低压线路故障电弧识别方法和装置

技术领域

本发明涉及电力电气设备技术领域，尤其涉及一种低压线路故障电弧识别方法和装置。

背景技术

对于城镇居民低压线路，故障电弧是引发电气火灾的重要因素之一。故障电弧是指电气线路或设备中绝缘老化破损、电气连接松动、空气潮湿、电压电流急剧升高等原因引起空气击穿所导致的气体游离放电现象，发生串联故障电弧时，其中心温度高达3000℃～4000℃，并伴有金属熔化物喷溅，由于电弧本身存在阻抗线路中电流较小，低于电力系统特别是低压配电领域广泛安装的电流保护器的设定值，因此极易发生火灾。为此，进行故障电弧检测很有必要。

传统故障电弧检测多采用时域范围内的电流幅值波形特征来进行判断，即“零休检测”的方法，但是随着现代生活家庭电器产品的使用种类和数量越来越多，除了线性负载电器，非线性负载电器逐渐增多，传统基于电弧“零休”特性的检测与识别方法难以对故障电弧进行判断，容易发生误报和漏报。基于短时傅里叶变换的电弧故障识别方法通过对电流非平稳时变信号进行加窗截断处理，然后对截断的信号进行傅里叶变换，最终得到电弧故障在不同频段下不同时刻下的能量分布，从而实现故障电弧的识别与检测，然而傅里叶变换不具备时间和频率的定位功能，不适合非平稳信号的分析。同时，傅里叶变换也受到海森堡不确定原理的制约，即窗函数的时间与频率分辨率不能同时实现最优解。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种低压线路故障电弧识别方法和装置，采用小波变换的方法用于提取电流信号的特征信息，可以同时满足信号相对平稳的情况下的高频域分辨率和瞬时时变信号情况下的高时频域分辨率，提高了故障电弧检测的准确性。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出一种低压线路故障电弧识别方法，所述方法包括：获取负载所在低压线路的电流信号；将所述电流信号从模拟形式转化为数字形式；对所述数字形式的电流信号进行小波分析得到多频段能量熵；根据所述多频段能量熵判断所述低压线路是否发生故障电弧。

另外，根据本发明上述实施例提出的低压线路故障电弧识别方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，采用Mallat算法对所述数字形式的电流信号进行小波分析得到多频段能量熵。

根据本发明的一个实施例，所述采用Mallat算法对所述数字形式的电流信号进行小波分析得到多频段能量熵，包括：对所述数字形式的电流信号进行M次滤波操作，其中，M为大于等于2的整数；针对第一次滤波操作，通过低通滤波器对所述数字形式的电流信号进行低通滤波，通过高通滤波器对所述数字形式的电流信号进行高通滤波；针对第i次滤波操作，通过低通滤波器对上一次低通滤波得到的信号进行低通滤波，通过高通滤波器对上一次低通滤波得到的信号进行高通滤波，其中，i为大于等于2小于等于M的整数；根据M次滤波操作结果得到所述多频段能量熵。

根据本发明的一个实施例，每次滤波操作中的低通滤波器与高通滤波器之间存在如下关系式：

H

其中，H

根据本发明的一个实施例，每次滤波操作中，低通滤波器的上限频率为高通滤波器的上限频率的一半，且当前滤波操作中高通滤波器的上限频率与上一次滤波操作中低通滤波器的上限频率相同。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述多频段能量熵判断所述低压线路是否发生故障电弧，包括：确定目标频段，并将所述目标频段的各能量熵分别与预设能量熵阈值进行对比；统计大于所述预设能量熵阈值的能量熵个数N1，得到第一半周期高频分量计数值N1和第一半周期窗口计数值N1，并统计小于等于所述预设能量熵阈值的能量熵个数N2，得到第二半周期窗口计数值N1+N2；将所述第二半周期窗口计数值与所述目标频段对应时域范围内总半周期数进行对比；若所述第二半周期窗口计数值小于等于对应总半周期窗口数，则将所述第一半周期高频分量计数值与预设分量计数阈值进行对比；若所述第一半周期高频分量计数值大于所述预设分量计数阈值，则将对应的能量熵存入N1个缓冲区，并设定高频分量衰减值为能量熵幅值期望的固定百分比数值，以及将所述第一半周期高频分量计数清零，用于下一个时间周期的高频分量计数；按照设定好的高频分量衰减值对缓冲区存储的能量熵进行衰减，当高频分量能量熵幅值衰减至0时，高频分量缓冲区个数-1，统计每个时间周期内的缓冲区高频分量个数；若每个时间周期内减少的缓冲区个数大于14，则判定所述低压线路发生故障电弧，否则判定未发生故障电弧，并继续下一个周期的故障电弧识别。

