一种基于光电联合的电弧熄弧检测方法

1.本发明涉及一种基于光电联合电弧熄弧检测方法，属于电力系统继电保护技术领域。


背景技术：

2.配电网单相接地故障频发。我国中压配电网的中性点接地方式主要采用非有效接地方式。随着电缆线路越来越多的应用在配电网中，系统的容性电流增加，线路绝缘不具有自恢复性，当容性电流大于150a时，消弧线圈补偿困难。在发生单相接地故障时，长时间带故障运行会损害设备绝缘，引发人生安全事故。成套开关柜大量应用在中、低压配电系统中，我国目前的中、低压开关柜有800万套左右，由于设备自身原因、运行环境等因素，使得开关柜内部接地故障频发，中、低压开关柜内部电弧故障问题日益严重，并成为一个热点问题。
3.由于对电弧的认知不全面以及工频熄弧理论研究，电弧熄弧难以检测，无法判定故障是否消失，给人工排查带来困难与危害，无法可靠供电。
4.工频熄弧理论：对于小电流接地系统而言，当线路发生单相接地故障时，故障点经弧光接地是其中较为常见的接地方式之一，若接地电弧无法自行熄灭，则接地电弧的多次熄弧、重燃，电磁能的剧变，出现非故障相电压达到线电压，甚至有可能出现超过线电压的情况，也就是所谓的弧光接地过电压，弧光接地过电压有可能还会导致同一母线其他配网出线的绝缘薄弱点发生击穿，事故将会进一步扩大。
5.工频熄弧理论的解释，以a相发生单相接地为例，假设a相电压在其负幅值(-um)发生接地，产生电弧，非故障相电压从相电压升高至稳态后的线电压，在此之间经历振荡过程，电压波动超过线电压。接地点有电弧电流，击穿过程是热游离过程，靠的是电流维持弧光通道，当半个周波以后电流过零时，弧光熄灭，接地点消失。当电压再次达到负幅值(-um)，空气恢复电压低于该值时，有可能再次使弧光重燃，又一次出现弧光接地，过电压。以此类推，弧光以工频半个周波发生熄灭和重燃交替的过程，我们将这一理论称为工频熄弧理论。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是，如何快速准确的判别电弧熄弧。
7.本发明的技术方案是：一种基于光电联合电弧熄弧检测方法，具体步骤为：
8.step1：利用光信号采集装置与电信号采集装置同步实时获取光信号与电信号；使用紫外光与可见光两个光信号，分别进行检测与判定；使用光信号采集装置进行实时获取与检测；柜体使用录波装置采集零序电压与零序电流信号。
9.step2：在健全线路条件下，设定光信号门槛值与电信号门槛值；在健全线路条件下，分别采用光信号采集装置采集到的紫外光与可见光的值，略微调大作为其门槛值，其目的是为了防止受到太阳光、灯光等外部光源产生的干扰；在健全线路条件下，分别采用录波
装置采集到的零序电压与零序电流作为其门槛值。
10.step3：利用发生电弧熄灭后，光电信号同时降低为判断依据，设定判断条件；在电弧熄灭后，其紫外光信号、可见光信号、零序电压信号与零序电流信号均会恢复至健全线路条件下的值，以此为判据；设定紫外光信号、可见光信号、零序电压信号与零序电流信号分别低于各自在step2中设定的门槛值时，判定熄弧。
11.step4：由于工频熄弧理论，光电信号需在半个周波内均低于门槛值，才判定电弧熄灭；由于工频熄弧理论，电弧光电信号会以工频半个周波发生熄灭和重燃交替的过程，为防止熄弧后重燃带来的误判，以半个周波内，紫外光信号、可见光信号、零序电压信号与零序电流信号均低于其各自门槛值，判定其信号电弧熄灭。
12.step5：光电信号做与逻辑运算，均判定电弧熄灭时，出口电弧熄灭判定信号；为了保证其可靠性，需紫外光信号、可见光信号、零序电压信号与零序电流信号做与逻辑运算，均判定电弧熄灭，则出口电弧熄灭判定信号。
13.本发明的有益效果是：
14.1、解决了快速准确判别电弧熄灭的难题，节省了人工排查。
15.2、快速准确判别了电弧熄灭后，可快速恢复供电，提高了供电可靠性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在没有实施创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明方法实施流程图；
18.图2是图1中具体步骤的流程示意图；
19.图3是真型电弧试验平台图；
20.图4是零序等值网络图；
21.图5是本发明实施例1紫外光检测结果；
22.图6是本发明实施例1可见光检测结果；
23.图7是本发明实施例1零序电压检测结果；
24.图8是本发明实施例1零序电流检测结果；
25.图9是本发明实施例2紫外光检测结果；
26.图10是本发明实施例2可见光检测结果；
27.图11是本发明实施例2零序电压检测结果；
28.图12是本发明实施例2零序电流检测结果；
具体实施方式
29.本发明是通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同代替，因此，本发明不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方案。
