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  • 頭條精度超過90%,串聯(lián)故障電弧的檢測及選線新方法
    2021-06-21 作者:郭鳳儀 高洪鑫 等  |  來源:《電工技術(shù)學(xué)報》  |  點擊率:
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    導(dǎo)語串聯(lián)故障電弧是引起電氣火災(zāi)的主要原因之一,有效地檢測串聯(lián)故障電弧對預(yù)防電氣火災(zāi)具有重要意義。遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院的研究人員郭鳳儀、高洪鑫、唐愛霞、王智勇,在2020年第8期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文, 采用六種常用的家庭負載開展了多負載回路的串聯(lián)故障電弧實驗,提出了一種串聯(lián)故障電弧檢測及選線方法。該方法可以實現(xiàn)多負載回路中故障電弧的檢測及選線,檢測及選線精度均超過了90%。

    隨著居民電氣化程度的不斷提高,家庭供配電系統(tǒng)具有用電設(shè)備多樣、用電設(shè)備位置分散、連接點數(shù)量多等特點,一旦線路中出現(xiàn)接觸不良、外力損傷、絕緣破損等問題,輕則造成供電中斷,影響用電設(shè)備的正常運行;重則產(chǎn)生串聯(lián)故障電弧,引發(fā)電氣火災(zāi)等安全事故。

    串聯(lián)故障電弧發(fā)生時,由于回路中串聯(lián)了一個時變的電弧電阻,造成故障電流低于正常工作電流,現(xiàn)有的保護裝置無法實現(xiàn)保護。因此,研究串聯(lián)故障電弧檢測方法對預(yù)防電氣火災(zāi)、保障人民生命財產(chǎn)安全具有重要意義。

    目前,針對串聯(lián)故障電弧檢測方法主要有兩大類。一類是通過弧聲、弧光、電磁輻射等物理特性檢測故障電弧,此類方法受安裝位置限制,一般應(yīng)用在開關(guān)柜中,難以應(yīng)用在用電設(shè)備及連接點分散的家庭供配電線路中。另一類是通過分析線路電流檢測故障電弧,鑒于回路電流便于獲取,此類方法是目前的研究熱點。

    但是目前的研究成果對應(yīng)的實驗條件均是單一負載或多負載干路發(fā)生串聯(lián)故障電弧,能否從多負載回路的干路電流信號中提取出故障特征、檢測到支路上的故障電弧需進一步驗證。干路電流受回路中工作的負載數(shù)量、類型等影響,且在某一支路發(fā)生故障電弧時,干路電流摻雜其他支路正常電流;如何排除正常支路電流的影響,有效地從成分復(fù)雜的干路電流中提取故障電弧特征是十分困難的。

    在檢測故障電弧的基礎(chǔ)上,如果可以確定故障發(fā)生的線路,將為排除故障提供一定的指導(dǎo),目前國內(nèi)外學(xué)者尚未開展串聯(lián)故障電弧選線的研究工作。因此,開展多負載串聯(lián)故障電弧實驗,研究基于干路電流的串聯(lián)故障電弧檢測及選線具有重要意義。

    遼寧工程技術(shù)大學(xué)的研究人員采用6種常用的家庭負載開展了多負載回路串聯(lián)故障電弧實驗,通過對干路電流信號進行分數(shù)階傅里葉變換(Fractional Fourier Transform, FRFT),構(gòu)建故障電弧圖像矩陣,全面反映干路電流信號從時域到頻域的變化過程;利用局部二值模式(Local Binary Pattern, LBP)描述圖像矩陣的局部紋理特征,統(tǒng)計得到LBP圖像的灰度分布直方圖數(shù)據(jù);采用不同實驗條件下的LBP直方圖數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫,并通過LBP直方圖相關(guān)系數(shù)最大值匹配的方法實現(xiàn)串聯(lián)故障電弧的檢測及選線。

    精度超過90%,串聯(lián)故障電弧的檢測及選線新方法

    圖1 故障電弧發(fā)生裝置

    精度超過90%,串聯(lián)故障電弧的檢測及選線新方法

    圖2 故障電弧檢測及選線結(jié)果

    最后,研究人員認為:

    • 1)FRFT能夠很好地反映出干路電流信號從時域到頻域的變化過程,故障電弧發(fā)生時,干路電流成分變復(fù)雜,F(xiàn)RFT構(gòu)建的圖像矩陣紋理特征變模糊。
    • 2)LBP可有效地描述圖像矩陣的紋理特征,故障電弧發(fā)生與否、故障電弧發(fā)生位置不同都會引起LBP灰度分布直方圖變化,采用LBP直方圖實現(xiàn)故障電弧檢測及選線切實可行。
    • 3)采用LBP直方圖匹配的方法可實現(xiàn)故障電弧的檢測及選線,對研制故障電弧斷路器具有一定的參考價值。
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