根据本发明的一个实施例，M的取值为12。

根据本发明的一个实施例，所述负载包括阻性负载、半波负载、容性负载、感性负载中的至少一者。

本发明实施例的低压线路故障电弧识别方法，首先电流互感器采集负载所在低压线路的电流信号，并利用A/D转换将电流信号从模拟形式转化为数字形式，然后对数字形式的电流信号进行小波分析得到多频段能量熵，根据多频段能量熵判断低压线路是否发生故障电弧。本发明采用小波变换的方法用于提取电流信号的特征信息，可以同时满足信号相对平稳的情况下的高频域分辨率和瞬时时变信号情况下的高时频域分辨率，解决了傅里叶变换中时间与频率分辨率难以同时实现最优解的问题，提高了故障电弧检测的准确性。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种低压线路故障电弧识别装置，所述装置包括：电流互感器，用于采集负载所在低压线路的电流信号；高频采样机构，用于将所述电流信号从模拟形式转化为数字形式；小波分析机构，用于对所述数字形式的电流信号进行小波分析得到多频段能量熵；综合判断机构，用于根据所述多频段能量熵判断所述低压线路是否发生故障电弧。

根据本发明的一个实施例，所述装置包括：开关机构，用于建立供电电源与所述负载的连接；其中，所述综合判断机构还与所述开关机构连接，用于在判定所述低压线路发生故障电弧时，控制所述开关机构断开，以断开所述供电电源与所述负载的连接。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明一个实施例的低压线路故障电弧识别方法的流程图；

图2是本发明一个实施例的对数字形式的电流信号进行小波分析的流程图；

图3是本发明一个实施例的Mallat算法离散小波变换的分解示意图；

图4是本发明一个实施例的判断低压线路是否发生故障电弧的流程图；

图5是本发明一个实施例的故障电弧分析判断逻辑的示意图；

图6(a)是本发明一个实施例的消毒柜(阻性)负载无故障电弧的频谱图；

图6(b)是本发明一个实施例的消毒柜(阻性)负载有故障电弧的频谱图；

图7(a)是本发明一个实施例的取暖器(半波)负载无故障电弧的频谱图；

图7(b)是本发明一个实施例的取暖器(半波)负载有故障电弧的频谱图；

图8(a)是本发明一个实施例的电脑(容性)负载无故障电弧频谱图；

图8(b)是本发明一个实施例的电脑(容性)负载有故障电弧频谱图；

图9(a)是本发明一个实施例的电动机(感性)负载无故障电弧的频谱图；

图9(b)是本发明一个实施例的电动机(感性)负载有故障电弧的频谱图；

图10是本发明一个实施例的消毒柜(阻性)负载打弧及非打弧状态各频段能量熵对比图；

图11是本发明一个实施例的低压线路故障电弧识别装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的低压线路故障电弧识别方法和装置进行详细说明。

图1是本发明一个实施例的低压线路故障电弧识别方法的流程图。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，低压线路故障电弧识别方法包括：

S1，获取负载所在低压线路的电流信号。

具体地，为判断低压线路是否发生故障电弧，首先需要获取负载所在低压线路的电流信号，本发明可在负载所在低压线路上设置电流互感器，利用电流互感器采集负载所在低压线路的电流信号。电流互感器将采集的电力信号传输至运算放大器，对电流信号进行放大处理，再对电流信号进行A/D转换，将模拟量的电流信号转换为数字量的电流信号，以便后续对数字形式的电流信号进行离散小波变换处理。

S2，将电流信号从模拟形式转化为数字形式。

具体地，由于A/D转换器只能接收一定范围内的模拟信号，经运算放大器放大后的电流信号不能完全通过A/D转换器，因此放大后的电流信号还需要经过消抖、滤波、电平转换等操作后转化为标准信号，随后经过具有高采样频率的A/D转换转化为数字形式的电流信号。

