低压供配电线路故障电弧检测方法探讨

低压供配电线路故障电弧检测方法探讨

李淼张慧刘永明

（国网山东省电力公司巨野县供电公司山东菏泽274900）

摘要：本文首先分析低压供配电线路故障电弧检测方式的现状以及今后发展方向。详细分析低压供配电线路以及家庭供配电系统之间分别产生故障电弧时所呈现出的不同物理特性，并分析出两者电弧检测方式的区别。

关键词：低压供配电线路故障；电弧检测；方法

0.引言

传统的基于弧声、温度以及弧光等故障电弧检测方式，因为受地理位置的限制往往不能够应用在供配电线路当中。当前的故障电弧检测方式主要是依据故障过程中所产生的电流波形特点，并借助采样幅值大小以及傅里叶分析等多种手段，辨别故障电弧。

1.低压供配电线路故障电弧检测现状

想要检测故障电弧首先需要检测到电弧，然后再考虑如何鉴别是否为故障电弧。根据相关文献报道，当前检测电弧的方式主要为以下三大类：1、按照电弧发生时所产生的物理现象检测电弧，主要是以辐射、噪声、温度以及弧光等变化检测电弧；2、建立电弧产生模型，并按照检测得出的相应参数鉴别电弧是否产生[1]；3、按照电弧产生过程中的电压、电流等波形变化鉴别电弧是否产生。在电弧产生过程中，会发生一些非常明显的物理现象，例如辐射、噪声、温度以及弧光等变化[2]。在低压供配电线路当中产生电弧，有着较多并且非常明显的物理现象，例如噪声、强烈的电弧光、高温、高压等[3]。早在上世纪末，借助压力分区华通、红外线接收器以及回路天线检测等方式便能够检测电弧产生时所发生的电磁辐射、热量以及噪声等特性，并根据这些特性设计了一种电弧检测装置。主要是借助分光镜的照相方式以及光谱仪等对弧光进行检测。

以下为低压供配电线路故障电弧的模糊推理计算模型。

1.1计算波形斜率

因为故障电弧发生过程中，波形会呈现“平肩部”，并且斜率会迅速发生变化，信号的斜率大小变化便可以作为判断的依据[4]。图1为实验所截取的15个周期的故障电弧斜率波形、正常电路斜率波形。

图1故障、正常波形斜率

从图1可以明显看出，正常电路波形斜率的幅值只会存在许多较小的变化，而故障电弧则完成不同，其变化大小更大，因为平肩部过后波形的斜率会呈现迅速上升或下降，同时斜率波形的幅值便有了较大的变动。但是在低压供配电线路当中，电路普遍含有非电阻性的负载，例如计算机电源波形等，这些波形其周期形状都有所不同，但具备周期性，存在平肩部与斜率迅速改变等类型的电弧发生特点，可以借用个周期采样均值差值之间的对比方式排除电弧故障，从而计算波形斜率。

1.2模糊化计算

模糊化计算主要是将输入空间的观测量映射在输入论域上的模糊集合。在模糊控制当中，观测到的数据普遍为清晰量，但是虎摸系统对于数据的处理确实基于模糊结合的方式，对此，在输入数据时必须模糊化处理。

隶属函数的初始值以及选择量主要是基于实验与经验为基础进行确定。按照实际的情况，将三个输入信息以及输出故障的概率隶属度函数分为故障的可能性大于表示为PB、故障可能性中表示为PM、较小故障可能性表示为PS、无可能发生故障则表示为ZO。图2为各个输入量与输出变量的隶属度函数。

图2输入输出变量隶属度函数示意图

1.3建立模糊推理规则

模糊规律的建立主要是基于手动操作人员或专家长期积累的经验，主要是按照感觉所推理的一种语言表示形式，是建立模糊推理系统的核心。

模糊规则无论是使用哪种方式，其得出的模糊规则都是相似的推理结果，对此，还需要解决一些规则的协调性问题。既要保障模糊规则的完整性，对任何模糊状态的输入时都必须要产生一个输出；还需要保障模糊规则的相容性，虎摸规则之间不会出现相违背的结论。

规则的建立主要是采用MATLAB上模糊工具箱中的模糊推理系统（FIS）建立的。模糊逻辑工具箱有5个主要的图像用户界面工具能够用于建立、编辑以及观察模糊推理系统。

模糊推理的输出、输入去面试图窗口以图形的形式显示了模糊推理系统的输入输出特性曲面，并以三种评判的绝对值作为输入量，输出的输出曲面观察器作为故障概率，详情见图3。

2.故障电弧检测的发展方向

在低压供配电线路中，因为故障电弧检测点的固定，电弧物理现象较为鲜明，并且故障检测方式主要是借助电流瞬时值与弧光达到故障借测目的。在低压供配电线路系统中，因为检测点的不固定，电弧的物理变化现象仍然不明显，其检测方法需要采用多种电压波形来完成。

当前，对故障电弧的检测研究主要是停留在电弧发生之后再进行检测。对此，故障电弧检测的未来发展方向需要以故障电弧变化之前检测手段为主。相关研究显示，电弧燃弧之前，空气会被击穿从而形成超声波，并对超声波进行检测即可达到故障电弧预警的效果。

多信息技术的融合是各类型电路故障电弧检测发展的主要展望目标。合理应用神经网络、模糊数学等信息化融合理论，综合温度、辐射、噪声以及弧光等变化，分析电流电压的变化状况，必然有利于对故障电弧的快速检测效果。

3.总结

综上所述，本文通过搭建低压配电线路故障过程中的电弧模拟平台，分析故障时电弧的变化特性，并最终获得多种较为明显的还变特征作为故障电弧的判断依据，借助模糊逻辑推理方式检测故障电弧。模糊系统可以将多个判断依据进行融合判断，从而客服单一判断时因电路存在的阻性负债改变情况和阻性感性而导致的误判等缺陷。

参考文献

[1]段培永,窦甜华,段晨旭,等.低压供配电线路故障电弧检测方法[J].消防科学与技术,2011,30(7):617-620.

[2]窦甜华,段培永,段晨旭,等.一种建筑物低压供配电线路故障电弧检测新方法[J].微计算机信息,2011,27(3):159-161.

[3]段培永,窦甜华,杨修文,等.基于CMAC神经网络的低压故障电弧检测[J].山东建筑大学学报,2011,26(2):105-109.

[4]段培永,徐丽平,石嘉川,等.基于小波系数均差值的低压电弧故障诊断方法[J].山东建筑大学学报,2014,29(1):1-8.