基于弧声的故障电弧预测预警保护技术研究

【摘要】： 开关柜内部故障电弧是配电系统中一种非常严重的故障，故障电弧一旦产生，将会通过各种效应释放巨大的声、光、电、热等能量，轻则使母线烧毁、开关设备报废、变压器损坏；重则引起燃烧爆炸，危及人身安全，造成重大的社会经济问题，因此研究故障电弧的早期探测方法，降低故障电弧产生的危害和机率，具有深远的现实意义。 总结了故障电弧的研究现状，介绍了故障电弧的各种探测方法，指出了故障电弧早期预测预警方法、探测智能化、集成化是未来故障电弧探测研究领域的发展趋势；建立故障电弧探测试验平台，进行了不同试验条件下的高压放电试验。试验研究表明，以电弧声作为故障电弧的早期探测状态参量具有可行性。 将非线性混沌和分形理论运用到故障电弧的特征信息提取之中。建立了基于Duffing-Homels混沌振子的故障电弧声检测系统，通过Lyapunov指数确定系统的运动状态，进而提取故障电弧产生的特征频率信息；以分形理论为基础，研究分析了在弧声产生和发展过程中声音信号关联维数的变化：在电弧声信号产生前，声音信号的关联维数小于4.0，在电弧声信号产生以后声音信号的关联维数大于4.0。提出了基于故障电弧产生之前的弧声信号关联维数的预测预警保护思路，并研制了相应的预警预测保护系统。利用故障电弧产生之前的弧声信号进行预测预警，将传统的故障电弧被动检测保护系统改进为主动的早期预测预警系统；采用弧光和电流双判据的探测方法，对两路信号进行数据处理、判断，满足电弧放电特征时，发出脱扣信号，启动故障电弧保护，断开控制断路器分闸的继电器，保护变压器及开关柜。