- 頭條精度超過90%，串聯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：《電工技術學報》 | 點擊率：導語串聯故障電弧是引起電氣火災的主要原因之一，有效地檢測串聯故障電弧對預防電氣火災具有重要意義。遼寧工程技術大學電氣與控制工程學院的研究人員郭鳳儀、高洪鑫、唐愛霞、王智勇，在2020年第8期《電工技術學報》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故障電弧實驗，提出了一種串聯故障電弧檢測及選線方法。該方法可以實現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，家庭供配電系統具有用電設備多樣、用電設備位置分散、連接點數量多等特點，一旦線路中出現接觸不良、外力損傷、絕緣破損等問題，輕則造成供電中斷，影響用電設備的正常運行；重則產生串聯故障電弧，引發電氣火災等安全事故。
串聯故障電弧發生時，由于回路中串聯了一個時變的電弧電阻，造成故障電流低于正常工作電流，現有的保護裝置無法實現保護。因此，研究串聯故障電弧檢測方法對預防電氣火災、保障人民生命財產安全具有重要意義。
目前，針對串聯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，一般應用在開關柜中，難以應用在用電設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的實驗條件均是單一負載或多負載干路發生串聯故障電弧，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量、類型等影響，且在某一支路發生故障電弧時，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上，如果可以確定故障發生的線路，將為排除故障提供一定的指導，目前國內外學者尚未開展串聯故障電弧選線的研究工作。因此，開展多負載串聯故障電弧實驗，研究基于干路電流的串聯故障電弧檢測及選線具有重要意義。
遼寧工程技術大學的研究人員采用6種常用的家庭負載開展了多負載回路串聯故障電弧實驗，通過對干路電流信號進行分數階傅里葉變換（Fractional Fourier Transform, FRFT），構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，統計得到LBP圖像的灰度分布直方圖數據；采用不同實驗條件下的LBP直方圖數據建立數據庫，并通過LBP直方圖相關系數最大值匹配的方法實現串聯故障電弧的檢測及選線。
圖1 故障電弧發生裝置
圖2 故障電弧檢測及選線結果
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，故障電弧發生時，干路電流成分變復雜，FRFT構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，故障電弧發生與否、故障電弧發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。
