低压配电系统故障电弧在线检测及智能断路器研究.docx

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1、低压配电系统故障电弧在线检测及智能断路器研究随着我国国民经济的迅猛发展，生产及居民用电量日益增高，电气火灾事故也更加频发，其中因故障电弧引起的电气火灾事故所占比例越来越高，对故障电弧的研究己经引起了社会的广泛关注。传统的低压保护电器，如漏电保护器RCD、熔断器Fuse或小型断路器MCB都是以剩余电流、过载电流和短路电流为检测对象，而许多严重的电气火灾往往是由于额定电流的故障电弧引起的。仅2A-10A的电弧电流就可以产生20004000的局部高温，0.5A的电弧电流足以引发火灾。这些产品不符合未来低压配电系统发展需要，更不能满足配电线路对保护电器的要求，对于检测单相配电线路上的串联电弧故障更是无

2、能为力。本文参考国际电工委员会IEC6206-2013 Edl.O, MOD电弧故障检测电器(AFDD)的一般要求及美国 ANSI/UL1699 2011 Standard for Arc-FaultCircuit-Interrupters(故障电弧断路器标准)，并根据国标GB14287.4-2014电弧故障探测装置和GB/T 31143-2014电弧故障保护电器(AFDD)的一般要求设计串联点接触电弧故障试验系统。以这套电弧故障试验系统为平台，采集了常用电气负载在正常工作情况和点接触串联电弧故障情况下的配电线路中的电流波形，研究其正常运行及串联电弧故障时的电流波形的个体特征，重点研究不同工作

3、情况下的电流波形特征的提取、量化和分类识别方法，具体研究方法如下：首先，本文介绍了故障电弧检测装置的发展背景，分析国内外故障电弧检测装置的研究现状及发展趋势，明确论文选题的重要意义。根据故障电弧检测装置的技术指标和功能需求分析，制定出故障电弧检测装置的软硬件总体设计方案,并对硬件的芯片选型和软件开发环境做了阐述。其次，本文运用弧隙能量平衡微分方程，构建串联故障电弧模型，在MATLAB/Simulink平台上搭建了故障电弧数学模型，采集故障电弧的电压、电流波形，然后对典型负载串联故障电弧电流进行分析，得出串联故障电弧电流区别于正常工作电流的特征。然后通过相关模块提取到的仿真电弧电压、电流波形的暂

4、态信息，对故障信号进行分析，通过与实测波形相比较，证明该电弧模型能有效地反映串联电弧的特性。最后，本文为研究串联电弧故障特征，结合SVM采用两种方法实现对串联电弧故障进行诊断识别。一种方法基于小波包理论，通过对电流信号进行分解、重构和归一化处理，对处理后的电流信号采用短时傅里叶变换进行时频分析，得到燃弧前后电流信号的变化特征和频谱规律，通过对燃弧前后电流信号变化的特征和规律来判断是否有稳定故障电弧的发生。为了提取串联电弧的故障特征，本文在分析电弧电流频域特性后，引入经验模态分解方法(EMD),对串联电弧的电流波形进行平稳化处理。之后计算出EMD得到的本征模态函数IMF分量的能量嫡，作为故障电弧的特征向量。最后本文将SVM应用于串联故障电弧的识别，构建了 SVM学习机器。将处理好的数据分为训练集与测试集，对该SVM分类器进行训练和测试，实现了对线性负载、非线性负载和未知负载的电弧故障识别。