低压电弧类绝缘故障广域检测定位方法

技术领域

本发明涉及故障定位技术领域，尤其是低压电弧类绝缘故障广域检测定位方法。

背景技术

电弧是一种发光的穿过绝缘介质的放电,通常伴随着电极的部分挥发。电弧故障是电路中发生的一种未预期的电弧状态，线路中电弧故障具有较高的隐蔽性，以及强大的破坏力，容易造成设备损坏，故障电弧的特点是线路中电流可能减少，但电弧的电流放电可产生上千摄氏度的高温，并使故障迅速扩大，直至点燃附近的可燃物而引发火灾。而火灾只是电弧故障会引发的安全隐患之一。传统的过电流保护断路器、剩余电流保护器等装置主要是以电流为动作依据，检测故障电弧，但无法对故障电弧进行定位。

现有技术中，有利用并联电容上电流的极性、时域幅值和频谱积分识别串联电弧故障以及电弧故障近似位置的方法，通过分析负荷开关对串联电弧故障的影响，并基于试验系统提出排除符合开关影响的方法，对变换器高频开关谐波的影响进行分析，使用绝对门限的判别方法，依据试验系统确定时域和频域的门限。

现有的故障电弧检测装置只能进行故障电弧检测，不能同时实现故障电弧检测与定位以及故障电弧类型检测且检测准确率偏低。

利用并联电容上电流的极性、时域幅值和频谱积分识别串联电弧故障以及电弧故障近似位置的方法，由于电弧的产生受气隙两端电压、气压、气隙间距、温湿度以及电极条件等因素影响，不同条件下产生的电弧强度及其频谱分布必然也不相同，实验系统中产生的电弧故障频谱分布不能代表电弧故障频谱分布的全部内容，将实验系统生成的分布图用于实际系统电弧故障及位置检测可能造成较大的误判。

发明内容

本发明的目的是通过提出低压电弧类绝缘故障广域检测定位方法，以解决上述背景技术中提出的缺陷。

本发明采用的技术方案如下：

提供低压电弧类绝缘故障广域检测定位方法，包括如下步骤：

S1：基于电弧故障检测定位装置进行电弧故障检测；

S2：对于电弧故障检测发生电弧故障时则进行声光报警并向监控后台发送电弧故障定位信息；若检测未发生故障则向监控后台发送线路电流电压信息；

S3：监控后台向数据监控端发送监控数据，并进行报警。

作为本发明的一种优选技术方案：所述电弧故障检测定位装置包括电弧霍尔传感器、电流互感器、漏电互感器、温度传感器、无线通讯模块和GPS模块，装置启动后则连接监控后台。

作为本发明的一种优选技术方案：所述电弧霍尔传感器采用闭环式霍尔电流传感器。

作为本发明的一种优选技术方案：所述闭环式霍尔电流传感器用于故障电弧监测，以故障电弧电气特性为检测量监测回路故障电弧并判断故障区域。

作为本发明的一种优选技术方案：所述电弧霍尔传感器基于采集的故障电弧电气特性进行快速傅里叶变换得到离散后的采样信号X

其中，σ(ω)为电弧发生时产生的信号，n

信号衰减幅度的值根据时延Δt计算获得：

将离散后的采样信号X

其中，

基于改进粒子群算法对进行反向傅里叶变换得到的时延估计谱峰值的寻优选取：

其中，

其中，ω

基于故障定位算法进行电弧位置定位：

其中，x

令电弧故障位置为(x，y，z)，设置四个电弧霍尔传感器进行监测，并且任意相邻两个电弧霍尔传感器间间距为d：

基于上述方程求解获得电弧位置坐标(x，y，z)。

作为本发明的一种优选技术方案：所述电流互感器用于电流监测，由闭合的铁芯和绕组组成，所述电流传感器输出信号为电流，所述电流与输入信号成正比，输出电流经过测量电阻后输出与电流成正比的电压信号，以此判断是否发生电弧故障，同时基于下式判断电弧故障距离；

其中，L为电弧与电流互感器距离，U

作为本发明的一种优选技术方案：所述漏电互感器用于漏电监测，通过基尔霍夫电流定律监测电路中是否出现故障电弧，当流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零时，漏电互感器不发出信号；当监测各相电流矢量和不为零时，判断出现故障电弧，漏电互感器发出报警信号。

作为本发明的一种优选技术方案：所述温度传感器用于线缆温度监测，设定正常情况下温度变化范围值，监测因发生电弧故障电流放电产生的高温。

作为本发明的一种优选技术方案：所述S3中的报警包括后台报警和手机端报警。

作为本发明的一种优选技术方案：所述后台报警还发送电弧个数和电弧位置。

本发明提供的低压电弧类绝缘故障广域检测定位方法，与现有技术相比，其有益效果有：

本发明通过利用结合电弧霍尔传感器、电流互感器、漏电互感器、温度传感器、GPS定位模块等原理技术，获得低压电弧故障产生机理和发展特性，能够实现判断故障电弧个数和实现故障定位，能够精准识别故障。精准判断每一相线上的故障电弧、漏电、短路、线缆温度、电流、电压、电压频率、功率等数据。检测到故障信息时，发出声光报警，同时向监控后台端及手机端发送报警信号，并且将故障点的位置信息传送至监控后台端，定位故障的区域，提升故障定位及处理效率。

附图说明

图1为本发明优选实施例的方法流程图；

图2为本发明优选实施例中电弧故障检测定位装置硬件配置及作用图；

图3为本发明优选实施例中检测定位装置检测流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，本发明优选实施例提供了低压电弧类绝缘故障广域检测定位方法，包括如下步骤：

