低压供配电线路故障电弧检测技术及应用实践分析

王 松

（南京中儒电力设计有限公司，江苏 南京 210000）

低压供配电线路故障电弧检测技术及应用实践分析

王 松

（南京中儒电力设计有限公司，江苏 南京 210000）

本文首先对低压配电线路中的故障电弧进行了简要分析，在此基础上，对低压配电线路中故障电弧检测技术的应用进行论述。期望通过本文的研究能够对低压供配电线路故障电弧问题的解决有所帮助。

供配电线路；故障电弧；检测技术

1 低压配电线路中的故障电弧分析

1.1 故障电弧分类

在电路中，故障电弧的发生具有不可预见性的特点，无论是电弧的出现时间或是出现地点都是未知的，并且一旦故障电弧出现，其规模与持续时间都很难进行控制，根据电弧在供配电线路中的发生性质不同，可以将故障电弧细分为以下几类。

（2）串联型电弧。带电导体由于受到外界因素的影响及本身质量问题而出现断裂，或是接触不良时而产生的电弧，由于这种电弧与负载之间是以串联的关系存在的，故此将其称为串联型电弧。

（3）电弧接地。其又被称之为电弧性漏电，具体是指带电导体与接地导体，如PE、接地设备金属外壳之间形成的电弧[1]。

1.2 故障电弧现象分析

按照电弧产生过程的不同，大体上可将低压供配电线路中的故障电弧现象分为以下几种情况。

（1）非接触性故障电弧。此类电弧具体是指在彼此绝缘的两个金属电极上，施加一定的电压，电极之间的绝缘介质，如空气，会出现电离，由此便会形成击穿电弧。相关研究结果表明，电压值是非接触性电弧发生时所必须具备的基础条件之一，业内的专家学者就这一问题进行了有关的试验研究，实验结果表明，对10mm的空气间隙施加30kV的电压后，会引起燃弧现象。若是极间的电压低于300V，极间空气间隙的大小将不会对击穿产生影响，换言之，在此种情况下，间隙均不会被击穿。也就是说，符合安装要求且运行正常的低压供配电线路基本不会出现此类击穿电弧。

（2）接触性电弧。当暴露在大气环境中的载流导体断开时，会出现一个接触面积较小的阶段，此时的电流密度相对较高，这样可能会造成分断位置处金属材料强烈发热，从而出现汽化现象，并且金属表面还会出现热电发射现象。一般情况下，导体在开始脱离的过程中，会形成一个非常小的间隙，这个间隙内的电场强度极大，在强电场的作用下，电子会形成场强发射，极具动能的电子会与间隙内的中性介质点产生碰撞，由此会造成温度激增，在这样的前提下，气体分子与金属蒸汽的电离态会一直维持下去，只有导体上的电流被切断后，电弧才会随之熄灭，此类电弧归属于串联型的范畴[2]。

（3）间接接触性电弧。当不同电位导体之间的有机绝缘材料受到外界因素的影响时，如机械损坏、温度变化等，导体表面及其内部的绝缘强度会大幅度降低，此时便会出现间接接触性燃弧现象，其极容易造成劣化线路绝缘被迅速击穿。

2 低压配电线路中故障电弧检测技术的应用

针对故障电弧的检测方法一般都是基于电弧产生时发出的光、声音和温度等对故障电弧进行判断，这些检测方法全都受到位置的限制，故此不适用于低压供配电线路的检测。为有效解决低压供配电线路故障电弧的检测问题，本文基于小波变换的原理提出一种故障电弧检测方法，下面就此展开详细论述。

风机盘管控制的目前主要包括本地控制、远程控制和本地+远程控制三种。本地控制通过现场非联网型温控面板实现，远程控制通过BA楼控实现，本地+远程控制主要包括两种方式实现：①联网型温控面板集中控制；②非联网型温控面板+BA楼控集中控制。

2.1 连续小波变换

通过对小波变换理论进行分析后，总结出了小波变换的涵义，即将函数ψ（t）作位移τ后，并在不同尺度α下，与待分析的信号x（t）作内积运算。在该涵义中，ψ（t）为基本小波，x（t）的小波函数可用下式表示。

