第二、第三和第八开关、灯及试验电缆组成；

（4）第三开关打开、第四开关闭合，使得灯从主电路切除，试验电缆与第一负载串联，并产生故障电弧信号，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；

（5）第二、第四开关在闭合设定时间后打开，同时，采集模块停止工作；

（6）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库；数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，确定被测AFCI的脱扣时间；若脱扣时间小于等于预定的脱扣时间，则判断被测AFCI合格；反之，不合格；

②并联电弧故障碳化路径试验：

（1）通过人机交互界面设置试验电流，准备试验电缆；

（2）上位机测控与分析模块通过通讯模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：控制第一至第八开关打开；第八开关闭合，控制第六开关使得第一负载接入主电路；第二开关打开，第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化，碳化时间为10秒；第一开关打开，第二、第四开关闭合，试验电流流经第八开关、被测AFCI、第二开关、试验电缆、第四开关、第六开关、第一负载，通电时间为10秒，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；

（3）第一、第二开关重复步骤（2）的开关时序，直至出现以下任一情况：试验时间达到5分钟、火焰传感模块检测到棉花着火、脱扣感测模块检测到被测AFCI脱扣或0.5秒内故障电流半波数大于等于8个；所述0.5秒内故障电流半波数由数据处理与分析模块进行计数；

（4）控制单元将被测AFCI的合分闸状态和火焰传感模块的数据通过通讯模块反馈给上位机测控与分析模块；

（5）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库；数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，计算0.5秒内故障电流半波数，当0.5秒内故障电流半波数达到8个的时候，若被测AFCI脱扣，则判断被测AFCI合格；反之，不合格；

③碳化路径引燃试验：

（1）通过人机交互界面设置试验电流，准备试验电缆；

（2）上位机测控与分析模块通过通讯模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：控制第一至第八开关打开；第八开关闭合，控制第六开关使得第一负载接入主电路；第二开关打开，第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化，碳化时间为10秒；第一开关打开，第二、第四开关闭合，试验电流流经第八开关、被测AFCI、第二开关、试验电缆、第四开关、第六开关、第一负载，通电时间为10秒，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；

（3）第一、第二开关重复步骤（2）的开关时序，直至出现以下任一情况：试验时间达5分钟、火焰传感模块检测到棉花着火、脱扣感测模块检测到被测AFCI脱扣；

（4）控制单元将被测AFCI的合分闸状态和火焰传感模块的数据通过通讯模块反馈给上位机测控与分析模块；

（5）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库；数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，判断AFCI的脱扣情况，若在棉花着火之前，被测AFCI脱扣，则AFCI合格；反之，不合格；

步骤S2：进行屏蔽负载试验，包括屏蔽负载电弧故障试验和带屏蔽负载的碳化路径引燃试验；

①屏蔽负载电弧故障试验：

（1）通过人机交互界面选择试验负载、设置试验电流、准备试验电缆；

（2）上位机测控与分析模块通过通讯模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：

进行干路故障试验：控制第一至第八开关打开；闭合第八开关，控制第六、第七开关使得第一、第二负载接入主电路，同时第一、第二负载并联后与试验电缆相连，第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化；第一开关打开，第二、第三开关闭合，碳化判断电路工作，若灯亮，则碳化成功；若灯暗，则碳化失败，需重新碳化；所述碳化判断电路由被测AFCI、第二、第三和第八开关、灯及试验电缆组成；第三开关打开、第四开关闭合，使得灯从主电路切除，第一、第二负载接入主电路，并产生故障电弧信号，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；第二、第四开关在闭合设定时间后打开，同时，采集模块停止工作；

进行第一支路故障试验：控制第一至第八开关打开；闭合第八开关，控制第六、第七开关使得第一、第二负载接入主电路，此时，第一负载与试验电缆相连、第二负载不与试验电缆相连，第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化；第一开关打开，第二、第三开关闭合，碳化判断电路工作，若灯亮，则碳化成功；若灯暗，则碳化失败，需重新碳化；所述碳化判断电路由被测AFCI、第二、第三和第八开关、灯及试验电缆组成；第三开关打开、第四开关闭合，使得灯从主电路切除，试验电缆与第一负载串联，并产生故障电弧信号，同时，采集模块开始采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；第二、第四开关在闭合设定时间后打开，同时，采集模块停止工作；

进行第二支路故障试验：进行第一支路故障试验：控制第一至第八开关打开；闭合第八开关，控制第六、第七开关使得第一、第二负载接入主电路，此时，第一负载不与试验电缆相连、第二负载与试验电缆相连，第一开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化；第一开关打开，第二、第三开关闭合，碳化判断电路工作，若灯亮，则碳化成功；若灯暗，则碳化失败，需重新碳化；所述碳化判断电路由被测AFCI、第二、第三和第八开关、灯及试验电缆组成；第三开关打开、第四开关闭合，使得灯从主电路切除，试验电缆与第二负载串联，并产生故障电弧信号，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；第二、第四开关在闭合设定时间后打开，同时，采集模块停止工作；

（3）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库；数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，确定被测AFCI的脱扣时间；若脱扣时间小于等于预定的脱扣时间，则判断被测AFCI合格；反之，不合格；

②带屏蔽负载的碳化路径引燃试验：

（1）通过人机交互界面选择试验负载、设置试验电流，准备试验电缆；

（2）上位机测控与分析模块通过通讯模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：控制第一至第八开关打开；第八开关闭合，控制第七开关使得第二负载接入主电路；第二开关打开，第一、第五开关闭合，变压器对试验电缆进行碳化，碳化时间为10秒，同时第二负载正常工作；第一、第五开关打开，第二、第四开关闭合，试验电流流经第八开关、被测AFCI、第二开关、试验电缆、第四开关、第七开关、第二负载，通电时间为10秒，同时，采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测控与分析模块的数据读取模块；

（3）第一、第二、第五开关重复步骤（2）的开关时序，直至出现以下任一情况：试验时间达5分钟、火焰传感模块检测到棉花着火、脱扣感测模块检测到被测AFCI脱扣；

（4）控制单元将被测AFCI的合分闸状态和火焰传感模块的数据通过通讯模块反馈给上位机测控与分析模块；

（5）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库；数据处理与分析模块从数据读取模块获取试验波形数据，并对波形数据进行处理与分析，判断AFCI的脱扣情况，若在棉花着火之前，被测AFCI脱扣，则AFCI合格；反之，不合格；

步骤S3：进行误脱扣试验：

（1）上位机测试与分析模块发出工作指令至控制单元，控制所述AFCI动作特性测试主电路的开关时序：控制第一至第八开关打开，第八开关闭合，控制第七开关使得第二负载接入主电路（控制第六开关，使得第一负载在手电钻多负载试验、荧光灯多负载试验时接入主电路，其余试验第一负载不接入电路），采集模块采集试验电压电流波形数据，并将波形数据传输到上位机测试与分析模块的数据读取模块；

（2）达到设定阈值时间后，第七、第八开关打开，控制单元将被测AFCI的合分闸状态通过通讯模块反馈给上位机测试与分析模块；

（3）数据存储模块从数据读取模块获取试验波形数据，并将波形数据存储于电压波形数据库和电流波形数据库，上位机测试与分析模块判断AFCI的脱扣情况，若AFCI脱扣，则判定AFCI发生误脱扣现象，AFCI不合格；若AFCI没有脱扣，则AFCI合格。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。