进一步具体地，本发明对经过A/D转换器转换后的数字形式的电流信号进行小波处理和分析，得到的多频段能量熵，再根据多频段能量熵的特征判断低压线路是否发生故障电弧。

S3，对数字形式的电流信号进行小波分析得到多频段能量熵。

具体地，传统基于电弧“零休”特性的检测与识别方法难以对故障电弧进行判断，容易发生误报和漏报。并且基于短时傅里叶变换的电弧故障识别方法不具备时间和频率的定位功能，不适合非平稳信号的分析。本发明采用对电流信号进行小波变换克服传统识别方法和短时傅里叶变换的电弧故障识别方法的局限性。小波变换可以有效的提取信号特征信息，通过伸缩和平移等方法对信号进行多尺度分析，适用于瞬时时变信号的分析，而阻性、半波、容性及感性负载下的故障电弧通常会引入一个高频的瞬时时变信号，传统“零休检测”及基于傅里叶变换的检测方法不能满足该干扰下视频信号分析的要求。小波变换可以同时满足信号相对平稳的情况下的高频域分辨率及瞬时时变信号情况下的高时频域分辨率，解决了傅里叶变换时间与频率分辨率难以同时满足的问题，在实际测试环境中也表现出良好的性能与较高的准确性。

在本发明的一个实施例中，采用Mallat算法对数字形式的电流信号进行小波分析得到多频段能量熵。

具体地，由于电路上产生故障电弧时会产生随机的高频干扰电流，频谱可达5MHz，这些噪声电流呈现出高斯分布，且具有瞬时性和非周期性，因此发明采用Mallat算法对数字形式的电流信号进行小波分析，通过Mallat算法对干扰电流特征进行提取，用于诊断是否有故障电弧发生。Mallat算法是一种多层分解方法，即先计算出第一级小波变换，然后在此基础上计算下一级小波变换并重复下去。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，采用Mallat算法对数字形式的电流信号进行小波分析得到多频段能量熵，包括：

S31，对数字形式的电流信号进行M次滤波操作，其中，M为大于等于2的整数。

S32，针对第一次滤波操作，通过低通滤波器对数字形式的电流信号进行低通滤波，通过高通滤波器对数字形式的电流信号进行高通滤波。

S33，针对第i次滤波操作，通过低通滤波器对上一次低通滤波得到的信号进行低通滤波，通过高通滤波器对上一次低通滤波得到的信号进行高通滤波，其中，i为大于等于2小于等于M的整数。

S34，根据M次滤波操作结果得到多频段能量熵。

具体地，如图3所示的Mallat离散小波变换的示意图，对数字形式的离散电流信号

0≤m

其中，

进一步具体地，对数字形式的离散电流信号

在本发明的一个实施例中，每次滤波操作中的低通滤波器与高通滤波器之间存在如下关系式：

H

其中，H

具体地，在实际应用中，低通滤波器与高通滤波器是相互关联的，他们之间的关系如上式所示，H

在本发明的一个实施例中，每次滤波操作中，低通滤波器的上限频率为高通滤波器的上限频率的一半，且当前滤波操作中高通滤波器的上限频率与上一次滤波操作中低通滤波器的上限频率相同。

具体地，对离散电流信号进行滤波操作时，相当于对电流信号进行对半分解，即将低通滤波器的上限频率设定为高通滤波器的上限频率的一半，而高通滤波器的上限频率根据滤波器采样前的离散信号的频率设定，即将高通滤波器的上限频率设定为与上一次滤波操作中低通滤波器的上限频率相同。

在本发明的一个实施例中，M的取值为12。

具体地，本发明采用对电流信号进行12次的过滤处理，得到12阶频谱能量幅值数据，对12阶频谱能量幅值数据进行计算，得到多频段电流信号能量熵，并对多频段能量熵进行分析，从而判断低压线路是否发生故障电弧。

S4，根据多频段能量熵判断低压线路是否发生故障电弧。

具体地，本发明通过对多频段能量熵、半周期窗口计数、高频分量计数、缓冲区高频分量个数等参数进行分析，判断是否满足低压线路发生故障电弧的条件，从而确定低压线路是否发生故障电弧。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，根据多频段能量熵判断低压线路是否发生故障电弧，包括：

S41，确定目标频段，并将目标频段的各能量熵分别与预设能量熵阈值进行对比。

S42，统计大于预设能量熵阈值的能量熵个数N1，得到第一半周期高频分量计数值N1和第一半周期窗口计数值N1，并统计小于等于预设能量熵阈值的能量熵个数N2，得到第二半周期窗口计数值N1+N2。

