一种基于瞬时无功电流的三相交流串联故障电弧检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于瞬时无功电流的三相交流串联故障电弧检测方法，属于电气故障检测领域

【技术实现步骤摘要】
一种基于瞬时无功电流的三相交流串联故障电弧检测方法


[0001]本专利技术具体公开了一种基于瞬时无功电流的三相交流串联故障电弧检测方法，属于电气故障检测

。

技术介绍

[0002]交流供电系统在运行过程中因线路绝缘老化
、
导体断线或者接触松动，易在绝缘损坏或接触不良处产生故障电弧，电弧中心温度高达
5000
～
15000℃
，可引燃周围可燃物品，导致电气火灾事故，影响电气设备的安全可靠运行
。
因此防护交流供电系统电弧故障具有至关重要的作用
。
故障电弧可分为串联和并联故障电弧，其中串联故障电弧引发电气火灾概率较高，且具有隐匿性
、
复杂性和不稳定等特点，研究串联型故障电弧检测方法对于保证供电系统的供电安全具有重要意义
。
[0003]目前针对串联电弧故障的检测方法主要分为两类：一类是利用故障电弧放电时所引发的光
、
热
、
声和电磁辐射等间接参数进行特征检测；另一类是根据电弧发生时的电流
、
电压波形变化检测电弧
。
王尧等公开的“光伏直流电弧电磁辐射特性分析与测量方法”(
电工技术学报，
2019
年，第
34
卷，第
14
期，
2913
‑
2921
页
)
研究了光伏直流电弧电磁辐射信号特征及测量方法，分析了测量距离对电弧辐射信号强度的影响，但是该方法的有效性受传感器安装位置的限制，且易受外界环境等因素的影响
。
何志鹏等公开的“低压交流串联故障电弧辨识方法”(
电工技术学报，
2023
年，第
38
卷，第
10
期，
2806
‑
2817
页
)
提出了一种多特征融合的故障电弧辨识方法，在分析燃弧过程电流波形特征的基础上，从时域
、
频域和信号无序度三方面提取相关特征量，通过各特征量与设定阈值的比较判断电弧故障的发生
。
这种故障电弧辨识方法的平均准确率较高，且具有较高的抗干扰性，但是该方法增加了算法的复杂性，且对电机类负载辨识准确度较差
。
柯希璟等公开的“一种基于改进
PSO
‑
FCM
的低压交流串联故障电弧检测方法”(
中国专利，专利公布日：
2022
年6月7日，公布号：
CN114594339A)
公开了一种基于改进
PSO
‑
FCM
的故障电弧检测方法，通过采集正常和故障的原始电流信号进行时域和频域的特征提取，构建改进
PSO
‑
FCM
模型并将特征矩阵输入进行训练，将训练好的模型用于交流供配电系统中判断故障电弧是否发生
。
这种方法可以提高检测串联故障电弧的准确率，但是所需提取的特征量较多，算法比较复杂，增大了检测所需的时间
。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述问题及技术需求，提出了一种基于瞬时无功电流的三相交流故障电弧检测方法，本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种基于瞬时无功电流的三相交流故障电弧检测方法，该方法包括如下步骤：
[0006]步骤1，通过安装在三相各支路的电流传感器测量出三相电流
i
a
、i
b
、i
c
，将
abc
坐标系下的三相电流
i
a
、i
b
、i
c
通过
3/2
变换得到
αβ
坐标系下的电流
i
α
和
i
β
；
[0007]步骤2，通过安装在三相各支路的电压传感器测量出电弧电压
u
a
、u
b
、u
c
，将
abc
坐标系下的三相电弧电压
u
a
、u
b
、u
c
通过
3/2
变换得到
αβ
坐标系下的电压
u
α
和
u
β
，然后将
u
α
和
u
β
变
换至极坐标系，得到电压矢量的相角
θ
s
；
[0008]步骤3，将步骤1得到的
αβ
坐标系下的电流
i
α
和
i
β
，结合步骤2得到的电压矢量的相角
θ
s
，通过旋转变换得到瞬时无功电流
i
q
；
[0009]步骤4，将步骤3得到的瞬时无功电流
i
q
与设置的电流阈值
i
th
相比较，若
i
q
的幅值小于设置的电流阈值，则电弧故障未发生，若
i
q
的幅值大于等于设置的电流阈值，则判断电弧故障发生，输出故障信号
。
[0010]进一步，步骤1中的电流
i
α
和
i
β
，电压
u
α
和
u
β
，电压矢量的相角
θ
s
的具体变换公式如下：
[0011][0012][0013][0014]进一步，步骤3中所述的旋转变换公式为：
[0015]i
q
＝
i
α
sin
θ
s
‑
i
β
cos
θ
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0016]进一步，电流阈值
i
th
的设置过程为：将步骤1测量的
A
相电流值求绝对值得到
|i
a
|
；然后比较一个电周期下
A
相电流的绝对值得到相电流绝对值的最大值，其运算公式为：
[0017][0018]其中，
(i
a
)
max
为相电流绝对值的最大值，
|i
a
|
为
A
相电流的绝对值，
N
s
为采样位置的个数；最后电流阈值设置为
(i
a
)
max
的
20
％
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于瞬时无功电流的三相交流串联故障电弧检测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，通过安装在三相各支路的电流传感器测量出三相电流
i
a
、i
b
、i
c
，将
abc
坐标系下的三相电流
i
a
、i
b
、i
c
通过
3/2
变换得到
αβ
坐标系下的电流
i
α
和
i
β
；步骤2，通过安装在三相各支路的电压传感器测量出电弧电压
u
a
、u
b
、u
c
，将
abc
坐标系下的三相电弧电压
u
a
、u
b
、u
c
通过
3/2
变换得到
αβ
坐标系下的电压
u
α
和
u
β
，然后将
u
α
和
u
β
变换至极坐标系，得到电压矢量的相角
θ
s
；步骤3，将步骤1得到的
αβ
坐标系下的电流
i
α
和
i
β
，结合步骤2得到的电压矢量的相角
θ
s
，通过旋转变换得到瞬时无功电流
i
q
；步骤4，将步骤3得到的瞬时无功电流
i
q
与设置的电流阈值
i
th
相比较，若
i
q
的幅值小于设置的电流阈值，则电弧故障未发...

【专利技术属性】
技术研发人员：王康，计长安，王群京，范明豪，翟玥，李国丽，丁津津，洪伟，刘邦，程龙，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司亳州供电公司安徽大学，
类型：发明
国别省市：