江 军,李 威,李 波,马径坦,张潮海

(1.江苏省新能源发电与电能变换重点实验室(南京航空航天大学),江苏南京 211106;2.国网江苏省电力有限公司电力科学研究院,江苏南京 211103)

1 引言

电气接插件之间的接触不良或者线缆芯线损伤等故障会导致故障点处产生串接于负载和线路之间的串联电弧.由于串联电弧故障发生时线路电流幅值变化微弱、无法为普通保护电器检测,串联电弧可长期存在,其产生热量容易导致故障点处绝缘碳化、起火燃烧.2020年全国电气火灾总数约8.5万起,占已查明全部火灾数量的33.6%[1].因此串联电弧故障的检测研究,对于减少火灾的发生、保护人身安全有着重要意义.

电弧的“燃烧–熄灭”过程伴随着复杂的理化反应,可基于可听声信号[2]、可见光图像信号[3]、紫外光学信号[4]以及射频信号[5]实现故障检测.上述检测手段仅能应用于开关柜、航空器机舱等特定场合,普适性的检测手段是线路电流信号.且由于线路阻抗的存在,系统节点电压也蕴含故障信息,可单独基于节点电压[6]或者综合运用电压–电流波形[7]开展串联电弧故障检测.

串联电弧强烈的时变、非线性特性会导致电流波形的畸变.因此,首先可基于时域特征如“平肩部”长度[8]、方差[9]和高频脉冲数目[10]等特征实施故障检测.其次,波形的变化会呈现于电流频谱,故可通过快速傅里叶变换、短时傅里叶变换[11]和分数阶傅里叶变换[12]等手段提取频谱幅值、谐波含量以及光谱色散指数[13]等……