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低压串联电弧故障的诊断研究与应用

赵洋  
【摘要】:随着现代工业的发展,居民用电量的不断增加,电气火灾已成为造成人身安全及财产损失的巨大隐患。据《2010年中国火灾统计年鉴》统计,全国每年因电气原因引起的火灾占火灾总数的30.7%。根据美国NEC标准,在用电系统低压用户端,并联电弧和接地电弧的回路电流一般大于75A,现有的保护断路器已具备隔离保护能力;对于串联电弧故障,因受到线路负载的限制,其回路电流的有效值往往与负载正常工作回路电流有效值相近,均在5-30A之间,传统的保护方法无法完成隔离保护串联电弧故障,进而导致电气火灾事故的发生。因此,串联电弧故障的检测与诊断对电气设备的安全运行尤为重要。 根据UL1699-2008AFCI标准,通过构建电弧故障模拟实验平台以获得电弧故障的电气参数。利用该实验平台,通过对不同负载进行电弧故障模拟实验,从而建立电弧故障诊断数据库,并以此作为电弧故障特征研究的基础。 故障发生时,由于电弧电阻和线路阻抗的限制,使电流保护装置无法对线路进行有效保护。根据电弧理论,引入Cassie,Mayr和Stokes经典电弧模型进行低压电弧故障的建模与仿真。通过对仿真结果与实测波形对比,结合小波能量熵理论,从能量平衡角度对上述三种电弧模型结果进行仿真对比,从而找出最为接近实测数据的电弧模型。 为研究串联电弧故障特征,实现对串联电弧故障的诊断识别,结合BP神经网络采用两种方法对串联电弧故障进行诊断识别,一种基于小波变换模极大值理论,通过将小波各频段模极大值作为网络输入向量实现对串联电弧故障的诊断识别;另一种基于信号的奇异性、不确定性及能量特性,通过找出信号三种特性间的特性分布关系判定电弧故障是否发生。 基于STC单片机,采用三次谐波幅值检测与能量检测结合的方法实现对电弧故障的检测,完成电弧故障检测装置软硬件设计与样机制作。基于LabVIEW虚拟仪器平台,通过编写G语言程序,利用MPS-010601型数据采集卡完成电弧故障检测系统的设计与实现。


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