精度超过90%，串联故障电弧的检测及选线新方法
串联故障电弧是引起电气火灾的主要原因之一，有效地检测串联故障电弧对预防电气火灾具有重要意义。辽宁工程技术大学电气与控制工程学院的研究人员郭凤仪、高洪鑫、唐爱霞、王智勇，在2020年第8期《电工技术学报》上撰文， 采用六种常用的家庭负载开展了多负载回路的串联故障电弧实验，提出了一种串联故障电弧检测及选线方法。该方法可以实现多负载回路中故障电弧的检测及选线，检测及选线精度均超过了90%。
随着居民电气化程度的不断提高，家庭供配电系统具有用电设备多样、用电设备位置分散、连接点数量多等特点，一旦线路中出现接触不良、外力损伤、绝缘破损等问题，轻则造成供电中断，影响用电设备的正常运行；重则产生串联故障电弧，引发电气火灾等安全事故。
串联故障电弧发生时，由于回路中串联了一个时变的电弧电阻，造成故障电流低于正常工作电流，现有的保护装置无法实现保护。因此，研究串联故障电弧检测方法对预防电气火灾、保障人民生命财产安全具有重要意义。
目前，针对串联故障电弧检测方法主要有两大类。一类是通过弧声、弧光、电磁辐射等物理特性检测故障电弧，此类方法受安装位置限制，一般应用在开关柜中，难以应用在用电设备及连接点分散的家庭供配电线路中。另一类是通过分析线路电流检测故障电弧，鉴于回路电流便于获取，此类方法是目前的研究热点。
但是目前的研究成果对应的实验条件均是单一负载或多负载干路发生串联故障电弧，能否从多负载回路的干路电流信号中提取出故障特征、检测到支路上的故障电弧需进一步验证。干路电流受回路中工作的负载数量、类型等影响，且在某一支路发生故障电弧时，干路电流掺杂其他支路正常电流；如何排除正常支路电流的影响，有效地从成分复杂的干路电流中提取故障电弧特征是十分困难的。
在检测故障电弧的基础上，如果可以确定故障发生的线路，将为排除故障提供一定的指导，目前国内外学者尚未开展串联故障电弧选线的研究工作。因此，开展多负载串联故障电弧实验，研究基于干路电流的串联故障电弧检测及选线具有重要意义。
辽宁工程技术大学的研究人员采用6种常用的家庭负载开展了多负载回路串联故障电弧实验，通过对干路电流信号进行分数阶傅里叶变换（Fractional Fourier Transform, FRFT），构建故障电弧图像矩阵，全面反映干路电流信号从时域到频域的变化过程；利用局部二值模式（Local Binary Pattern, LBP）描述图像矩阵的局部纹理特征，统计得到LBP图像的灰度分布直方图数据；采用不同实验条件下的LBP直方图数据建立数据库，并通过LBP直方图相关系数最大值匹配的方法实现串联故障电弧的检测及选线。
图1 故障电弧发生装置
图2 故障电弧检测及选线结果
最后，研究人员认为：
1）FRFT能够很好地反映出干路电流信号从时域到频域的变化过程，故障电弧发生时，干路电流成分变复杂，FRFT构建的图像矩阵纹理特征变模糊。
2）LBP可有效地描述图像矩阵的纹理特征，故障电弧发生与否、故障电弧发生位置不同都会引起LBP灰度分布直方图变化，采用LBP直方图实现故障电弧检测及选线切实可行。
3）采用LBP直方图匹配的方法可实现故障电弧的检测及选线，对研制故障电弧断路器具有一定的参考价值。