在上式当中，α>0表示尺度因子，τ代表位移，即可为正，亦可为负；〈x(t),ψατ(t)〉代表内积。

在式（1）中，α是尺度因子，它的主要作用是将基本小波，也就是ψ（t）作伸缩，故此α的值越大，则与之相对应的就越宽。在尺度不同的前提下，小波的持续时间会随着α的增大而变宽，其幅度与成反比例关系，而波形则会始终保持不变。因连续小波变换与傅里叶变换的形式基本相同，所以从这个角度上讲，可将小波变换视作积分变换，其与傅里叶变换存在的主要区别是，小波变换同时具有两种特性，即伸缩性与平移性，由此使得小波分析具有了多分辨率的时频域分析特性[3]。

2.2 离散小波变换

对于连续小波变换而言，在其变换的过程中，伸缩与平移这两个因子均为连续变化的实数，由此给数字信号的处理增添了一定的难度，正因如此，使得连续小波变换常被用于理论分析或是方案论证当中。而在一些实际问题的解决上，数值计算常用的形式为离散小波变换，其缩写为DWT，可用下式表示：

在式（2）中，x（t）与分析小波中的时间变量t并未被离散化，也就是说，离散小波变换离散的只是尺度因子α，并在τ格栅下完成小波变换。相关理论研究结果显示，连续小波变换离散成离散小波变换后，信号的基本信息不会丢失，同时，由于小波函数本身所具备的正交性特点，使得离散小波变化能够将小波空间中两点间因冗余引起的关联消除掉，并且因小波基函数正交性的存在，使得整个计算过程的误差变得更小，最终的变换结果时域函数可以反映出信号本身的性质。

2.3 多分辨率分析

其又被称之为尺度分析，简称MRA，上世纪90年代初期，该理论被正式提出，该领域内的专家提出，能够使用连续的尺度函数与小波函数将信号分解成为不同频率的小波分量，同时再与滤波器的理论相结合，提出了一种快速分解与重建的Mallat算法，由此使得小波在计算上变得可行，当α（尺度因子）相对较大时，可以对概貌进行观察，而当α较小时，则可对细节进行观察。无论在那种情况下进行观察，中间频率与带宽的比值均保持不变，这便是多分辨率分析。下面重点从理想滤波器组的角度进行对此进行分析。

在信号的采样率满足奈奎斯特采样定理的要求时，归一频带便会被限制在一定的区间范围之内，该区间为-π～+π，在这一前提下，可使用理想的低通滤波器对信号进行分解处理，将之分成频带为的低频部分，然后再使用理想的高通滤波器，将信号分解成为频带在的高频部分，以此来反映低频的平滑概貌和高频的细节信号[4]。经过滤波处理后，再引入二抽取的环节，这样便可将原序列处理成长度为原来序列一半的新序列。经过分解之后的低频可以重复进行下去，具体做法是对上一级的低频概貌进行分解，在这一过程中，输出的采样率应当随之减半，这样便对原有的输入信号进行了多分辨率分解，由此便可实现对信号由粗略到精细的观察。

2.4 基于Daubechies小波的故障电弧检测方法

Daubechies小波能够借助已知的理想滤波器组队离散数据进行处理，这对于实际问题的解决提供了极大的方便，尤其是对故障电弧的检测，具体的检测步骤如下：

Step1：借助AD采样电路对整个电路当中的电流波形进行实时采样；

Step2：并通过Daubechies小波变换对采样所得的离散数据进行处理；

Step3：在正常电流的前提条件下，计算所得的小波函数波动变化幅度较小，如果故障电弧产生，则小波函数的波动变化会增加，其幅值约为正常的几十倍，由此便可准确检测出故障电弧。

3 结语

综上所述，对于低压供配电线路而言，其中的电弧按照性质可以分为两种情况，一种是安全电弧，另一种就是故障电弧。若是故障电弧持续发展和蔓延，将可能导致整条线路上及设备损坏，进而引发电气火灾，对整个电力系统都会造成危害。故此，必须采取有效的检测技术对低压供配电线路中的故障电弧进行检测，从而确保线路的运行安全性和可靠性。

[1] 桂小智.低压配电系统串联电弧故障实验研究与电弧性短路故障仿真分析[D].重庆大学.2011.

[2] 翟进乾.配电线路在线故障识别与诊断方法研究[D].重庆大学，2012.

[3] 康娜,姜杨.基于Mallat多分辨分析的故障电弧诊断技术研究[J].科学技术，2015（10）：76-77.

[4] 刘金琰.家用电弧故障保护电器发展综述[J].电器与能效管理技术，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，重庆渝北人，中级电气工程师；研究方向：发输变电及配电设计。