[发明专利]一种低压用户非侵入式电弧故障精准检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种低压用户非侵入式电弧故障精准检测方法，包括：预设包含正常与故障样本的全部电器全特征数据库；初始化相关参数；采集用户入户处总电流和端电压并进行降噪处理；捕捉总电流信号稳态时窗，计算CRC特征，结合故障电弧特征样本，实时检测故障电弧；若存在故障电弧，利用电流模式匹配实现负荷分解得到负荷构成；若时窗稳态特征发生变化及负荷构成已知，计算ZCP特征，根据用户负荷构成和CRC和ZCP特征列出运行中电器的全特征样本矩阵；以全特征矩阵最优分解的最佳匹配结果作为电弧电流分解结果得到故障电器，实现故障支路定位，进而切除故障。本发明可根据用户总口电流实现故障电弧监测，并辨识出故障支路，消除电弧故障引发的火灾隐患。

技术领域

本发明涉及电力系统故障电弧监测领域，具体涉及一种低压用户非侵入式电弧故障精 准检测方法。

背景技术

电气火灾在所有火灾类型中排名第一，根据《中国火灾统计年鉴》，近年来我国电气火 灾约占火灾总数的30％，且呈逐年上升趋势，而电弧故障是电气火灾的主要原因。低压配 电线路由于接线端子松动、线路长期过载、绝缘老化等原因而导致的等离子体放电的现象 即为电弧故障，且往往伴随着电极局部高温溅射而产生火灾隐患。因此，研究电弧电流、 电压信号的故障特征具有重要意义，可为电弧故障保护装置的设计提供理论指导，从而保 证用电的安全可靠。

电弧故障可分为并联电弧故障和串联电弧故。不同位置的并联电弧故障的电流波形具 有较强的共性，一般大于负载电流。串联电弧故障的电流波形受其下游电器负载的影响， 幅值一般小于负载电流。传统的保护装置如熔断器、断路器等在过电流时触发，可以有效 地检测和保护并联电弧故障，但不能检测串联电弧故障。不同电器在发生串联电弧故障时， 电弧电流波形具有以下特点：波形中含有谐波成分；由于电压降的存在，电流幅值低于正 常负荷电流；电流上升率高于正常电流；它在过零点前熄灭，过零点后重新点燃，形成“平 肩”，即零休时段；它是随机的，通常是间歇性的，中间有正常的电流波形。

非侵入式负荷监测(Non-intrusive Load Monitoring,NILM)是20世纪80年代由MIT 的Hart提出的。它只需在客户入口处安装一个传感器，对总电流和终端电压进行采集和分 析，就可以监测到家中每台电器的耗电量和运行状态，从而了解家庭中每台电器的详细耗 电情况。

目前，针对串联故障电弧的检测方法主要有以下三方面：一是基于电弧光、热、电磁 辐射等的电弧故障检测；二是基于电弧数学模型；三是基于电弧电压电流波形。现有大量 故障电弧检测方法和判据研究，多集中在高采样率的电弧电流和电压信号的时、频域特征。 然而受限于线路实际安装场景和设备采样频率，单个负载端电压波形难以获取且对采样频 率要求较高的算法难以推广应用。由于故障电弧检测与非侵入式负荷监测所在量测点的位 置天然重合，而串联电弧故障时的电流波形是叠加在负载电流之上，本发明的初衷是融合 这两个领域的研究成果，以期发现更有效的串联电弧故障检测和识别方法,并通过研究相对 于不同电器运行时的电弧特征差异，定位电弧故障所在的支路，以便更加快速及时地排除 故障电弧的火灾和安全隐患。

发明内容

考虑到现有技术存在的不足，为进一步促进故障电弧检测在实际低压用户的推广应用， 实现用户火灾预警和线路隐患定位消除，本发明结合有监督的非侵入式负荷监测技术，提 出了一种低压用户非侵入式电弧故障精准检测系统和方法，旨在解决低压用户故障电弧检 测问题。此发明可以根据用户总口电流实现故障电弧监测，并辨识出电弧故障所在的电路 分支，即故障发生在哪个电器所在的哪条支路上，可以及时消除电弧故障引发的火灾和安 全隐患。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种低压用户非侵入式电弧故障精准检测方法， 包括以下步骤：

步骤1：预设包含全部电器的正常特征样本数据库、故障电弧特征数据库的全部电器全 特征样本数据库；同时初始化预先设置的相关参数，包括初始时窗的稳态特征、初始用户 负荷构成；