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隨著居民電氣化程度的不斷提高，家庭供配電系統(tǒng)具有用電設備多樣、用電設備位置分散、連接點數(shù)量多等特點，一旦線路中出現(xiàn)接觸不良、外力損傷、絕緣破損等問題，輕則造成供電中斷，影響用電設備的正常運行；重則產(chǎn)生串聯(lián)故障電弧，引發(fā)電氣火災等安全事故。

串聯(lián)故障電弧發(fā)生時，由于回路中串聯(lián)了一個時變的電弧電阻，造成故障電流低于正常工作電流，現(xiàn)有的保護裝置無法實現(xiàn)保護。因此，研究串聯(lián)故障電弧檢測方法對預防電氣火災、保障人民生命財產(chǎn)安全具有重要意義。

目前，針對串聯(lián)故障電弧檢測方法主要有兩大類。一類是通過弧聲、弧光、電磁輻射等物理特性檢測故障電弧，此類方法受安裝位置限制，一般應用在開關(guān)柜中，難以應用在用電設備及連接點分散的家庭供配電線路中。另一類是通過分析線路電流檢測故障電弧，鑒于回路電流便于獲取，此類方法是目前的研究熱點。

但是目前的研究成果對應的實驗條件均是單一負載或多負載干路發(fā)生串聯(lián)故障電弧，能否從多負載回路的干路電流信號中提取出故障特征、檢測到支路上的故障電弧需進一步驗證。干路電流受回路中工作的負載數(shù)量、類型等影響，且在某一支路發(fā)生故障電弧時，干路電流摻雜其他支路正常電流；如何排除正常支路電流的影響，有效地從成分復雜的干路電流中提取故障電弧特征是十分困難的。

在檢測故障電弧的基礎上，如果可以確定故障發(fā)生的線路，將為排除故障提供一定的指導，目前國內(nèi)外學者尚未開展串聯(lián)故障電弧選線的研究工作。因此，開展多負載串聯(lián)故障電弧實驗，研究基于干路電流的串聯(lián)故障電弧檢測及選線具有重要意義。

遼寧工程技術(shù)大學的研究人員采用6種常用的家庭負載開展了多負載回路串聯(lián)故障電弧實驗，通過對干路電流信號進行分數(shù)階傅里葉變換（Fractional Fourier Transform, FRFT），構(gòu)建故障電弧圖像矩陣，全面反映干路電流信號從時域到頻域的變化過程；利用局部二值模式（Local Binary Pattern, LBP）描述圖像矩陣的局部紋理特征，統(tǒng)計得到LBP圖像的灰度分布直方圖數(shù)據(jù)；采用不同實驗條件下的LBP直方圖數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫，并通過LBP直方圖相關(guān)系數(shù)最大值匹配的方法實現(xiàn)串聯(lián)故障電弧的檢測及選線。

圖1 故障電弧發(fā)生裝置

圖2 故障電弧檢測及選線結(jié)果

最后，研究人員認為：

• 1）FRFT能夠很好地反映出干路電流信號從時域到頻域的變化過程，故障電弧發(fā)生時，干路電流成分變復雜，F(xiàn)RFT構(gòu)建的圖像矩陣紋理特征變模糊。
• 2）LBP可有效地描述圖像矩陣的紋理特征，故障電弧發(fā)生與否、故障電弧發(fā)生位置不同都會引起LBP灰度分布直方圖變化，采用LBP直方圖實現(xiàn)故障電弧檢測及選線切實可行。
• 3）采用LBP直方圖匹配的方法可實現(xiàn)故障電弧的檢測及選線，對研制故障電弧斷路器具有一定的參考價值。