低压供配电线路故障电弧检测方法

低压供配电线路故障电弧检测方法

程红芳韩菊红刘志强

国网河南孟州市供电公司河南孟州454750

摘要：对于低压供配电线路而言，其中的电弧按照性质可以分为两种情况，一种是安全电弧，另一种就是故障电弧。若是故障电弧持续发展和蔓延，将可能导致整条线路上及设备损坏，进而引发电气火灾，对整个电力系统都会造成危害。故此，必须采取有效的检测技术对低压供配电线路中的故障电弧进行检测，从而确保线路的运行安全性和可靠性。

关键词：电力系统；低压供配电；电弧检测

1低压供配电线路

在低压供配电线路之中，导体由于外部绝缘的老化及接触不良、断裂等情况均有可能会导致电弧故障的出现。同负载之间串联起来，线路的电流通常会相较于电弧故障未出现时更小，不会导致微型断路器动作的出现；在相线和中性线间的并联电弧故障尽管会导致线路电流扩大，然而依然是一种间歇性的故障问题。电弧放电所产生出的巨大能量是导致电气诱发火灾的重要因素，就电弧保护装置开展相关的牙就工作是目前低压电器的主要发展方向之一。在被保护线路出现电弧故障之后，电弧会在经过零点位置之时发生“零休”情况，在此情况出现期间会导致高频分量的发生，借此可作为是否出现了电弧故障的判断依据。

2低压配电线路中的故障电弧分析

2.1故障电弧分类

2.1.1并联型电弧

这种电弧具体是指带电导体，如相线之间、相线与中性线之间的电弧，其又被称之为电弧性短路，由于这种电弧与供配电线路中的正常负载之间为并联状态，常将此类故障电弧称为并联型电弧。

2.1.2串联型电弧

带电导体由于受到外界因素的影响及本身质量问题而出现断裂，或是接触不良时而产生的电弧，由于这种电弧与负载之间是以串联的关系存在的，故此将其称为串联型电弧。

2.1.3电弧接地

其又被称之为电弧性漏电，具体是指带电导体与接地导体，如PE、接地设备金属外壳之间形成的电弧。

2.2故障电弧现象分析

2.2.1非接触性故障电弧

此类电弧具体是指在彼此绝缘的两个金属电极上，施加一定的电压，电极之间的绝缘介质，如空气，会出现电离，由此便会形成击穿电弧。相关研究结果表明，电压值是非接触性电弧发生时所必须具备的基础条件之一，业内的专家学者就这一问题进行了有关的试验研究，实验结果表明，对10mm的空气间隙施加30kV的电压后，会引起燃弧现象。若是极间的电压低于300V，极间空气间隙的大小将不会对击穿产生影响，换言之，在此种情况下，间隙均不会被击穿。也就是说，符合安装要求且运行正常的低压供配电线路基本不会出现此类击穿电弧。

2.2.2接触性电弧

当暴露在大气环境中的载流导体断开时，会出现一个接触面积较小的阶段，此时的电流密度相对较高，这样可能会造成分断位置处金属材料强烈发热，从而出现汽化现象，并且金属表面还会出现热电发射现象。一般般情况下，导体在开始脱离的过程中，会形成一个非常小的间隙，这个间隙内的电场强度极大，在强电场的作用下，电子会形成场强发射，极具动能的电子会与间隙内的中性介质点产生碰撞，由此会造成温度激增，在这样的前提下，气体分子与金属蒸汽的电离态会一直维持下去，只有导体上的电流被切断后，电弧才会随之熄灭，此类电弧归属于串联型的范畴。

2.2.3间接接触性电弧

当不同电位导体之间的有机绝缘材料受到外界因素的影响时，如机械损坏、温度变化等，导体表面及其内部的绝缘强度会大幅度降低，此时便会出现间接接触性燃弧现象，其极容易造成劣化线路绝缘被迅速击穿。

3低压配电线路中故障电弧检测技术的应用

3.1连续小波变换

通过对小波变换理论进行分析后，总结出了小波变换的涵义，即将函数ψ（t）作位移τ后，并在不同尺度α下，与待分析的信号x（t）作内积运算。在该涵义中，ψ（t）为基本小波，x（t）的小波函数可用下式表示。

