低壓供配電線路故障電弧檢測技術(shù)及應(yīng)用實踐分析

王 松

（南京中儒電力設(shè)計有限公司，江蘇 南京 210000）

低壓供配電線路故障電弧檢測技術(shù)及應(yīng)用實踐分析

王 松

（南京中儒電力設(shè)計有限公司，江蘇 南京 210000）

本文首先對低壓配電線路中的故障電弧進行了簡要分析，在此基礎(chǔ)上，對低壓配電線路中故障電弧檢測技術(shù)的應(yīng)用進行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)Φ蛪汗┡潆娋€路故障電弧問題的解決有所幫助。

供配電線路；故障電弧；檢測技術(shù)

1 低壓配電線路中的故障電弧分析

1.1 故障電弧分類

在電路中，故障電弧的發(fā)生具有不可預(yù)見性的特點，無論是電弧的出現(xiàn)時間或是出現(xiàn)地點都是未知的，并且一旦故障電弧出現(xiàn)，其規(guī)模與持續(xù)時間都很難進行控制，根據(jù)電弧在供配電線路中的發(fā)生性質(zhì)不同，可以將故障電弧細(xì)分為以下幾類。

（2）串聯(lián)型電弧。帶電導(dǎo)體由于受到外界因素的影響及本身質(zhì)量問題而出現(xiàn)斷裂，或是接觸不良時而產(chǎn)生的電弧，由于這種電弧與負(fù)載之間是以串聯(lián)的關(guān)系存在的，故此將其稱為串聯(lián)型電弧。

（3）電弧接地。其又被稱之為電弧性漏電，具體是指帶電導(dǎo)體與接地導(dǎo)體，如PE、接地設(shè)備金屬外殼之間形成的電弧[1]。

1.2 故障電弧現(xiàn)象分析

按照電弧產(chǎn)生過程的不同，大體上可將低壓供配電線路中的故障電弧現(xiàn)象分為以下幾種情況。

（1）非接觸性故障電弧。此類電弧具體是指在彼此絕緣的兩個金屬電極上，施加一定的電壓，電極之間的絕緣介質(zhì)，如空氣，會出現(xiàn)電離，由此便會形成擊穿電弧。相關(guān)研究結(jié)果表明，電壓值是非接觸性電弧發(fā)生時所必須具備的基礎(chǔ)條件之一，業(yè)內(nèi)的專家學(xué)者就這一問題進行了有關(guān)的試驗研究，實驗結(jié)果表明，對10mm的空氣間隙施加30kV的電壓后，會引起燃弧現(xiàn)象。若是極間的電壓低于300V，極間空氣間隙的大小將不會對擊穿產(chǎn)生影響，換言之，在此種情況下，間隙均不會被擊穿。也就是說，符合安裝要求且運行正常的低壓供配電線路基本不會出現(xiàn)此類擊穿電弧。

（2）接觸性電弧。當(dāng)暴露在大氣環(huán)境中的載流導(dǎo)體斷開時，會出現(xiàn)一個接觸面積較小的階段，此時的電流密度相對較高，這樣可能會造成分?jǐn)辔恢锰幗饘俨牧蠌娏野l(fā)熱，從而出現(xiàn)汽化現(xiàn)象，并且金屬表面還會出現(xiàn)熱電發(fā)射現(xiàn)象。一般情況下，導(dǎo)體在開始脫離的過程中，會形成一個非常小的間隙，這個間隙內(nèi)的電場強度極大，在強電場的作用下，電子會形成場強發(fā)射，極具動能的電子會與間隙內(nèi)的中性介質(zhì)點產(chǎn)生碰撞，由此會造成溫度激增，在這樣的前提下，氣體分子與金屬蒸汽的電離態(tài)會一直維持下去，只有導(dǎo)體上的電流被切斷后，電弧才會隨之熄滅，此類電弧歸屬于串聯(lián)型的范疇[2]。

