一种新型故障电弧探测装置的设计与研究

摘要

随着现代电气设备在各种场所的普遍应用，由于绝缘层老化或破坏而造成的电气火灾事故也日渐升高。目前电气火灾在整个火灾事故中已经占到了相当大的比例，在今后也大有越演越烈的趋势。因此，对于电气火灾的研究和预防已经迫在眉睫。对于现代高层建筑的中低压配电系统，电气火灾监控系统已经较为普遍的应用当中。其中，对于电气火灾的监控指标集中在对过电流、剩余电流以及温度的检测上。而对于配电柜线路中产生的串联型故障电弧的检测方法和产品则并不常见。本文研究的重点就是构建故障电弧试验平台，从不同的角度对故障电弧进行试验并总结得出行之有效的检测方法。
　　首先，本文对故障电弧检测技术的研究背景，国内外现状和发展趋势进行归纳总结，并且提出目前市场上的故障电弧预警系统的主要缺点。然后分析了故障电弧检测的难点和关键技术以及系统设计的目的及意义。
　　其次，论文根据故障电弧的弧光和弧声的特性以及电压电流的特性，提出构建故障电弧检测试验平台的技术要求并进行设计实现。在构建好的试验平台上分别对故障电弧的电流、弧声和弧光进行了大量试验。对于电流的试验主要是利用不同类型的负载进行故障电弧电流波形的提取，分析了电流的特性。对于弧声和弧光的试验主要是用不同电极形状的电极、不同大小的电极间隙和传感器距离电极探头的距离进行试验，利用示波器观察弧声和弧光调理电路的信号输出，分析故障电弧发生时弧光和弧声的特点，从而找到有效的检测特征。
　　第三，在试验分析了电弧特性的基础上，提出多传感器检测技术应用于故障电弧的检测当中的理念。研究分析多传感器检测技术的基本原理和层次，然后探讨基于该技术的故障电弧的检测方法。对贝叶斯决策中的软判决原理进行理论分析并探讨具体的实现流程。在此基础上将故障电弧的多种信号进行软判决信息融合并得出最优的判断，完成对故障电弧的检测。
　　最后，对故障电弧探测装置进行了软硬件设计。将系统根据不同的功能分为不同的模块。针对不同的模块进行相应的软硬件设计。并对相应的装置进行了测试，验证了该装置能对故障电弧进行有效的检测与监控。

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第1章 绪 论

1.1 论文研究的目的及意义

1.2 故障电弧技术研究的国内外现状及发展趋势

1.3 论文研究的难点及关键技术

1.4 论文的主要研究内容及章节安排

1.5 本章小结

第2章 故障电弧试验平台构建与电弧特性研究

2.1 故障电弧的物理特性和电学特性

2.2 故障电弧试验平台的构建

2.3 故障电弧的电流特性试验研究

2.4 故障电弧的弧声和弧光特性试验研究

2.5 本章小结

第3章 故障电弧的多传感器检测及实现方法

3.1 多传感器检测的原理

3.2 基于多传感器检测的故障电弧软判决检测及应用

3.3 本章小结

第4章 新型故障电弧探测装置的硬件设计

4.1 新型故障电弧探测装置的硬件总体结构设计

4.2 系统核心模块的设计

4.3 系统电源电路的设计

4.4 电弧数据采集电路的设计

4.5 总线通讯模块

4.6 报警及动作模块电路的设计

4.7 本章小结

第5章 新型故障电弧探测装置的软件设计

5.1 软件的主流程设计

5.2 系统初始化自检软件程序设计

5.3 电弧信号采集及处理程序设计

5.4 故障电弧的多传感器检测软判决算法程序设计

5.5 通讯程序设计

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 故障电弧检测研究的展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文