「重大通报」平均识别准确率90%！多功能熔接电弧故障识别方法-技术开发-韩韩H5开发

电弧故障是影响配电网安全可靠运行的主要题之一。故障电弧保护开关的研制可以有效减少因电弧故障引起的电气火灾事故，保障配电线路安全稳定运行。但由于线路负载、电弧状况等原因，电弧故障识别有些复杂。西北工业大学自动化学院、云南电网有限公司何志鹏、李伟林、邓云坤、赵虎等在《电气工程学报》2023年第10期发表论文在分析电弧燃烧特性的基础上，提出了一种多功能融合电弧故障识别方法。研究结果表明，该方法在实际工程应用中的平均识别精度为90，满足工程应用的精度和稳定性要求。

高层建筑中的配电线路分布密集，部分露，在风吹雨淋时，很容易出现绝缘老化、接触不良等题。线路绝缘老化、接触不良，极易造成线路故障拉弧。电弧中心温度可达500015000摄氏度，极易引燃周围可燃物，引发电气火灾事故，影响设备安全稳定运行。分销渠道。据统计，2012年至2021年，全国共发生住宅火灾1324万起，其中电气火灾占427%，而电气火灾的一个重要原因是线路中的电弧短路。

根据线路故障电弧的拓扑结构，可分为串联故障电弧和并联故障电弧。当并联故障电弧发生时，回路电流显着增大，常规断路器能够及时触发，分断回路。当发生串联故障电弧时，回路电流会减小，常规断路器无法触发，且回路电流信号容易受到线路负载和外部环境等因素的影响。串行错误弧具有隐蔽性和复杂性的特点。和不稳定系列准确识别故障电弧是很困难的。

电弧发生时，伴随着弧光、弧声、电磁波等现象，所以一开始多采用温度、光敏、天线等传感器来监测单故障电弧，但效率较低。这种方法的效果受到传感器位置的，并且容易受到外部环境等因素的影响。如果线路中出现串联故障电弧，则电路相当于串联了一个可变负载。环路负载的变化不可避免地影响环路电流的大小。因此，监测环路电流信号成为监测环路电流信号的另一种方式。线路中出现故障电弧。

交流电弧相对于直流电弧不稳定，由于电极电压的变化而反复熄灭和重燃，并且由于回路电流而产生许多谐波分量，因此许多专家学者使用傅立叶等工具。通过变换和小波变换提取回路电流信号的谐波分量，作为回路是否处于稳态以及是否发生电弧故障的判断标准。

此外，当故障电弧发生时，电流波形特性发生显着变化，包括幅度减小和平肩特性。因此，常利用电流波形的时域特征来识别故障电弧。然而，当线路处于稳态时，环路电流信号可能包含大量谐波分量，这可能导致平肩和其他类似的故障电弧特性（例如，在存在开关电源等非线性负载的情况下））。）。线。

近年来，随着机器学习等人工智能技术广泛应用于各个领域，许多专家学者也正在进行利用机器学习识别电弧缺陷的研究，并在某些方面取得了良好的成果。然而，目前利用机器学习方法开发的电弧缺陷识别模块制造成本较高，难以广泛推广和应用。

考虑到对故障电弧物理特性研究的缺乏以及现有故障电弧识别模块制造成本较高等题，西北工业大学自动化系和云南电网电力科学研究院有限公司的研究人员基于介绍了一种方法，提出了一种基于多特征融合的简单串联故障电弧识别方法。通过分析电弧燃烧过程的特点，从时域、频域、信号扰动三个方面提取相关特征，并通过比较线路在一段时各特征的差异来确定临界范围。利用自制的电弧事故保护开关模块在正常情况下和发生电弧事故时验证了多功能收敛诊断方法的有效性。

图1实验装置电路原理

他们利用高速相机在更小的时间尺度上分析电弧燃烧特性，通过电弧图像直观地反映单故障电弧燃烧的不稳定性。分析电弧燃烧的物理现象与电流波形特征之间的关系，利用断零特性和纹波特性来识别电弧缺陷。

图2故障电弧识别程序流程

研究人员发现，当线路处于稳定状态和发生故障电弧时，线路电流波形在时域、频域和信号扰动三个方面存在明显差异，经过实验验证，提取的环路电流平均值具有数值和谐波幅值和以及小波能量熵三个特征量，可以在大多数负载下有效区分电弧故障。

最后，研究人员以通用微控制器为载体制作了电弧故障保护开关原型，并通过实验验证了多功能融合方法的效率和稳定性。采用特征量比值作为阈值选择的依据，避免了不同负载下阈值差异较大的题，简化了故障电弧识别方法的复杂度。经测试，该故障电弧识别方法平均准确率达到90%以上，且抗干扰性能良好。

该研究结果发表在《电气工程与技术学报》2023年第10期上。论文题目为《低压交流串联缺陷电弧识别方法》。

事实上，电弧的形成是因为所有感性负载（感应电流、电压和电流）不会同时过零，并且具有“电流不能改变”的特性。

简单地说，开关的触点之间会产生电弧，当间隙较小时，由于电弧电压和电弧电流引起的高温，间隙中会产生介质。空气开关不受空气、油、惰性气体和真空的影响。

随着间隙变宽，电弧能量（电弧电压和电弧电流的乘积）达到峰值。这时，声音和光都形成了。