矿井供电系统串联型故障电弧数学模型及诊断方法研究

【摘要】：因接触不良等原因,矿井供电系统的电气连接点可能发生串联型故障电弧。串联型故障电弧具有一定的潜伏性、隐蔽性,是引起矿井供电系统电气火灾的主要原因之一。因矿井供电系统串联型故障电弧实验难以开展,获取串联型故障电弧的典型特征及诊断方法已成为研发矿用故障电弧断路器的瓶颈。论文首先开展了交流36V、110V、220V、380V串联型故障电弧实验;然后通过数值分析得到了不同实验条件下的串联型故障电弧数学模型参数,研究了电路参数与串联型故障电弧数学模型参数的相关性,建立了串联型故障电弧数学模型,并通过对实验系统串联型故障电弧仿真分析验证了模型的有效性;接着对矿井供电系统串联型故障电弧及其他电气故障进行仿真及特征分析,建立了矿井供电系统串联型故障电弧的特征参数数据库;最后综合比较诊断模型的准确性、快速性及抗干扰性能,提出了K近邻矿井供电系统串联型故障电弧诊断模型。研究成果对防治因串联型故障电弧引发的电气安全事故,保证矿井供电系统的供电可靠性具有重要意义。论文得到以下主要结论:(1)电路参数电压有效值、电流有效值、功率因数与串联型故障电弧数学模型参数?_m、?、p_s、?、g_0关联度较大,通过神经网络黑箱模型可预测矿井供电系统串联型故障电弧数学模型参数,由此可建立矿井供电系统串联型故障电弧数学模型。(2)建立的串联型故障电弧数学模型可用于完成矿井供电系统串联型故障电弧的特征分析及故障诊断工作。(3)串联型故障电弧电流信号的过零点数、峰峰值、方差、峭度系数、裕度因子可作为串联型故障电弧的时域特征参数。串联型故障电弧电流信号的谐波畸变率、陷波处理后单边功率谱的频率方差可作为串联型故障电弧的频域特征参数。经陷波处理后串联型故障电弧电流信号的小波包系数能量熵、小波包系数峰峰值可作为串联型故障电弧电流信号的时频域特征参数。(4)K近邻串联型故障电弧诊断模型在故障电弧诊断的准确性、抗负载电流波动扰动、抗环境噪声扰动方面优势明显,可用于矿井供电系统串联型故障电弧的诊断。(5)K近邻矿井供电系统串联型故障电弧诊断模型兼具串联型故障电弧选相的功能。