S1：基于电弧故障检测定位装置进行电弧故障检测；

S2：对于电弧故障检测发生电弧故障时则进行声光报警并向监控后台发送电弧故障定位信息；若检测未发生故障则向监控后台发送线路电流电压信息；

S3：监控后台向数据监控端发送监控数据，并进行报警。

所述电弧故障检测定位装置包括电弧霍尔传感器、电流互感器、漏电互感器、温度传感器、无线通讯模块和GPS模块，装置启动后则连接监控后台。

所述电弧霍尔传感器采用闭环式霍尔电流传感器。

所述闭环式霍尔电流传感器用于故障电弧监测，以故障电弧电气特性为检测量监测回路故障电弧并判断故障区域。

所述电弧霍尔传感器基于采集的故障电弧电气特性进行快速傅里叶变换得到离散后的采样信号X

其中，σ(ω)为电弧发生时产生的信号，n

信号衰减幅度的值根据时延Δt计算获得：

将离散后的采样信号X

其中，

基于改进粒子群算法对进行反向傅里叶变换得到的时延估计谱峰值的寻优选取：

其中，

其中，ω

基于故障定位算法进行电弧位置定位：

其中，x

令电弧故障位置为(x，y，z)，设置四个电弧霍尔传感器进行监测，并且任意相邻两个电弧霍尔传感器间间距为d：

基于上述方程求解获得电弧位置坐标(x，y，z)。

所述电流互感器用于电流监测，由闭合的铁芯和绕组组成，所述电流传感器输出信号为电流，所述电流与输入信号成正比，输出电流经过测量电阻后输出与电流成正比的电压信号，以此判断是否发生电弧故障，同时基于下式判断电弧故障距离：

其中，L为电弧与电流互感器距离，U

所述漏电互感器用于漏电监测，通过基尔霍夫电流定律监测电路中是否出现故障电弧，当流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零时，漏电互感器不发出信号；当监测各相电流矢量和不为零时，判断出现故障电弧，漏电互感器发出报警信号。

所述温度传感器用于线缆温度监测，设定正常情况下温度变化范围值，监测因发生电弧故障电流放电产生的高温。

所述S3中的报警包括后台报警和手机端报警。

所述后台报警还发送电弧个数和电弧位置。

本实施例中，参照图2，电弧故障检测定位装置主要由电弧霍尔传感器、电流互感器、漏电互感器、温度传感器组成，内置无线通讯模块和GPS模块，安装在低压220V线路上，装置启动后即可连接监控后台。也可以通过RS485与上端控制系统连接。参照图3，当装置检测到故障时，发出声光报警，并会将报警信号和故障点的发送至监控后台及手机端，向后台报警时还同时发送电弧个数和电弧位置，定位故障的区域。通过上述方式可以精准判断每一相线上的故障电弧、漏电、短路、线缆温度、电流、电压、电压频率、功率等数据。

参照图2，电弧霍尔传感器用于故障电弧监测，以故障电弧电气特性(如电流信号、电压信号)为检测量，不受检测地点的限制，本实施例电弧霍尔传感器采用闭环式霍尔电流传感器，可精确测量故障电弧线路中电弧电流的变化。监测回路故障电弧判断故障区域。

闭环式霍尔电流传感器基于采集的故障电弧电气特性进行快速傅里叶变换得到离散后的采样信号X

其中，σ(ω)为电弧发生时产生的信号，n

信号衰减幅度的值根据时延Δt计算获得：

将离散后的采样信号X

其中，

基于改进粒子群算法对进行反向傅里叶变换得到的时延估计谱峰值的寻优选取：

其中，

其中，ω

基于故障定位算法进行电弧位置定位：

其中，x

令电弧故障位置为(x，y，z)，设置四个电弧霍尔传感器进行监测，并且任意相邻两个电弧霍尔传感器间间距为d：

基于上述方程求解获得电弧位置坐标(x，y，z)。

闭环式霍尔电流传感器基于广域检测定位的方法对闭环式霍尔电流传感器的检测时延进行估计，通过对信号进行互相关计算，能够提高有效信号在输入信号中的比例，抑制噪声的权重，从而提高互相关函数计算精度。还通过改进粒子群算法进行时延估计谱峰值的寻优，改进粒子群算法中，通过非线性递减的惯性权重的动态调整策略提升算法前期的全局搜索能力以及算法后期的局部搜索能力，能够有效降低时延值与真实值之间的误差，提升对电弧故障位置的定位性能。

电流互感器同样用于电流监测，由闭合的铁芯和绕组组成，电流传感器输出信号为电流，与输入信号成正比，输出电流经过测量电阻可以得到与电流成正比大小的输出电压信号。后续可以根据测到的电流和电压作为电弧故障发生的判断依据。

电流互感器可以基于下式判断电弧故障距离：

其中，L为电弧与电流互感器距离，U

可与闭环式霍尔电流传感器的定位坐标进行对比输出电弧故障位置。

漏电互感器用于漏电监测，采用剩余电流互感器，同样由线圈与铁芯组成，利用基尔霍夫电流定律，流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零。当低压线路正常时，各相电流的矢量和等于零，漏电互感器不发出信号。当出现故障电弧时，各相电流矢量和不为零，漏电互感器发出报警信号。

温度传感器用于线缆温度监测，设定正常情况下温度变化范围值，因发生电弧故障，电流放电产生的高温，温度传感器也会接收到异常数据，结合电弧霍尔传感器、电流互感器、漏电互感器的共同作用，可以减少发生误报的概率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。