小波变换的故障电弧检测方法研究

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1、基于小波变换的故障电弧检测方法研究项新建1,2，林　章1（1.中国计量学院计量测试工程学院，浙江杭州310018；2.浙江科技学院自动化与电气工程学院，浙江杭州310023）摘要：故障电弧是引起电气火灾的元凶之一，而现有线路中的保护设备不能检测到故障电弧的发生。对故障电弧的危害、定义及检测方法分类进行了描述，提出了一种基于Daubechies4阶小波变换的故障电弧检测方法。通过实验分析证明，该检测方法具有计算简单、实时性强的特点，能有效检测线路中是否有故障电弧产生。关键词：故障电弧；小波变换；检测

2、中图分类号：TM501+.2Arc-FaultDetectionTechniquesResearchBasedonWaveletTransformationXiangXinjian1,2,LinZhang1(1.College of Metrological Technology and Engineering,China Jiliang University,Hangzhou,310018,China.2.SchoolofAutomationandElectricalEngineering,Zh

3、ejiangUniversityofScienceandTechnology,Hangzhou,310023,China)Abstract:Thearc-faultistheoneofreasonsthatcauseselectricfiresbuttheprotectiondevicesinlinescouldn’tdetectthearc-fault.Thispaperdescribestheharmandthedefinitionofthearc-fault,illustratesthecl

4、assificationofarc-faultdetection,thenitproposesakindofarc-faultdetectionbasedonDaubechies4orderswavelettransform.Theanalysisofexperimentsshowsthatthedetectionmethodhascharacteristicsofsimpleandreal-timeandcoulddetectthearc-faultinlineseffectively.Keyw

5、ords:Arc-fault;Wavelettransform;Detection0引言由于住宅或设备内线路中存在不良电气连接、过载或者线路老化等问题，易引起故障电弧，故障电弧是引起电气火灾的罪魁祸首之一。据相关统计，仅大约0.5A电流产生的电弧温度即可达到2000℃~3000℃，足以引燃任何可燃物，而且当电压低至20V时，电弧也可稳定存在，难以熄灭。然而，在发生故障电弧时，负载电流通常较小，小于现有低压配电系统中设备的过流保护设定值，线路发生故障电弧不在保护范围之内[1]。因此，提出一种有效检测

6、线路中故障电弧的方法成为电气防火的迫切需求。1故障电弧的定义及分类电弧是跨越某种绝缘介质的两个电极之间的持续放电现象，经常伴随着电极的局部挥发，是非常复杂的电磁反应过程。电弧一般在2个电极之间的空气中形成的，其中心温度高达5000~15000℃。电弧存在的区域会产生很高的电离气压，使电弧释放出电极物质粒子和高热气体，极易引发火灾[2]。因为线路短路、绝缘老化、空气电离等原因而引起的预想外的线路电弧，则称为“坏弧”(BadArc)，即故障电弧。在低压供配电线路中，有串联、并联两类电弧故障。电力系统在

7、正常工作时也会有电弧发生（比如插拔开关或电机旋转），这种电弧称为“好弧”，即正常电弧。这些电弧是瞬时性的，很快就会熄灭，并不会持续存在，同时也不影响线路和设备的正常工作，不会引发电气火灾[3]。在检测故障电弧时，应能正确区分“好弧”和“坏弧”，防止引起误判断。2基于小波变换的故障电弧检测方法分析2.1故障电弧检测的方法分类总结各类检测故障电弧的方法，分别有一下三种[4]：①基于故障电弧物理现象的检测方法：根据故障电弧发生时的物理现象如弧光、温度变化、辐射、噪声等检测故障电弧。②基于电弧数学模型的检

8、测方法：建立电弧模型，并通过检测相应的参量检测电弧。③基于电流、电压波形的电弧检测方法：根据线路产生电弧时的电流、电压变化来检测电弧。检测电压电流是比较常见的检测电路回路故障的一种方法，检测电路的构造现在已经比较成熟而且成本低廉，更适合于市场应用。本文采用方法③检测故障电弧，即通过检测回路电流、进行小波变换后判断回路是否有故障电弧产生。2.2Daubechies小波傅里叶变换是在信号检测领域应用最多的数学变换方法之一，主要针对平稳信号进行分析。而故障电弧信号是随机出现的，属于快速阶