在上式当中，α>0表示尺度因子，τ代表位移，即可为正，亦可为负；〈x(t),ψατ(t)〉代表内积。在式（1）中，α是尺度因子，它的主要作用是将基本小波，也就是ψ（t）作伸缩，故此α的值越大，则与之相对应的()ατψ就越宽。在尺度不同的前提下，小波的持续时间会随着α的增大而变宽，其幅度与α成反比例关系，而波形则会始终保持不变。因连续小波变换与傅里叶变换的形式基本相同，所以从这个角度上讲，可将小波变换视作积分变换，其与傅里叶变换存在的主要区别是，小波变换同时具有两种特性，即伸缩性与平移性，由此使得小波分析具有了多分辨率的时频域分析特性。

3.2离散小波变换

对于连续小波变换而言，在其变换的过程中，伸缩与平移这两个因子均为连续变化的实数，由此给数字信号的处理增添了一定的难度，正因如此，使得连续小波变换常被用于理论分析或是方案论证当中。而在一些实际问题的解决上，数值计算常用的形式为离散小波变换，其缩写为DWT，可用下式表示：

在式（2）中，x（t）与分析小波中的时间变量t并未被离散化，也就是说，离散小波变换离散的只是尺度因子α，并在τ格栅下完成小波变换。相关理论研究结果显示，连续小波变换离散成离散小波变换后，信号的基本信息不会丢失，同时，由于小波函数本身所具备的正交性特点，使得离散小波变化能够将小波空间中两点间因冗余引起的关联消除掉，并且因小波基函数正交性的存在，使得整个计算过程的误差变得更小，最终的变换结果时域函数可以反映出信号本身的性质。

3.3基于Daubechies小波的故障电弧检测方法

Daubechies小波能够借助已知的理想滤波器组队离散数据进行处理，这对于实际问题的解决提供了极大的方便，尤其是对故障电弧的检测，具体的检测步骤如下：

Step1：借助AD采样电路对整个电路当中的电流波形进行实时采样。

Step2：并通过Daubechies小波变换对采样所得的离散数据进行处理。

Step3：在正常电流的前提条件下，计算所得的小波函数波动变化幅度较小，如果故障电弧产生，则小波函数的波动变化会增加，其幅值约为正常的几十倍，由此便可准确检测出故障电弧。

3.4多分辨率分析

其又被称之为尺度分析，简称MRA，上世纪90年代初期，该理论被正式提出，该领域内的专家提出，能够使用连续的尺度函数与小波函数将信号分解成为不同频率的小波分量，同时再与滤波器的理论相结合，提出了一种快速分解与重建的Mallat算法，由此使得小波在计算上变得可行，当α（尺度因子）相对较大时，可以对概貌进行观察，而当α较小时，则可对细节进行观察。无论在那种情况下进行观察，中间频率与带宽的比值均保持不变，这便是多分辨率分析。下面重点从理想滤波器组的角度进行对此进行分析。在信号的采样率满足奈奎斯特采样定理的要求时，归一频带便会被限制在一定的区间范围之内，该区间为-π～+π，在这一前提下，

可使用理想的低通滤波器对信号进行分解处理，将之分成频带为0～π2的低

频部分，然后再使用理想的高通滤波器，将信号分解成为频带在π2～0的高

频部分，以此来反映低频的平滑概貌和高频的细节信号。经过滤波处理后，再引入二抽取的环节，这样便可将原序列处理成长度为原来序列一半的新序列。经过分解之后的低频可以重复进行下去，具体做法是对上一级的低频概貌进行分解，在这一过程中，输出的采样率应当随之减半，这样便对原有的输入信号进行了多分辨率分解，由此便可实现对信号由粗略到精细的观察。

结束语

可以发现低压供配电线路出现故障的原因有很多种，对它进行检测的方法有很多种。对不同的现象来说都是作用是不一样的。在低压供配电线路故障电弧检测中，我们要对故障进行分类，根据故障产生的类型采取相关的措施。

参考文献

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