[发明专利]一种非侵入式低压故障电弧检测与定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种非侵入式低压故障电弧检测与定位系统，该系统包括8个功能模块，分别为标准电器负荷特征库模块、故障电弧特征指纹库模块、数据采集与预处理模块、非侵入式负荷识别模块、故障电弧检测与识别模块、故障电弧定位模块、数据信息存储模块和对外交互与信息可视化模块；利用上述的8个功能模块，采取从负荷总量数据中提取故障电弧电流特征的方法，并结合由现有非侵入式负荷识别技术获得的电器运行状态实现故障电弧精确定位。在检测到电弧故障的条件下，进行故障定位，通过定位测试效果计算，本发明系统予以实现的定位测试效果即定位支路准确率高达85％以上。

技术领域

本发明涉及电力系统故障电弧监测领域，具体涉及一种非侵入式低压故障电弧检测与定位方法及系统。

背景技术

据公安部消防局统计，近年来我国火灾事故中电气火灾的比例高达30％，已高居各类火灾原因之首，并且呈逐年上升趋势。电力系统“末梢”的低压电力用户因线路绝缘老化、电器开关动作等原因产生故障电弧容易被忽视，而一旦引发火灾损失却是不可估量的。研究表明，在电气火灾中由故障电弧引起的火灾事故远多于带电导体间金属性短路引起的火灾。故障电弧按其产生的位置不同可具体分为并联故障电弧和串联故障电弧[刘官耕，杜松怀，苏娟，et al.低压电弧故障防护技术研究与发展趋势[J]，电网技术，2017(01):321-329]。并联故障电弧电流一般大于线路的正常负载电流，串联电弧故障的电流一般小于线路的正常负载电流。由于熔断器、断路器等保护装置主要是以过电流为动作依据，因此其通常能够有效检测并联故障电弧，并采取相应的保护动作或措施，不过它们无法检测串联故障电弧。因此，本发明专利重点关注串联故障电弧的检测与定位。

依据电弧的产生机理，故障电弧电压或电流相对于正常的负载电压或电流通常具有明显差异，据此可以实现故障电弧检测[王尧，田明，牛峰，包志舟，李奎，低压交流电弧故障检测方法研究综述[J]，电器与能效管理技术，2018(10)：8-13+44]。虽然故障电弧(电压)电流在时域、频域及时-频域上均具有自身特点，但其影响因素较多[Hien Duc Vu,EdwinCalderon,Patrick Schweitzer,Serge Weber,Nicolas Britsch.Multi-criteria seriesarc fault detection based on supervised feature selection[J].InternationalJournal of Electrical Power and Energy Systems,2019,113]，例如，故障线路上接入的负载类型不同，故障电弧电流会有所差异，这会导致针对某种负载类型制定的检测方案在实际存在多种类型负载的场景中会存在漏检的风险；此外，有些电器的正常电流具有与故障电弧电流相似的特征，它们接入线路时容易出现电弧检测装置误跳闸现象，如灯调光器、真空吸尘器等。因此，为了提高检测的准确性和可靠性，现有研究往往同时使用多种特征。

不过，现有实验室研究多直接针对某条既定的低压配电支路进行故障电弧检测实验研究与分析，国内外多家公司都研制了这类故障电弧检测断路器。实际工程中还有一些产品将电弧监测模块内置于电器插座中，用于检测电器插拔过程中可能发生的故障电弧。根据现有研究和产品，欲对用户室内整个低压配电系统实现全方位监测与准确定位，需要配置多个监测终端或功能模块，而且实际工程中，低压配电系统会存在多条配电支路和多个分支节点，除了电器插座处，故障电弧还可能发生在配电支路上任意位置，这给系统级电弧定位带来了挑战，现有研究鲜有涉及。

发明内容

针对现有技术，本发明提出一种非侵入式低压故障电弧检测与定位方法。一方面，基于非侵入式负荷特征提取技术，通过分析低压配电系统的端电压和总电流实现故障电弧检测与归类识别；另一方面，利用现有非侵入式负荷识别技术，根据给定的低压配电系统的电力线拓扑，通过分析故障电弧发生与特定电器及其运行状态之间的关联关系，实现故障电弧所在配电支路的精确定位。同时，本发明提出了用于实现上述方法的系统。