低压系统故障电弧检测方法及其装置的研究

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1、分类号：TM561密级：UDC：621.3编号：201421401025河北工业大学硕士学位论文低压系统故障电弧检测方法及其装置的研究论文作者：曹旺林学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：电气工程指导教师：张冠英职称：副教授ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofElectricalEngineeringIdentificationMethodofLowVoltageArcFaultandTheStudyofArcFaultD

2、etectionDevicebyCaoWanglinSupervisor:ZhangGuanyingNovember2016摘要国内近几十年以来，用电量激增，同时导致大量的电气火灾发生，且由电气原因引发的火灾比例一直居高不下。国内对故障电弧的研究起步较晚，然而经过近十几年的发展，已经生产出比较可靠的电弧故障断路器，但是在算法的误判率和装置的灵敏度方面仍需改进。本课题首先依据UL1699标准搭建了故障电弧发生平台，模拟出各种负载(包括容性负载、阻性负载和感性负载)发生故障电弧的情形，采集了很多故障电弧数据(包括负载端

3、电压、回路电流、电弧电压)。并对这些数据进行统计分析，总结出其存在的共同特征和各自特点。然后分析了电弧故障检测方法，其中包括傅里叶、小波分析以及利用谐波含有率等方法。在分析这些方法的基础上，提出了基于EEMD算法的故障电弧辨识方法，并利用故障电弧数据对算法进行了反复验证，证明其比较可行。另外，当前的故障电弧检测算法大都是利用系统回路电流变化来检测回路是否发生故障电弧，然而利用电流检测故障电弧有很大的局限性。经过研究发现，各种负载的端电压在正常运行情况下基本是标准正弦波，发生故障时会产生一定程度的畸变，在此基础上提出

4、了一种基于入口端电压变化来检测故障电弧的周期辨识方法，通过各种负载的正常运行与故障电弧运行状态对算法进行了验证。最后研制出了一种基于单片机原理的故障电弧检测装置。此装置分为硬件和软件两部分。课题对这两部分都进行了比较系统的设计和介绍。经过试验验证，该装置能准确识别大部分电弧故障。论文最后对课题的所有工作进行了总结，并就装置的改进和算法方面提出了一些建议。关键词：故障电弧检测方法集合经验模态分解周期均值故障电弧检测装置IIABSTRACTInrecentyears,theelectricitywasconsumedt

5、oomuchinChinaandalargenumberofelectricalfiresoccurred.Andtheproportionofthefirecausedbytheelectricalcauseshasbeenhigh.Thoughtheresearchonthearcfaultstartedlate,morereliablearcfaultcircuitbreakershavebeenproducedaftermorethantenyearsofdevelopment.Howevertheerro

6、rrateofthealgorithmandthesensitivityofthedeviceinthealgorithmstillneedtobeimproved.Firstly,itbuildthearcfaultplatformaccordingtothestandardsofUL1699,simulatingthevariousofloads(includingcapacitive,resistiveandinductiveload)thatareinarcfaultandcollectingalotofa

7、rcfaultdata(includingloadterminalvoltage,loopcurrent,arcvoltage).Secondly,thearcfaultdetectionmethodsareanalyzed,includingFourier,waveletanalysisandsoon.Basedontheanalysisofthesemethods,thearcfaultidentificationmethodbasedonEEMDalgorithmisproposed,andthealgori

8、thmisverifiedbythearcfaultdatarepeatedly.Inaddition,thecurrentfaultarcdetectionalgorithmsaremostlybasedonthecurrentchanges,buttheuseofcurrentdetectionarcfaulthasagreatlimitation.It