[发明专利]一种用于智能电表的串联型电弧故障检测方法

说明书

一种用于智能电表的串联型电弧故障检测方法，属于电气工程测量领域。其特征在于：包括如下步骤：步骤a，设置监测节点；步骤b，得到周波电压；步骤c，对周波电压进行连续多次数值微分；步骤d，计算周波电压的工频初相角；步骤e，采集周波电压末次数值微分的绝对值；步骤f，判断周波电压是否出现串联电弧；步骤g，监测节点记录周波电压出现串联电弧的次数。在本用于智能电表的串联型电弧故障检测方法中，通过对电表处的相电压进行连续两次数值微分处理，以提取电压信号中的畸变特征信息，结合该畸变特征的相位判断电表上游线路是否出现了串联型故障电弧，综合利用了故障特征的畸变程度与畸变位置两种信息，提高了算法的可靠性。

技术领域

一种用于智能电表的串联型电弧故障检测方法，属于电气工程测量领域。

背景技术

串联型故障电弧是导体受损接触不良、接线端子松动或接触不良引起的导体放电现象，故障点与负载在线路中呈串联关系，具有持续性发生的特点。0.5A电弧电流的电弧温度即可达到2000～3000℃，当串联电弧故障持续存在时，极有可能引发电气火灾。串联电弧发生时，其电流波形一般出现：电流零休区、电流上升率变高、电流谐波含量增大、电流有效值变小、正负半周波不再对称的故障特征；负载不同以及负载功率不同时，这些故障特征的表现程度也会不同。现有的针对串联故障电弧的检测方法主要通过检测上述一个或多个电流特征量进行故障特征识别或通过将存储的故障特征进行匹配识别的方式实现。

串联故障电弧检测的难点包括：(1)故障电弧与负载串联，其故障电流大小与负载电流大小相当，因此无法通过电流阈值进行保护；(2)配电线路中负载多种多样，某类设备正常工作的负载电流可能具有与线性负载串联故障电弧时相同或相似的电流波形特征，因此很难找出一种适应各种负载的故障特征检测标准，致使目前的串联故障电弧检测成功率较低。(3)串联故障电弧发生时，其电流故障特征会受到负载功率的影响。(4)部分负载启动时也具有串联故障电弧具有的电流特征，因此易导致误判。(5)部分负载如电弧焊机、有刷电机工作时产生的电弧及插拔插座时产生的电弧存在与串联型故障电弧相似的故障特征，增加了串联型故障电弧的检测难度。(6)对于电弧时间很短或电弧电流很小的弱串联电弧故障，其电流波形中的故障特征量往往没有明显表现，致使弱串联故障电弧难以进行检测，为电弧引发火灾埋下隐患。

现有串联型故障电弧的检测方法大多采用提取电压电流信号特征量作为故障电弧检测依据，具体包括：

(1)基于电流故障特征量的检测方法。这些方法主要集中在检测电流的零休特征、高次谐波特征、电流上升率、相邻周期相似度的检测。基于电流零休特征的检测方法适合线性负载的电弧检测，由于很多非线性负载正常工作时的电流也具有零休时间，因此该方法对很多非线性负载不适用；其中基于检测高次谐波特征的方法以及电流上升率的方法，对很多非线性负载不适用，适用面较窄；基于无电弧时相邻周期电流相似度高，有电弧时电弧每个周期特性不相同的检测方法，不仅准确率较低，且极易受到负载功率、负载投切的影响而产生误判。

(2)基于负载端电压的串联电弧检测方法。在文献“负载端电弧故障电压检测与形态小波辨识”(作者：缪希仁、郭碧婷、唐金城、张丽萍)中提出了通过检测负载端电压识别串联电弧的方法，该方法通过对负载端电压每个周波的电压波形进行形态滤波、小波分解，通过分析其小波系数达到识别线路上游串联电弧的目的，该方法的思想是利用了电弧发生时存在畸变成分的原理进行检测。

该检测方法的本质是利用了故障点电弧电压的起弧过程造成的负荷端电压畸变实现故障检测，该方法认为负荷端电压在正常情况下为正弦波，仅在故障时出现故障畸变，进而通过利用小波变换选择合适的特征频段来突出故障量以实现检测。该方法的不足包括：(1)故障点电弧电压的起弧波形特征受负荷类型、线路参数影响，反映在负荷端电压上即故障特征所处的敏感频段难以确定。(2)该方法未考虑负荷端电压自身存在的谐波畸变，该固有谐波畸变经小波变换后所处的特征频段完全可能出现在故障畸变的特征频段上，进而导致误判。在实际应用中，该方法效果不稳定。

发明内容