一种基于终端供电电压波形的串联电弧故障检测方法技术

本发明专利技术提供一种基于终端供电电压波形的串联电弧故障检测方法，该方法包括如下步骤：位于低压线路的监测终端获取线路电压一个周波的波形，并标注波峰（正的最大值）、波谷（负的最大值）及反向过零点，使用IIR带通滤波器滤除电压波形中的谐波及高频噪声，保留滤波后波峰波谷间的样本值，这些样本值分为两个部分，一个部分为波峰与反向过零点之间的样本值（左窗能量样本），另一个部分为反向过零点与波谷之间的样本值（右窗能量样本），计算每个样本值的平方值（功率值），计算左窗样本及右窗样本的瞬时能量值（功率值之和）及（式中k代表迭代的周期数，例如k为1表示第一个基波周期（50Hz系统为20mS）采样值的计算结果，k为2表示第二个基波周期采样值的计算结果。），计算左窗样本及右窗样本的迭代差能量值及（、），计算对称能量值（），根据瞬时能量值、迭代差能量值及对称能量值特有属性判断是否发生了串联电弧故障。属性判断是否发生了串联电弧故障。属性判断是否发生了串联电弧故障。

【技术实现步骤摘要】
一种基于终端供电电压波形的串联电弧故障检测方法


[0001]本专利技术涉及电气工程测量领域，具体是一种串联电弧故障检测方法。

技术介绍

[0002]电弧是一种气体游离放电现象，也是一种等离子体。电弧中的电流从微观上看是电子及正离子在电场作用下移动的结果，其中电子的移动构成电流的主要部分。电弧产生时，会释放大量的热，有可能引燃周围的物品，造成火灾甚至爆炸。
[0003]故障电弧按照故障发生位置可分为三类：1)并联故障电弧，该电弧发生在相线与中性线之间，与负载呈并联关系；2)串联故障电弧，该电弧发生在相线或者中性线上，与负载呈串联关系；3)接地故障电弧，该电弧发生在相线或中性线与大地之间，本专利技术仅对串联故障电弧的检测进行讨论。
[0004]串联电弧故障是发生在破损线路或线路与设备连接处的故障电弧，串联电弧发生时，其电弧燃烧产生的高温是引发电气火灾的重要因素之一。由于串联电弧发生时，其故障电流与负荷电流在数值上相仿，因此传统的过流保护装置无法对其进行保护。对串联电弧故障的检测包括利用可见光、紫外线、红外线、声音等物理特征量的检测，以及利用电弧发生时的电流电压特征量的检测。现有的检测研究多集中在利用电弧发生时的故障电流特征实现检测，但随着用电侧大量非线性负荷的接入，使得传统的利用串联电弧故障电流“零休”特征的检测方法效果受到了很大影响；因而基于电流故障特征的方法难以实现与非线性负荷电流的特征区分。现如今，相关领域学者的研究多集中在利用人工智能技术、多特征融合技术实现串联电弧故障检测。这些研究虽然在理论上能够解决串联电弧故障检测的难题，但由于其算法复杂度较高，因此这些方法离实际应用还有一定距离。
[0005]基于可见光、紫外线、红外线、声音等物理特征量的检测方法易受外界环境的影响，且这类方法受到安装位置的限制，使其应用受限。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于终端供电电压波形的串联电弧故障检测方法。
[0007]根据本专利技术提供的基于终端供电电压波形的串联电弧故障检测方法，包括如下步骤：步骤S1：位于低压线路的监测终端获取线路电压一个周波的波形，并标注波峰（正的最大值）、波谷（负的最大值）及反向过零点。
[0008]步骤S2：使用IIR带通滤波器滤除电压波形中的谐波及高频噪声，保留滤波后波峰波谷间的样本值，这些样本值分为两个部分，一个部分为波峰与反向过零点之间的样本值（左窗样本），另一个部分为反向过零点与波谷之间的样本值（右窗样本）。
[0009]步骤S3：计算每个样本值的平方值（功率值）。
[0010]步骤S4：计算各个迭代周期的左窗样本瞬时能量值及右窗样本的瞬时能量
值。
[0011]步骤S5：计算左窗样本迭代差能量值及右窗样本的迭代差能量值。
[0012]步骤S6：计算对称能量值。
[0013]步骤S7：根据瞬时能量值、迭代差能量值及对称能量值特有属性判断是否发生了串联电弧故障。
[0014]优选地，在步骤S2中通过带通滤波及样本截取，获得发生串联电弧故障时电源电压波形中由串联电弧故障引起的能量样本（左窗样本及右窗样本）。
[0015]优选地，在步骤S3中通过中计算每个样本值的平方值来获得能量样本的功率值。
