[發明專利]一種低壓用戶非侵入式電弧故障精準檢測方法及系統

有效

• 申請號: 202110571290.5
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113281625B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 欒文鵬;林建利;劉博;余貽鑫
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種低壓用戶非侵入式電弧故障精準檢測方法，包括：預設包含正常與故障樣本的全部電器全特征數據庫；初始化相關參數；采集用戶入戶處總電流和端電壓并進行降噪處理；捕捉總電流信號穩態時窗，計算CRC特征，結合故障電弧特征樣本，實時檢測故障電弧；若存在故障電弧，利用電流模式匹配實現負荷分解得到負荷構成；若時窗穩態特征發生變化及負荷構成已知，計算ZCP特征，根據用戶負荷構成和CRC和ZCP特征列出運行中電器的全特征樣本矩陣；以全特征矩陣最優分解的最佳匹配結果作為電弧電流分解結果得到故障電器，實現故障支路定位，進而切除故障。本發明可根據用戶總口電流實現故障電弧監測，并辨識出故障支路，消除電弧故障引發的火災隱患。

技術領域

本發明涉及電力系統故障電弧監測領域，具體涉及一種低壓用戶非侵入式電弧故障精 準檢測方法。

背景技術

電氣火災在所有火災類型中排名第一，根據《中國火災統計年鑒》，近年來我國電氣火 災約占火災總數的30％，且呈逐年上升趨勢，而電弧故障是電氣火災的主要原因。低壓配 電線路由于接線端子松動、線路長期過載、絕緣老化等原因而導致的等離子體放電的現象 即為電弧故障，且往往伴隨著電極局部高溫濺射而產生火災隱患。因此，研究電弧電流、 電壓信號的故障特征具有重要意義，可為電弧故障保護裝置的設計提供理論指導，從而保 證用電的安全可靠。

電弧故障可分為并聯電弧故障和串聯電弧故。不同位置的并聯電弧故障的電流波形具 有較強的共性，一般大于負載電流。串聯電弧故障的電流波形受其下游電器負載的影響， 幅值一般小于負載電流。傳統的保護裝置如熔斷器、斷路器等在過電流時觸發，可以有效 地檢測和保護并聯電弧故障，但不能檢測串聯電弧故障。不同電器在發生串聯電弧故障時， 電弧電流波形具有以下特點：波形中含有諧波成分；由于電壓降的存在，電流幅值低于正 常負荷電流；電流上升率高于正常電流；它在過零點前熄滅，過零點后重新點燃，形成“平 肩”，即零休時段；它是隨機的，通常是間歇性的，中間有正常的電流波形。

非侵入式負荷監測(Non-intrusive Load Monitoring,NILM)是20世紀80年代由MIT 的Hart提出的。它只需在客戶入口處安裝一個傳感器，對總電流和終端電壓進行采集和分 析，就可以監測到家中每臺電器的耗電量和運行狀態，從而了解家庭中每臺電器的詳細耗 電情況。

目前，針對串聯故障電弧的檢測方法主要有以下三方面：一是基于電弧光、熱、電磁 輻射等的電弧故障檢測；二是基于電弧數學模型；三是基于電弧電壓電流波形。現有大量 故障電弧檢測方法和判據研究，多集中在高采樣率的電弧電流和電壓信號的時、頻域特征。 然而受限于線路實際安裝場景和設備采樣頻率，單個負載端電壓波形難以獲取且對采樣頻 率要求較高的算法難以推廣應用。由于故障電弧檢測與非侵入式負荷監測所在量測點的位 置天然重合，而串聯電弧故障時的電流波形是疊加在負載電流之上，本發明的初衷是融合 這兩個領域的研究成果，以期發現更有效的串聯電弧故障檢測和識別方法,并通過研究相對 于不同電器運行時的電弧特征差異，定位電弧故障所在的支路，以便更加快速及時地排除 故障電弧的火災和安全隱患。

發明內容

考慮到現有技術存在的不足，為進一步促進故障電弧檢測在實際低壓用戶的推廣應用， 實現用戶火災預警和線路隱患定位消除，本發明結合有監督的非侵入式負荷監測技術，提 出了一種低壓用戶非侵入式電弧故障精準檢測系統和方法，旨在解決低壓用戶故障電弧檢 測問題。此發明可以根據用戶總口電流實現故障電弧監測，并辨識出電弧故障所在的電路 分支，即故障發生在哪個電器所在的哪條支路上，可以及時消除電弧故障引發的火災和安 全隱患。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種低壓用戶非侵入式電弧故障精準檢測方法， 包括以下步驟：

步驟1：預設包含全部電器的正常特征樣本數據庫、故障電弧特征數據庫的全部電器全 特征樣本數據庫；同時初始化預先設置的相關參數，包括初始時窗的穩態特征、初始用戶 負荷構成；