[发明专利]基于电流波形相空间重构和分形理论的电弧故障检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种线路故障的检测方法，特别是涉及一种在供配电线路中基于线路电流波形相空间重构和分形理论的电弧故障检测的方法。

背景技术

中、低压配电线路中电弧故障是常见且严重的线路故障，在楼宇、家电、汽车、飞机等供用电系统内，也都一定程度地存在着电弧故障的威胁。由于很多时候线路中电弧故障的发生并没有伴随着大的过电流，其电流可能小于线路的额定电流, 但是目前的熔断器、断路器等保护装置只能对过流、短路等情况进行检测和保护，不能起到对电弧故障的检测和保护的作用，所以传统的供配电线路保护方案不能避免电弧故障的发生。电弧故障的高隐蔽性，以及其强大的破坏力，容易造成设备损坏，引起火灾甚至爆炸，严重危害了大众的生命财产的安全，由于电弧的能量大，对设备、人员的危害很大，所以在供配电线路保护系统中急需一种可靠有效的电弧故障检测方法来弥补目前的技术空缺，而且该技术的应用领域十分广泛。

中、低压配电线路中电弧故障模式按其产生位置分为串联电弧故障和并联电弧故障，串联电弧故障一般由于一根导体发生机械断裂、导体接头处松动，或导体熔断时绝缘皮炭化而产生，所以串弧故障模式又可细分为串联点接触式电弧故障和串联炭化路径式电弧故障。串弧故障的电流波形受到负载的影响，且一般小于负载电流。并联电弧故障一般产生于两根导体之间，由于两导体接头处有触碰连接，或两导体之间由于绝缘损伤、炭化而产生，所以并弧故障同样也细分为并联点接触式电弧故障和并联炭化路径式电弧故障。并弧故障的电流波形也受到负载的影响，一般大于负载电流。在线路串、并联电弧故障中，电流的波形含有丰富的高频噪声、而且最大电流上升率增加、同时电流波形存在“平肩”现象，故障特性具有明显的间歇性、随机性等。

目前国内外学者利用电弧放电时的光、热、声音和电磁辐射等特性提出了一些方法来检测电弧。如德国Moeller公司用于低压开关柜的电弧故障保护系统、ARCON ABB的ARC Guard System电弧故障保护系统、芬兰Vaasa公司的VAMP系统等，由于检测这些参数的传感器都必须安装在电弧故障发生的地方，而电弧故障发生的地点是不确定的，这就给全面检测供电线路中的电弧故障带来了不便。在已公开的电弧故障检测技术中，都是从被保护回路电流波形在过零点处有无平肩现象、电流上升率是否过大等方面作为判据来检测电弧故障是否发生，该种方法有一定的实用性，但会受到负载中由于电力电子器件的存在使得电流波形发生畸变的影响，存在着误判的机率。

发明内容

本发明的目的就在于解决现有技术存在的上述不足，介于目前国内外已公开的电弧检测方法存在着诸多弊端与不便性，本发明提供一种基于电流波形相空间重构和分形理论的电弧故障检测方法。该电弧故障检测方法通过提取供配电线路电流特征量来判定线路中是否出现电弧故障。经研究发现，在线路发生电弧故障的时段，不同模式的电弧故障电流波形均有其自身特征，该特征在同一模式电弧故障和同种负载情况下具有着明显的共性，而该特征在不同模式的电弧故障或不同负载情况下又存在着较大的差异性。电弧故障电流的该种特征不仅能够在不同负载情况下的四种电弧故障之间进行彼此区分，更主要的是能够精确有效的与负载中电力电子器件导致的畸变的电流波形特征进行区分。

为了实现上述发明内容，本发明给出的技术方案为：这种基于电流波形相空间重构和分形理论的电弧故障检测方法，采集被保护线路的电流信号，通过提取电流波形特征量来判断是否出现电弧故障，其特点是包含以下步骤：（1）将被保护线路电流经过电流互感器采集到系统之中，电流信号经过精密取样电阻转化为电压信号，转化后的电压信号送入A/D转换器，使之转换成DSP所能识别的数字量，后续步骤中针对线路电流信号的分析与处理全是通过对该经过转化而获得的电压信号的运算来完成的。

（2）以被保护线路带载情况下正常工作电流峰值为基准，将电流信号归一化处理，出现电弧故障时段的电流值同比例调整，即将检测到的被保护线路的电流值除以正常带载工作的线路电流峰值，该步骤即通过调理经精密取样电阻转化后而获得的电压信号来完成。

（3）在所采集到的被保护线路电流信号中，按时间次序依次截取完整的一个周波，其中含有线路正常工作电流周波与线路出现电弧故障时段的电流周波，此一个周期的电流波形起点与终点为电流的过零点。按时间次序依次对所截取的线路电流周波进行相空间重构，对应每一个电流周波得到一个对应的相空间轨迹图。