（3）間接接觸性電弧。當(dāng)不同電位導(dǎo)體之間的有機絕緣材料受到外界因素的影響時，如機械損壞、溫度變化等，導(dǎo)體表面及其內(nèi)部的絕緣強度會大幅度降低，此時便會出現(xiàn)間接接觸性燃弧現(xiàn)象，其極容易造成劣化線路絕緣被迅速擊穿。

2 低壓配電線路中故障電弧檢測技術(shù)的應(yīng)用

針對故障電弧的檢測方法一般都是基于電弧產(chǎn)生時發(fā)出的光、聲音和溫度等對故障電弧進行判斷，這些檢測方法全都受到位置的限制，故此不適用于低壓供配電線路的檢測。為有效解決低壓供配電線路故障電弧的檢測問題，本文基于小波變換的原理提出一種故障電弧檢測方法，下面就此展開詳細(xì)論述。

風(fēng)機盤管控制的目前主要包括本地控制、遠(yuǎn)程控制和本地+遠(yuǎn)程控制三種。本地控制通過現(xiàn)場非聯(lián)網(wǎng)型溫控面板實現(xiàn)，遠(yuǎn)程控制通過BA樓控實現(xiàn)，本地+遠(yuǎn)程控制主要包括兩種方式實現(xiàn)：①聯(lián)網(wǎng)型溫控面板集中控制；②非聯(lián)網(wǎng)型溫控面板+BA樓控集中控制。

2.1 連續(xù)小波變換

通過對小波變換理論進行分析后，總結(jié)出了小波變換的涵義，即將函數(shù)ψ（t）作位移τ后，并在不同尺度α下，與待分析的信號x（t）作內(nèi)積運算。在該涵義中，ψ（t）為基本小波，x（t）的小波函數(shù)可用下式表示。

在上式當(dāng)中，α>0表示尺度因子，τ代表位移，即可為正，亦可為負(fù)；〈x(t),ψατ(t)〉代表內(nèi)積。

在式（1）中，α是尺度因子，它的主要作用是將基本小波，也就是ψ（t）作伸縮，故此α的值越大，則與之相對應(yīng)的就越寬。在尺度不同的前提下，小波的持續(xù)時間會隨著α的增大而變寬，其幅度與成反比例關(guān)系，而波形則會始終保持不變。因連續(xù)小波變換與傅里葉變換的形式基本相同，所以從這個角度上講，可將小波變換視作積分變換，其與傅里葉變換存在的主要區(qū)別是，小波變換同時具有兩種特性，即伸縮性與平移性，由此使得小波分析具有了多分辨率的時頻域分析特性[3]。

2.2 離散小波變換

對于連續(xù)小波變換而言，在其變換的過程中，伸縮與平移這兩個因子均為連續(xù)變化的實數(shù)，由此給數(shù)字信號的處理增添了一定的難度，正因如此，使得連續(xù)小波變換常被用于理論分析或是方案論證當(dāng)中。而在一些實際問題的解決上，數(shù)值計算常用的形式為離散小波變換，其縮寫為DWT，可用下式表示：

在式（2）中，x（t）與分析小波中的時間變量t并未被離散化，也就是說，離散小波變換離散的只是尺度因子α，并在τ格柵下完成小波變換。相關(guān)理論研究結(jié)果顯示，連續(xù)小波變換離散成離散小波變換后，信號的基本信息不會丟失，同時，由于小波函數(shù)本身所具備的正交性特點，使得離散小波變化能夠?qū)⑿〔臻g中兩點間因冗余引起的關(guān)聯(lián)消除掉，并且因小波基函數(shù)正交性的存在，使得整個計算過程的誤差變得更小，最終的變換結(jié)果時域函數(shù)可以反映出信號本身的性質(zhì)。