30.下面结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明，但是本发明并不限于上述
实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
31.实施例1：在真型试验平台条件下，采用非有效接地方式，模拟中、低压开关柜、环网柜发生的电弧故障。采用棒-板结构，电极材料采用铜棒与钢板，电弧间隙为2cm，空气环境为正常空气环境，击穿电压为13kv。
32.step1：利用光信号采集装置与电信号采集装置同步实时获取光信号与电信号；使用紫外光与可见光两个光信号，分别进行检测与判定；使用光信号采集装置进行实时获取与检测；柜体使用录波装置采集零序电压与零序电流信号。
33.step2：在健全线路条件下，设定光信号门槛值与电信号门槛值；在健全线路条件下，分别采用光信号采集装置采集到的紫外光与可见光的值，略微调大作为其门槛值，实例1中可将光的门槛值为500，紫外光的门槛值为300，都是相对光谱强度；在健全线路条件下，分别采用录波装置采集到的零序电压与零序电流作为其门槛值。实例1中零序电压的门槛值为 0.2kv，零序电流的门槛值为0.02a。
34.step3：模拟起弧，燃弧，熄弧过程。
35.step4：熄弧过程采集到的紫外光信号，可见光信号，零序电压信号与零序电流信号如图 5、6、7、8所示。利用发生电弧熄灭后，光电信号同时降低为判断依据，设定判断条件；在电弧熄灭后，其紫外光信号、可见光信号、零序电压信号与零序电流信号均会恢复至健全线路条件下的值，以此为判据；设定紫外光信号、可见光信号、零序电压信号与零序电流信号分别低于各自在step2中设定的门槛值时，判定熄弧。
36.step5：由于工频熄弧理论，光电信号需在半个周波内均低于门槛值，才判定电弧熄灭；由于工频熄弧理论，电弧光电信号会以工频半个周波发生熄灭和重燃交替的过程，为防止熄弧后重燃带来的误判，以半个周波内，紫外光信号、可见光信号、零序电压信号与零序电流信号均低于其各自门槛值，判定其信号电弧熄灭。
37.step6：光电信号做与逻辑运算，均判定电弧熄灭时，出口电弧熄灭判定信号；为了保证其可靠性，需紫外光信号、可见光信号、零序电压信号与零序电流信号做与逻辑运算，均判定电弧熄灭，则出口电弧熄灭判定信号。
38.由采集的图5、6、7、8可知，电弧在信息中的97ms处熄弧，检测设备在107ms处出口电弧熄灭信号。符合试验结果。
39.实施例2：在真型试验平台条件下，采用非有效接地方式，模拟中、低压开关柜、环网柜发生的电弧故障。采用棒-板结构，电极材料采用铜棒与钢板，电弧间隙为4cm，空气环境为较为潮湿的空气环境，击穿电压为20kv。实例2与实例1在空气环境以及电弧间隙等方面做了改变，旨在模拟针对不同条件的柜体下验证本发明的可靠性。
40.step1：利用光信号采集装置与电信号采集装置同步实时获取光信号与电信号；使用紫外光与可见光两个光信号，分别进行检测与判定；使用光信号采集装置进行实时获取与检测；柜体使用录波装置采集零序电压与零序电流信号。
41.step2：在健全线路条件下，设定光信号门槛值与电信号门槛值；在健全线路条件下，分别采用光信号采集装置采集到的紫外光与可见光的值，略微调大作为其门槛值，实例1中可将光的门槛值为300，紫外光的门槛值为200，都是相对光谱强度；在健全线路条件下，分别采用录波装置采集到的零序电压与零序电流作为其门槛值。实例1中零序电压的门槛
值为 0.3kv，零序电流的门槛值为0.03a。
42.step3：模拟起弧，燃弧，熄弧过程。
43.step4：熄弧过程采集到的紫外光信号，可见光信号，零序电压信号与零序电流信号如图 9、10、11、12所示。利用发生电弧熄灭后，光电信号同时降低为判断依据，设定判断条件；在电弧熄灭后，其紫外光信号、可见光信号、零序电压信号与零序电流信号均会恢复至健全线路条件下的值，以此为判据；设定紫外光信号、可见光信号、零序电压信号与零序电流信号分别低于各自在step2中设定的门槛值时，判定熄弧。
44.step5：由于工频熄弧理论，光电信号需在半个周波内均低于门槛值，才判定电弧熄灭；由于工频熄弧理论，电弧光电信号会以工频半个周波发生熄灭和重燃交替的过程，为防止熄弧后重燃带来的误判，以半个周波内，紫外光信号、可见光信号、零序电压信号与零序电流信号均低于其各自门槛值，判定其信号电弧熄灭。
45.step6：光电信号做与逻辑运算，均判定电弧熄灭时，出口电弧熄灭判定信号；为了保证其可靠性，需紫外光信号、可见光信号、零序电压信号与零序电流信号做与逻辑运算，均判定电弧熄灭，则出口电弧熄灭判定信号。
46.由采集的图9、10、11、12可知，电弧在信息中的117ms处熄弧，检测设备在127ms处出口电弧熄灭信号。符合试验结果。
47.以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。