多负载回路串联型故障电弧特性研究

发布时间：2020-06-10 05:13

【摘要】：在低压用电系统中,由于线路复杂,多负载回路中发生串联型故障电弧时,电弧特征隐蔽性强,故障电弧断路器不易检测到下级线路的串联型故障电弧。本文针对低压用电系统中的多负载回路串联型故障电弧进行了研究,对各线路点发生串联型故障电弧时的电流特性进行了分析,提取了能够反映多负载回路串联型故障电弧特征的有效信号,并研究了其时频特性。本研究对低压用电系统的安全可靠运行具有较为重要的意义。首先,搭建了多负载回路串联型故障电弧实验平台,选取不同的故障点,针对单负载回路、双负载回路、四负载回路、六负载回路行了故障电弧实验,获得了在各点发生故障电弧时的干路电流数据,分析了电流的时域特征和频谱特征。然后,应用小波包变换对干路电流信号进行5层分解重构,利用小波包能量熵衡量第5层每一小波包重构系数在故障电弧发生前后的变化程度,对不同实验组别的小波包能量熵变化率进行统计,提取出串联型故障电弧有效信号。最后,利用变分模态分解(VMD)和魏格纳分布(WVD)对提取的有效信号进行时频分析,找出了可以表征故障电弧特征的特征模态分量,构造了故障电弧特征信号,并提取了特征量结合极限学习机(ELM)来对串联型故障电弧进行识别。结果表明:提取的特征模态分量在发生故障电弧后有显著变化,构造的故障电弧特征信号的时域特性和WVD边缘特性能够准确有效地描述多负载回路的串联型故障电弧特征,可为多负载回路串联型故障电弧的诊断提供依据。
【图文】：

波形,故障电弧,接触电压,阻性负载

串联型故障电弧的成因主要有三：绝缘碳化、载流导体故障、空气电离。绝缘碳化又可分为焦介碳化和潮湿碳化，焦介碳化是指导线或导线连接点绝缘损坏处的两个放电电极间存在的电压所造成的碳化现象，从而形成焦介碳化路径；潮湿碳化主要是指在潮湿条件以及污染条件的作用下，导线或导线连接处出现裂纹或者破损，进行可能会出现漏电流的现象，从而形成潮湿碳化路径。载流导体故障则是指线路绝缘老化破裂在回路中出现间隙很小的断点，断点间电压近似为电源电压，，此电压可能会击穿断点形成电弧，电弧产生后所带来的高温会熔化金属导体加剧电弧燃烧。空气电离则是在介电强度薄弱处的空气被强电场击穿形成的电离，空气电离后介电强度进一步下降，如此反复，便会产生故障电弧。在发生串联型故障电弧时，回路中的电流和发生电弧的两极之间的接触电压会发生畸变，如图 1.2 是阻性负载在正常工作和发生串联故障电弧时的电流与接触电压波形。+50正常工作530串弧故障4

主电路图,主电路,故障电弧

（b）实物图图 2.1 实验主电路Figure 2.1 Experimental main circuit故障电弧发生器生产生活中串联型故障电弧大都是由于线路绝缘老化、电连接器松动等环境很难模拟绝缘的老化等环境，因此 UL1699 标准中设计了电弧发生故障电弧进行研究[2]。参照 UL1699 标准研制了串联故障电弧发生装置来产生故障电弧。故障头之间，实验时先使动触头与静触头良好接触并接通主电路，以此来模状态，然后控制步进电机控制器使步进电机转动，带动安装在滑台上的移动，使动、静触头分离，直至电弧发生。故障电弧发生装置的原理图所示。
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM501.2

【参考文献】