[发明专利]一种串联故障电弧检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种串联故障电弧检测系统及方法，通过电网频率跟踪、串联电弧故障特征提取以及通过等效阻抗的变化进一步验证，可在半个周波内识别串联故障电弧的特征，另外，由于采用实时电压频率跟踪，本发明不需要依赖于电压过零点时刻，在任意时刻，使用当前半周波数据和上半周波数据即可计算串联故障电弧的特征，利用故障电弧的负荷阻抗不稳定特性可进一步减少误判，提高判别故障电弧准确率。

技术领域

本发明涉及一种串联故障电弧检测系统及方法。

背景技术

电弧是一种气体游离放电现象，也是一种等离子体。电弧中的电流从微观上看是电子及正离子在电场作用下移动的结果，其中电子的移动构成电流的主要部分。电弧产生时，会释放大量的热，有可能引燃周围的物品，造成火灾甚至爆炸。

住宅或商业电气线路和设备，如电气布线、插座、家用电器内部的电线或电器的电源线等，由于运行年限长导线绝缘层可能出现老化，另外长时间的过负荷运行、不良的电气连接等问题都会加剧绝缘的老化，而外力的破坏可能导致绝缘层发生破损。这些情况都会导致故障电弧的产生。另外，当电气连接松动导致接触不良时也会导致故障电弧的产生。

故障电弧按照故障发生位置可分为三类：1)并联故障电弧，该电弧发生在相线与中性线之间，与负载呈并联关系；2)串联故障电弧，该电弧发生在相线或者中性线上，与负载呈串联关系；3)接地故障电弧，该电弧发生在相线或中性线与大地之间，本发明仅对串联故障电弧的检测进行讨论。

传统的用电保护设备，如熔断器、断路器仅能对短路故障进行防护，剩余电流保护器仅能对接地故障进行防护。但是通过实际的运行调查数据显示，对于线路上出现的故障电弧，尤其是串联故障电弧，由于其故障电流的幅值远小于保护设备的动作值，传统的用电保护设备显得无能为力。

故障电弧是引起电气火灾的罪魁祸首之一，仅0.5A的电弧电流就足以引起火灾，而2～10A的电弧电流就可以产生2000～4000℃的局部高温。

现有技术方案

方案一：中国专利CN101673934A公布了一种串联故障电弧的检测方法，通过对电流采样信号进行短时傅立叶变换获取电流信号的基波和谐波分量，通过基波分量，偶次谐波分量/增量，奇次谐波分量/增量的大小判断是否存在串联故障电弧。

方案二：中国专利CN103915818A公布了一种串联故障电弧的检测方法，以20kHz的采样频率采集相邻两个周期的电流信号，对两个周期的信号进行差值计算，对计算后的采样数据进行小波阈值去噪置零和归一化处理，与电弧特征阈值比较来判断是否存在串联故障电弧。

方案三：中国专利CN103116093A公布了一种串联故障电弧的检测方法，通过电压过零点比较电路获取电压过零点时刻，从该时刻开始连续采集两个周期的电流信号并对采样点进行差值计算，对计算后的采样序列计算有效值(采样点差值有效值)作为指标1，同时对相邻两个周期的采样点差值有效值的变化率进行计算作为指标2，当这两个指标都超出预设的定值时认为检测到一次故障电弧。

上述方案一采用短时傅立叶变换，方案二采用小波变换，这两种方案算法比较复杂，且要求较高的采样率，对嵌入式系统的处理能力有较高的要求。方案三虽然仅采用采样点差值的有效值及变化率作为判据，仅有时域的处理，算法简单，但是其使用两个相邻周期的采样点进行点对点差值运算，每次判断至少需要20ms，响应较慢。此外，由于其没有进行电网频率的实时跟踪，需要依赖电压的过零点作为采样起始时刻，在电网频率波动时会导致计算精度变差，导致误判。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种简便易行的串联故障电弧检测系统及方法，通过在时域的简单处理即可提取故障电弧的波形特征。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种串联故障电弧检测系统，包括：