S43，将第二半周期窗口计数值与目标频段对应时域范围内总半周期数进行对比。

S44，若第二半周期窗口计数值小于等于对应总半周期窗口数，则将第一半周期高频分量计数值与预设分量计数阈值进行对比。

S45，若第一半周期高频分量计数值大于预设分量计数阈值，则将对应的能量熵存入N1个缓冲区，并设定高频分量衰减值为能量熵幅值期望的固定百分比数值，以及将第一半周期高频分量计数清零，用于下一个时间周期的高频分量计数。

S46，按照设定好的高频分量衰减值对缓冲区存储的能量熵进行衰减，当高频分量能量熵幅值衰减至0时，高频分量缓冲区个数-1，统计每个时间周期内的缓冲区高频分量个数。

S47，若每个时间周期内减少的缓冲区个数大于14，则判定低压线路发生故障电弧，否则判定未发生故障电弧，并继续下一个周期的故障电弧识别。

具体地，故障电弧会对低压电路引入高频分量，所以可采用电流信号高频分量作为目标频段，并将目标频段的各能量熵分别与预设能量熵阈值进行比较，如图5所示的故障电弧分析判断逻辑图，目标频段可采用Mallat离散小波变换输出的电流信号高频分量作为输入参数，目标频段的能量熵幅值需要与预设能量熵阈值在时域范围内的各个时域半周期进行对比，若高频分量幅值大于预设阈值，此时半周期高频分量计数加一，得到第一半周期高频分量计数值N1，同时半周期窗口计数也加一，得到第一半周期窗口计数值N1，还统计小于等于预设能量熵阈值的能量熵个数N2，若高频分量幅值小于等于预设阈值，则仅有半周期窗口计数加一，累加得到第二半周期窗口计数N1+N2。

进一步具体地，将累加得到的半周期窗口计数与目标频段对应的时域范围内总半周期数进行对比，若第二半周期窗口计数大于总半周期窗口数，此时程序报错，重新开始统计，若第二半周期窗口计数小于等于总半周期窗口数，将第一半周期高频分量计数与预设分量计数阈值进行对比。若第一半周期高频分量计数小于等于预设分量计数阈值，此时第一半周期高频分量计数清零，若半周期高频分量计数大于预设分量计数阈值，将大于预设分量计数阈值的半周期高频分量输入缓冲区，高频分量缓冲区个数加一，并设定高频分量衰减值，高频分量衰减值设定为能量熵幅值期望的固定百分比数值，同时设定第一半周期高频分量计数清零，用于下一时间周期的高频分量计数，本发明中的时间周期设置为1S，即单位时间内的高频分量计数。第一半周期高频分量计数清零后，需要按照设定好的高频分量衰减值对缓冲区存储的高频分量进行衰减，当高频分量衰减至0时，确定该高频分量特征不明显，高频分量缓冲区个数-1，即不将该高频分量纳入统计范围，随后统计每个时间周期内的缓冲区高频分量个数，当且仅当高频分量缓冲区个数小于等于14时，判断为故障电弧没有发生，对下一个时间周期的电流信号继续检测，若每个时间周期内缓冲区高频分量个数大于14时，判断为故障电弧发生，发出报警指令，实现了电气故障事故中故障电弧信号特征的提取，有效解决了非线性负载环境下现有检测设备存在的误报漏报问题，保障了低压配电线路、用电设备以及人员的安全。

需要说明的是，根据GB14287.4《电气火灾监控系统第4部分：故障电弧探测器》中关于报警性能的规定，当被测线路在1s内发生14个及以上半周期的故障电弧时，故障电弧探测器应能在30s内发出报警信号，点亮报警指示灯，向电气火灾监控设备发送报警信号。本发明将每个时间周期内缓冲区高频分量个数的阈值设定为14，当每秒时间周期内减少的缓冲区个数大于14时，判定低压线路发生故障电弧，并发出报警指令。

本发明的一个实施例中，负载包括阻性负载、半波负载、容性负载、感性负载中的至少一者。

具体地，本发明针对该方法搭建了阻性、容性、感性及半波环境下的相关实验环境，测试结果表示在复杂电网环境下，该方法仍然能够实现高达96％以上的故障电弧识别与检测准确率。