2.3 多分辨率分析

其又被稱之為尺度分析，簡稱MRA，上世紀(jì)90年代初期，該理論被正式提出，該領(lǐng)域內(nèi)的專家提出，能夠使用連續(xù)的尺度函數(shù)與小波函數(shù)將信號分解成為不同頻率的小波分量，同時再與濾波器的理論相結(jié)合，提出了一種快速分解與重建的Mallat算法，由此使得小波在計算上變得可行，當(dāng)α（尺度因子）相對較大時，可以對概貌進行觀察，而當(dāng)α較小時，則可對細(xì)節(jié)進行觀察。無論在那種情況下進行觀察，中間頻率與帶寬的比值均保持不變，這便是多分辨率分析。下面重點從理想濾波器組的角度進行對此進行分析。

在信號的采樣率滿足奈奎斯特采樣定理的要求時，歸一頻帶便會被限制在一定的區(qū)間范圍之內(nèi)，該區(qū)間為-π～+π，在這一前提下，可使用理想的低通濾波器對信號進行分解處理，將之分成頻帶為的低頻部分，然后再使用理想的高通濾波器，將信號分解成為頻帶在的高頻部分，以此來反映低頻的平滑概貌和高頻的細(xì)節(jié)信號[4]。經(jīng)過濾波處理后，再引入二抽取的環(huán)節(jié)，這樣便可將原序列處理成長度為原來序列一半的新序列。經(jīng)過分解之后的低頻可以重復(fù)進行下去，具體做法是對上一級的低頻概貌進行分解，在這一過程中，輸出的采樣率應(yīng)當(dāng)隨之減半，這樣便對原有的輸入信號進行了多分辨率分解，由此便可實現(xiàn)對信號由粗略到精細(xì)的觀察。

2.4 基于Daubechies小波的故障電弧檢測方法

Daubechies小波能夠借助已知的理想濾波器組隊離散數(shù)據(jù)進行處理，這對于實際問題的解決提供了極大的方便，尤其是對故障電弧的檢測，具體的檢測步驟如下：

Step1：借助AD采樣電路對整個電路當(dāng)中的電流波形進行實時采樣；

Step2：并通過Daubechies小波變換對采樣所得的離散數(shù)據(jù)進行處理；

Step3：在正常電流的前提條件下，計算所得的小波函數(shù)波動變化幅度較小，如果故障電弧產(chǎn)生，則小波函數(shù)的波動變化會增加，其幅值約為正常的幾十倍，由此便可準(zhǔn)確檢測出故障電弧。

3 結(jié)語

綜上所述，對于低壓供配電線路而言，其中的電弧按照性質(zhì)可以分為兩種情況，一種是安全電弧，另一種就是故障電弧。若是故障電弧持續(xù)發(fā)展和蔓延，將可能導(dǎo)致整條線路上及設(shè)備損壞，進而引發(fā)電氣火災(zāi)，對整個電力系統(tǒng)都會造成危害。故此，必須采取有效的檢測技術(shù)對低壓供配電線路中的故障電弧進行檢測，從而確保線路的運行安全性和可靠性。

[1] 桂小智.低壓配電系統(tǒng)串聯(lián)電弧故障實驗研究與電弧性短路故障仿真分析[D].重慶大學(xué).2011.

[2] 翟進乾.配電線路在線故障識別與診斷方法研究[D].重慶大學(xué)，2012.

[3] 康娜,姜楊.基于Mallat多分辨分析的故障電弧診斷技術(shù)研究[J].科學(xué)技術(shù)，2015（10）：76-77.

[4] 劉金琰.家用電弧故障保護電器發(fā)展綜述[J].電器與能效管理技術(shù)，2014（6）：54-55.

Low voltage power supply and distribution line fault arc detection technology and application practice analysis

Wang Song
(Nanjing in the Confucian Power Design Co., Ltd. Nanjing Jiangsu 210000, China)

This paper first gives a brief analysis of the arc fault in low-voltage distribution lines, based on the application of the technology of low voltage power line fault arc detection are discussed. In order to solve through this research to the low-voltage arc fault of distribution line help.

power supply line; fault arc; detection technology

王松（1981— ），男，重慶渝北人，中級電氣工程師；研究方向：發(fā)輸變電及配電設(shè)計。