电弧性电气火灾检测技术研究与装置开发

发布时间：2017-08-02 08:00

  本文关键词：电弧性电气火灾检测技术研究与装置开发

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【摘要】：我国电气火灾已经成为火灾的首要元凶,并且有愈演愈烈的趋势。由于传统断路器主要对金属性短路和漏电引起的电气火灾起到防范作用,而当绝缘破损、老化导致电弧故障时,因故障电流低于传统断路器的动作阈值,传统断路器不能全方位、有效的防范电气火灾。因此,如何有效防范由电弧故障引起的电气火灾就显得十分重要。论文基于负载抑制性,针对不同工况下,对电弧故障特征参数的提取进行了实验研究,提出可行的电弧故障检测方法,提高了电弧故障检测的准确性,并研发出相应的检测装置。本文依据GB14287.4-2014《电气火灾监测系统第4部分:故障电弧探测器》国家标准,搭建了可以产生不同类型电弧故障的实验平台,按照标准要求对电流和高频耦合信号进行采集,采用多种信号处理方法提取电弧故障特征,实验结果表明:单纯依靠电流波形或高频特征对电弧故障进行识别存在较高的误判和漏判,很难准确实现电弧故障的识别。鉴于单一特征判据检测存在的局限性,本文采用数理统计的方法,挖掘三种能够全面表征电弧故障的特征量,并通过神经网络多信息融合算法实现电弧故障的识别,大大提高了电弧故障检测的准确性,并根据高频、电流波形斜率、电流周期变化特征,给出了三个便于微处理器移植的量化公式。根据上述电弧故障识别算法,研制了电弧故障检测装置样机。硬件设计主要包括信号调理模块、电源模块、微处理器模块以及通讯模块。其中,以对数检波放大器为核心,设计了能有效提取电弧故障高频轮廓特征的高频电路模块;为了便于微处理器对电流信号的处理,设计了单电源精密整流电路。软件部分,针对BP神经网络融合算法相对复杂,难以在很短时间内完成特征值的融合,这里采用简化算法将特征值按照融合时的权重求和作为输出参数。按照自顶而下、模块化、结构化的编写思路,完成电弧故障检测程序的设计。按照国家标准测试了装置样机性能,试验结果表明,本文开发的装置样机,能够有效地检测回路中的电弧性短路故障,并能够避免其它支路的高频串扰。
【关键词】：电弧故障 屏蔽性负载 电气火灾 神经网络 对数检波
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM08
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-13
• 1.1.1 电气火灾的危害9-10
• 1.1.2 电气火灾的成因10-12
• 1.1.3 研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势13-17
• 1.2.1 电弧性电气火灾检测研究的国外现状13-15
• 1.2.2 电弧性电气火灾检测研究的国内现状15-16
• 1.2.3 电弧性电气火灾检测技术的发展方向16-17
• 1.3 主要研究内容及目标17-19
• 第2章 低压交流电弧故障实验及数据分析19-43
• 2.1 电弧产生机理及特性19-21
• 2.1.1 电弧产生机理19
• 2.1.2 交流电弧的时频特性19-21
• 2.2 实验平台的建立与数据采集21-25
• 2.2.1 实验平台的功能要求21
• 2.2.2 实验平台的组成21-25
• 2.3 点接触电弧故障特征分析25-36
• 2.3.1 单一负载实验25-28
• 2.3.2 负载启动实验28-31
• 2.3.3 负载抑制性实验31-36
• 2.4 碳化路径串联电弧故障特征分析36-38
• 2.5 高频串扰实验38
• 2.6 并联电弧故障特征分析38-40
• 2.7 电弧故障实验数据综合分析40-41
• 本章小结41-43
• 第3章 低压交流电弧故障特征提取及识别43-69
• 3.1 电弧故障高频特征的提取43-50
• 3.1.1 高频耦合信号的处理过程43-48
• 3.1.2 高频特征值的提取48-50
• 3.2 电弧故障电流特征的提取50-63
• 3.2.1 电流信号的处理50
• 3.2.2 平肩变化特征分析50-52
• 3.2.3 电流波形斜率特征的提取52-57
• 3.2.4 电流周期积分特征的提取57-63
• 3.3 基于多信息融合的电弧故障诊断63-67
• 本章小结67-69
• 第4章 低压交流电弧故障检测装置设计69-85
• 4.1 电弧故障检测装置硬件设计69-75
• 4.1.1 AC/DC电源模块69-70
• 4.1.2 高频信号调理电路70-72
• 4.1.3 电流信号调理电路72
• 4.1.4 MCU电路及其它输出电路72-74
• 4.1.5 电弧故障检测装置的研制74-75
• 4.2 电弧故障检测装置软件设计75-81
• 4.2.1 主程序设计75-76
• 4.2.2 电弧故障检测子程序设计76-81
• 4.3 电弧故障检测装置测试81-84
• 4.3.1 电弧故障试验81-82
• 4.3.2 误报警试验82-83
• 4.3.3 负载抑制性试验83
• 4.3.4 并联抗扰动试验83-84
• 本章小结84-85
• 第5章 总结与展望85-87
• 5.1 全文总结85
• 5.2 展望85-87
• 参考文献87-91
• 致谢91-93
• 个人简历、在学期间学术论文及研究成果93

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本文编号：608220