本发明还对阻性、半波、容性、及感性负载下的电流时域及12阶频谱能量熵在无故障电弧及有故障电弧下进行对比分析，其中12阶小波对应频段如下表1所示：

表1

图6-图9分别是阻性、半波、容性和感性负载下的电流时域及12阶频谱能量熵和a频段能量熵在无故障电弧及有故障电弧下对比分析图，其中a频段为第12阶小波变换后的低频分量。通过分析图可以明显看出，四种负载下的故障电弧会给电路电流引入明显的不同频段下的幅值增量，尤其发生在高频和低频频段。

对图6中消毒柜(阻性)负载各个频段能量熵分布进行统计，如下表2所示：

表2

如图10所示的消毒柜(阻性)负载各个频段能量熵在故障电弧及正常状态下的能量熵对比。可以发现，与无电弧状态相比较，阻性负载下的故障电弧会引入高频及低频特征，其中，0-30kHz下的频谱特征容易被外界低频噪声干扰，从而发生误报警，通常不作为故障电弧识别与检测的依据；50-100KHz的频段范围可以被视为消毒柜(阻性)负载的低频响应区，而2.5-5MHz的频段范围为消毒柜(阻性)负载的高频响应区，因此双段高低频复合时频分析可以提取到更为明显的能量熵幅值特征，信噪比表现较好，可兼容各种类型的电路负载，同时也能消除低频信号带来的干扰。

本发明实施例的低压线路故障电弧识别方法，首先电流互感器采集负载所在低压线路的电流信号，并利用A/D转换将电流信号从模拟形式转化为数字形式，然后对数字形式的电流信号进行小波分析得到多频段能量熵，根据多频段能量熵判断低压线路是否发生故障电弧。本发明采用小波变换的方法用于提取电流信号的特征信息，可以同时满足信号相对平稳的情况下的高频域分辨率和瞬时时变信号情况下的高时频域分辨率，解决了傅里叶变换中时间与频率分辨率难以同时实现最优解的问题，提高了故障电弧检测的准确性。

本发明还提出了一种低压线路故障电弧识别装置。

在本发明的实施例中，如图11所示，低压线路故障电弧识别装置包括：电流互感器10，用于采集负载所在低压线路的电流信号；高频采样机构20，用于将电流信号从模拟形式转化为数字形式；小波分析机构30，用于对数字形式的电流信号进行小波分析得到多频段能量熵；综合判断机构40，用于根据多频段能量熵判断低压线路是否发生故障电弧。

在本发明的一些实施例中，如图11所示，低压线路故障电弧识别还装置包括：开关机构60，用于建立供电电源与负载的连接；其中，综合判断机构40还与开关机构60连接，用于在判定低压线路发生故障电弧时，控制开关机构60断开，以断开供电电源与负载的连接。

具体地，如图11所示，低压线路故障电弧识别装置可以针对容易引发电气火灾的故障电弧、阻性剩余电流、容性剩余电流、谐波电流、过流和短路等参量进行在线实时检测，实现电气故障电弧信号特征普适性提取，有效保障低压配电线路、用电设备和人员安全。电流互感器10采集负载原件或设备接收到的电流信号传输至功率放大器50，高频采样机构20包括A/D转换器，由于A/D转换器只能接收一定范围内的模拟信号，因此放大后的电流信号还需要经过消抖、滤波、电平转换等操作后转化为标准信号，随后经过具有高采样频率的A/D转换转化为数字信号。转化后的数字信号经过FPGA模块(即上述的小波分析机构30)小波处理与分析，得到的多频段能量熵计算结果发送至ARM处理器(即上述的综合判断机构40)，对包括信号时频特性、剩余电流、谐波电流等在内的参量进行综合计算与融合报警逻辑分析，若分析结果判断电路存在火灾风险，ARM处理器立即发出脱扣信号，控制开关机构完成断流，从而避免故障电弧的风险与火灾事故的发生。

本发明实施例的低压线路故障电弧识别装置中，电流互感器采集负载原件或设备接收到的电流信号传输至功率放大器，放大后的电流信号还需要经过消抖、滤波、电平转换等操作后转化为标准信号，随后经过具有高采样频率的A/D转换转化为数字信号。转化后的数字信号经过FPGA模块小波处理与分析，得到的多频段能量熵计算结果发送至ARM处理器，对包括信号时频特性、剩余电流、谐波电流等在内的参量进行综合计算与融合报警逻辑分析，若分析结果判断电路存在火灾风险，ARM处理器立即发出脱扣指令，控制开关机构完成断流，从而避免故障电弧的风险与火灾事故的发生。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。