故障电弧检测装置的研究与设计

发布时间：2017-08-03 18:14

  本文关键词：故障电弧检测装置的研究与设计

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【摘要】：随着我国国民经济的迅猛发展,生产及居民用电量日益增高,电气火灾事故也更加频发,其中因故障电弧引起的电气火灾事故所占比例越来越高,对故障电弧的研究己经引起了社会的广泛关注。当发生故障电弧时由于故障电弧电流低于过流保护装置所设定的动作电流,且故障电弧发生时也无对地泄漏,所以传统的保护装置已无法对故障电弧提供有效的防护。因此需要对故障电弧的特征进行研究并在此基础上研制出故障电弧检测装置。本论文针对故障电弧的检测进行研究,并设计开发了一台故障电弧检测装置样机。论文首先介绍故障电弧检测装置的发展背景,分析国内外故障电弧检测装置的研究现状以及发展趋势,明确论文选题的重要意义。根据故障电弧检测装置的技术指标和功能需求分析,制定出故障电弧检测装置的软硬件总体设计方案,并对硬件的芯片选型和软件开发环境做了阐述。其次,对故障电弧的判别算法进行研究,提出一种基于多特征提取和BP神经网络的判别算法。并在Matlab下对故障电弧判别算法进行仿真,验证了该判别算法的可行性。再次,对故障电弧检测装置的硬件进行设计,主要包括主控电路、电源电路、电流数据采集电路、通讯预留接口电路、声光报警电路、按键测试电路、外围扩展预留接口电路等。并详述了各个部分的组成原理与具体实现方式。对故障电弧检测装置的软件进行设计,主要包括主程序、初始化程序、A/D转换程序、特征参数提取程序、BP神经网络训练程序、BP神经网络判别程序、通讯和声光报警程序等。并对各程序的工作流程做了介绍,绘制出相应的流程图。最后,对故障电弧检测装置进行报警性能测试、串扰测试以及误报警测试。测试结果表明,本论文所设计的故障电弧检测装置样品达到了预期目标。
【关键词】：故障电弧 标准差 变异系数 小波 BP神经网络
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM501.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 选题背景与研究意义10-13
• 1.2 故障电弧检测装置的研究现状13-14
• 1.2.1 国外发展现状13-14
• 1.2.2 国内发展现状14
• 1.3 论文的组织结构14-16
• 第2章 故障电弧检测装置总体设计16-23
• 2.1 故障电弧检测装置的功能需求分析16-17
• 2.2 故障电弧检测装置的技术指标17
• 2.3 故障电弧检测装置总体框架17-19
• 2.3.1 故障电弧检测装置硬件总体设计17-19
• 2.3.2 故障电弧检测装置软件总体设计19
• 2.4 故障电弧检测装置主控芯片选型19-21
• 2.5 软件开发环境介绍21-22
• 2.6 本章小结22-23
• 第3章 故障电弧分析与判别算法研究23-52
• 3.1 故障电弧仿真实验平台23-24
• 3.2 故障电弧波形特征分析24-32
• 3.3 故障电弧周期平均值标准差分析32-33
• 3.4 故障电弧平肩宽度变异系数分析33-38
• 3.5 故障电弧小波分析38-47
• 3.5.1 小波变换原理38-39
• 3.5.2 小波基函数的选取39-40
• 3.5.3 故障电弧小波模极大值和分析40-47
• 3.6 故障电弧BP神经网络判别方法47-51
• 3.6.1 BP神经网络原理47-48
• 3.6.2 基于BP神经网络的故障电弧判别方法48-51
• 3.7 本章小结51-52
• 第4章 故障电弧检测装置软硬件设计52-65
• 4.1 故障电弧检测装置硬件设计52-59
• 4.1.1 主控电路52-53
• 4.1.2 电源电路53-54
• 4.1.3 电流数据采集电路54-55
• 4.1.4 通讯预留接口电路55-57
• 4.1.5 声光报警电路57-58
• 4.1.6 按键测试电路58
• 4.1.7 外围扩展预留接口电路58-59
• 4.2 故障电弧检测装置软件设计59-64
• 4.2.1 主程序设计59
• 4.2.2 初始化程序设计59-60
• 4.2.3 A/D转换程序设计60-61
• 4.2.4 特征参数提取程序设计61
• 4.2.5 BP神经网络训练程序设计61-62
• 4.2.6 BP神经网络判别程序设计62-63
• 4.2.7 通讯和声光报警程序设计63-64
• 4.3 本章小结64-65
• 第5章 故障电弧检测装置测试65-73
• 5.1 串联故障电弧报警性能测试65-67
• 5.1.1 负载运行时突然接入串联故障电弧时的报警性能66
• 5.1.2 同时接入负载和串联故障电弧时的报警性能66-67
• 5.1.3 故障电弧检测装置供电瞬间接入串联故障电弧时的报警性能67
• 5.2 并联故障电弧报警性能测试67-70
• 5.2.1 电缆试品并联故障电弧报警性能测试67-69
• 5.2.2 切割电缆并联故障电弧报警性能测试69-70
• 5.3 串扰与误报警测试70-72
• 5.3.1 串扰测试70-71
• 5.3.2 误报警测试71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 总结与展望73-75
• 参考文献75-78
• 致谢78-79
• 附录A 攻读学位期间发表的软件著作权79-80
• 附录B 硬件实物图80-81
• 附录C 部分源程序81-82

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本文编号：615669