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基于小波分析及数据融合的电气火灾预报系统及应用研究

余琼芳  
【摘要】:火推动了人类社会的文明进步,而火灾却给人类带来了巨大的危害。随着现代社会经济的快速发展以及工业的不断繁荣,各种电气化产品的层出不穷,给火灾的发生提供了更大的可能性。多年来电气火灾的数量一直呈现居高不下的局面,而且损失惨重的重特大火灾往往也由电气火灾造成。传统的火灾预报由于探测技术、信号处理方法和理论研究的局限性,在电气火灾监测过程中时常会出现误报及漏报。 论文深入分析了电气火灾形成机理,在分析出电弧(电火花)和高温为电气火灾火源的根本形式的基础上,通过大量实验,深入研究了不同负载形式下的交流故障电弧燃烧时的电弧电压、电流波形特性后发现,交流电弧在燃烧过程中有潜在着的“零休现象”。故障电弧的“零休现象”特性,给故障电弧的检测拓宽了思路。提出了利用故障电弧检测与分析监测及预报电气火灾的方法。 运用小波函数对故障电弧电流信号进行了小波奇异性分析。构造了正交二次样条小波为小波函数,利用多孔算法的二进小波变换实现了快速小波变换算法。故障电弧周期零休现象这一特征信息用小波分析时表现为周期性的奇异点,因此提出了周期性奇异点检测故障电弧的新算法,并分析了该故障电弧检测算法的可行性和有效性。 在检测故障电弧发生的基础上,对电气火灾早期现场的主要特征信号进行了多参数实时监测,运用多信息融合技术完成了对所探测的电气火灾特征信息的融合,实现了电气火灾的准确辨识。设计了基于故障电弧的信息融合的三层模型,并运用我国标准火数据以及典型干扰数据进行了实验仿真,仿真结果表明,该融合模型能够很好地完成电气火灾的快速准确预报,有效地避免了电气火灾的误报和漏报。 采用集散控制方法,完成了基于故障电弧和多信息融合的电气火灾预报系统的系统设计。整个系统分为上下位机,下位机又分为主机和从机。下位机主要完成信号的采集、预处理以及传输,其中的主机可完成一定的信号处理与判断;上位机主要完成各种信号处理算法的实现、存储以及监控系统画面的实现。所研发的“电气火灾预报系统”经过了反复试验、调试并在多家应用单位进行了推广使用,较好地实现了电气火灾的预防。 论文在电气火灾预报方面进行了一定的研究工作,取得了一定的进展,但是,电气火灾仍然有许多值得研究的热点,例如,在故障电弧进一步与电气火灾其他参量的融合方面、电气火灾融合模型结构的优化方面、采用新型探测技术和探测器扩展现有系统的能力方面、其它领域的新技术(如激光图像粒径分群、激光前向/后向散射的应用)引发电气火灾探测技术的新途径方面以及电气火灾监测技术在与自动化、现代通讯技术、智能大厦技术的进一步结合使得电气火灾探测系统更趋于自动化、开放性和模块化等方面还会有更进一步的发展。


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