[0016]优选地，在步骤S4中通过计算能量样本的功率值之和来获得左窗样本及右窗样本的瞬时能量值。
[0017]优选地，在步骤S5中，通过计算左窗样本及右窗样本相邻周期的瞬时能量值之差来获得左窗样本及右窗样本的迭代差能量值。
[0018]优选地，在步骤S6中，通过计算左窗样本及右窗样本同周期的瞬时能量值之差来获得对称能量值。
[0019]优选地，在步骤S7中，通过设定瞬时能量值阈值、迭代差能量值阈值及对称能量值阈值，当左窗样本或右窗样本的瞬时能量值大于瞬时能量值阈值及左窗样本或右窗样本的迭代差能量值大于迭代差能量值阈值及对称能量值小于对称能量值阈值同时成立时，，则串联电弧故障标志计数加1。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术提供的本专利技术以串联电弧故障发生时线路电压中的故障特征为检测判据，与利用电弧发生时的电流波性、可见光、红外、紫外等特征量作为判断依据的方法相比，本专利技术所提供方法的可靠性更高、成本更低。
附图说明
[0021]构成本申请的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例串联电弧故障特征提取算法流程示意图。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0023]结合图1所示，本专利技术提供一种简便的串联故障电弧检测方法，该方法通过对终端供电电压波形带通滤波并截取其峰谷间样本，形成左窗及右窗能量样本，从而可计算左窗及右窗瞬时能量值并用其计算对称能量值，利用相邻周期左窗及右窗瞬时能量值可计算左窗及右窗迭代差能量值，并利用这三种能量值的大小与串联电弧故障发生与否的逻辑关系形成判据，从而可大幅度提高串联故障电弧检测的快速性和准确性。本专利技术提供的基于终端供电电压波形的串联电弧故障检测方法，包括如下步骤：
步骤S1：位于低压线路的监测终端获取线路电压一个周波的波形，并标注波峰（正的最大值）、波谷（负的最大值）及反向过零点。
[0024]步骤S2：使用IIR带通滤波器滤除电压波形中的谐波及高频噪声，保留滤波后波峰波谷间的样本值，这些样本值分为两个部分，一个部分为波峰与反向过零点之间的样本值（左窗样本），另一个部分为反向过零点与波谷之间的样本值（右窗样本）。
[0025]步骤S3：计算每个样本值的平方值（功率值）。
[0026]步骤S4：计算各个迭代周期的左窗样本瞬时能量值及右窗样本的瞬时能量值。
[0027]步骤S5：计算左窗样本迭代差能量值及右窗样本的迭代差能量值。
[0028]步骤S6：计算对称能量值。
[0029]步骤S7：根据瞬时能量值、迭代差能量值及对称能量值特有属性判断是否发生了串联电弧故障。
[0030]以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于终端供电电压波形的串联电弧故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：位于低压线路的监测终端获取线路电压一个周波的波形，并标注波峰、波谷及反向过零点;步骤S2：使用IIR带通滤波器滤除电压波形中的谐波及高频噪声，保留滤波后波峰波谷间的样本值，这些样本值分为两个部分，一个部分为波峰与反向过零点之间的样本值，即左窗能量样本，另一个部分为反向过零点与波谷之间的样本值，即右窗能量样本；步骤S3：计算每个样本值的平方值，即功率值；步骤S4：计算各个迭代周期的左窗样本瞬时能量值及右窗样本的瞬时能量值；步骤S5：计算左窗样本迭代差能量值及右窗样本的迭代差能量值；步骤S6：计算对称能量值；步骤S7：根据瞬时能量值、迭代差能量值及对称能量值特有属性判断是否发生了串联电弧故障。2.根据权利要求1所述的基于终端供电电压波形的串联电弧故障检测方法，其特征在于，在步骤S2中通过带通滤波及样本截取，获得电源电压波形中能量样本（左窗样本及右窗样本）。3.根据权利要求1所述的基于终端供电电压波形的串联电弧故障检测方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓辉，王琦，胡静，张锋，
申请(专利权)人：上海华建电力设备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：