[发明专利]一种故障电弧产生装置及其检测方法

权利要求书

1.一种故障电弧产生装置，其特征在于，包括串联故障电弧产生装置和并联故障电弧产生装置，具体如下：

串联故障电弧产生装置，包括振动台，绝缘层，手柄和螺栓；振动台为底座，绝缘层固定在振动台上，在绝缘层中心固定一个导体基座，绝缘螺母穿透导体基座将其固定在绝缘层上，且同时将绝缘层固定在振动台上；在导体基座上与绝缘螺母相对位置，连接固定的螺栓，手柄松动的套在螺栓中；松动的手柄在振动台的作用下，和固定的螺栓之间会产生相对位移，模拟导体松动的情况产生电弧；

并联故障电弧发生装置包括绝缘基座，两根测试导线，钢刀片和绝缘手柄；绝缘手柄控制钢刀片的起落；两根测试导线连接外部电源，并列放置在绝缘基座上；钢刀片竖直切开两根测试导线外层漆皮，与测试导线内部铜丝接触；通过钢刀片连接两根测试导线，产生并联故障电弧，模拟航空导线在维修或受到外力情况下，绝缘被破坏从而产生电弧的情况。

2.利用如权利要求1所述的一种故障电弧产生装置的故障电弧的检测方法，其特征在于，包括直流故障电弧的检测方法和交流故障电弧的检测方法；具体如下：

针对直流故障电弧的检测方法是利用小波包分解提取故障特征量，然后利用BP神经网络进行判断；

具体步骤如下：

步骤一、采集串联故障电弧产生装置或并联故障电弧产生装置产生的故障电弧，使用不同的基函数对故障电弧的电流信号分别进行小波包分解，得到每个基函数对应的各分解节点；

步骤二、针对每个基函数，分别计算该基函数的各分解节点的能量值和香农熵；

针对某基函数的第n个分解节点，能量值E(n)计算公式如下：

其中，i为第n个分解节点中的离散点序号，m为第n个分解节点的离散点总个数，Cn,i为第n个分解节点中第i个离散点的系数；

针对该基函数的第n个分解节点，香农熵S_entropy(n)定义为：

其中，每个分解系数占该节点能量的比例p_i的求解公式为：

所以，当p_i＝0，令p_i*log₂p_i＝0；

步骤三、针对每个基函数，分别求取所有分解节点的能量值总和与香农熵总和的比值，依据能量-香农熵比值最大原则选取小波包分解的最优基函数；

步骤四、以最优基函数对采集的故障电弧的电流信号再次进行小波包分解，分别求出各分解节点的能量和香农熵的比值；

针对最优基函数中的第n个分解节点，对应的能量-香农熵比值ζ(n)公式为:

步骤五、根据各分解节点的能量-香农熵比值求解对应频率段的比值，提取故障特征频率段中的各分解节点的香农熵作为故障特征量；

根据最优基函数能确定分解层数，根据人为设定的采样频率，能确定每个分解节点所在的频率段；

步骤六、利用LM(Levenberg-Marquard)-BP神经网络对故障特征量进行判断；

将故障特征量作为BP神经网络的输入，当判断有电弧时输出-1，没有电弧时输出1；

针对交流故障电弧的检测方法是利用集合经验模态分解提取特征量，利用BP神经网络进行判断；

具体步骤如下：

步骤I、采集串联模拟发生装置或并联模拟发生装置产生的故障电弧的电流信号，利用集合经验模态分解算法EEMD对电流信号进行分解，得到各阶的本征模太分量IMF；

步骤II、针对各阶的本征模太分量IMF，分别计算各模太分量对应的能量和能量熵；

步骤III、使用EEMD对故障电弧信号和正常电流信号进行分析，分别得到故障和正常两种情况下各阶的本征模太分量IMF；

步骤IV、将正常和故障电弧下相同序号的本征模太分量IMF对应的能量熵进行相比，得到各同阶的IMF比值；

步骤V、将各同阶的IMF比值从大到小排序，选取前M个作为特征量；

步骤VI、利用LM-BP神经网络对特征量进行故障电弧的判断；

将提取的各特征量作为BP神经网络的输入，规定正常情况下输出为1，存在电弧时的输出为-1。

3.如权利要求2所述的一种故障电弧的检测方法，其特征在于，步骤一中所述的基函数分别为：haar、db5、db10、coif1、coif5、sym2、sym8。