分析开关柜内部故障电弧的在线检测和保护装置

　　摘要近些年来，人们越来越注意到电弧会产生多种效应，诸如电磁、热、电、光等等。将这些效应充分地运用起来，就可以将故障电弧检测保护装置研制出来。这种装置可以单独使用，而且成本低廉。在设计结构上简单，不但具有较强的抗干扰能力，而且动作迅速。从而在保证开关柜低成本的情况下，提高了技术水平和附加值。
　　【关键词】开关柜 故障电弧 在线检测
　　在电气设备中，开关柜具有对电力系统的控制和保护的作用，因此而被广泛使用。在电力系统长期运行的过程中，由于电热作用会导致绝缘层过早老化，出现了局部放电反应，并因此造成故障电弧出现。开关柜内产生故障电弧会形成巨大的压力，而且具有燃烧效应和辐射效应，弧光故障产生时中心温度可达10000～20000°C，极易导致产生弧光的设备烧毁、爆炸或产生大量毒气。此时如果没有及时处理，就会导致电力系统停止运营，并出现灾难性的故障。因此，对于开关柜中所产生的故障电弧进行有效检测，并提供语境信息，对于确保电力系统的安全运行具有重要的应用价值。
　　1 开关柜内部故障电弧的产生
　　电弧故障是由于绝缘故障所引起的。开关柜所使用的绝缘材料没有达到绝缘要求，主要在于绝缘材料爬电比距不够所造成的。其次，处于绝缘环境不良的条件下，由于污染和潮湿，就很容易造成绝缘故障。另外，开关柜运行具有规定的年限，如果运行的时间过久，就会由于绝缘材料老化而导致绝缘效果不佳。
　　出现故障电弧很有可能是由于电气回路出现短路所造成的。当电流过大的情况下，如果接头截面直径过小，就会导致线路过热而冒火的现象发生。触头接触不良或者紧固的螺栓出现松动现象的时候，很容易导致电流短路。
　　由于系统原因而出现故障电弧，主要是电力系统为了满足大量的供电需要而采取了扩容的措施，或者原有的接地方式发生了改变而自动控制装置在配置上没有符合安全要求，电缆大量地被应用，以及电力系统运行的过程中有谐振波干扰。
　　由于人为操作不当或者有异物进入到开关柜当中，也会导致故障电弧事故出现。比如，操作人员在工作区域内出现了没有验电或者没有接地的误操作动作，或者走错了间隔，甚至于开关柜内有维修工具遗漏在其中，都会导致故障电弧的出现。
　　2 开关柜内部的故障电弧的在线检测保护装置
　　2.1 故障电弧的破坏性对于保护装置的要求
　　故障电弧对于开关柜具有一定的破坏程度。为了避免电弧短路故障所带来的危害，保护装置的动作要界定在100毫秒以内。对于各种干扰因素而导致的故障电弧，就需要提高保护装置的可靠性。特别是在较为恶劣的工作环境下，保护装置要提高抗干扰能力，以确保工作的顺利进行。故障电弧的保护装置要具有选择性，比如，保护装置启动上级保护动作的时候，下级保护要保持常态。此外，从经济的角度而言，故障电弧的保护装置要成本低廉，无论是构造，还是安装，都要简单容易，以利于使用中的维护工作。电弧检测保护装置原理见图1。
　　2.2 故障电流的波形检测
　　电弧故障检测的时候，故障电流的波形为突变或者是随机的平肩部特征。小波变化是建立在短时傅里叶变换基础之上的。时频窗口会随着分析频率的变化而有所改变。二进小波变换具有平移不变性的特征，当平移量达到奇异点的位置时，小波变换就可以达到上界变换系数的值。
　　二进小波变换公式：
　　
　　参考小波变化多分辨率分析，电流信号可以被分解为两个分量。小波分解的算法公式：
　　
　　
　　其中的aj:逼近信号；
　　dj:细节信号，属于是信号在不同尺度的分解下所获得的高频部分；
　　在进行故障检测的时候，故障电流在波形上与负载之间存在着必然联系。根据公式计算结果判断电流的波形，可以有效地辨识电弧，并准确地与负载启动加以区分，以避免电路受到谐波的干扰。
　　2.3 故障电流的故障电弧定位
　　故障电弧的在线检测系统中，每一个检测单元的光纤探头在开关柜中都处于不同的位置。根据编码器中所输出的电弧所对应的二极管显示数字，就可以判断出故障信号的检测单元，从而确定故障电弧在开关柜中的位置。常规情况下，任何一个检测单元出现电弧故障，都可以采用这种方式检测出来。随着检测单元范围的不断扩展，使得单元数量增加，就会更为充分地保护开关设备。
　　在已检测到的电弧基础上对电弧加以判断确定是否为故障电弧。开关柜内部故障电弧的在线检测和保护装置可以通过参照模拟电弧参量检测，根据电弧产生的电磁、热、电、光等变化检测，或者根据故障电弧产生时引起的电流、电压波形变化加以检测。
　　3 结论
　　综上所述，基于故障电弧的危害，开关柜内部的故障电弧问题越来越受到重视。针对于故障产生的原因设计在线保护装置，可以有效地解决故障电弧的问题，而且还降低了开关柜的成本。
　　
　　参考文献
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　　[3]张瑞祥，耿英三，宋政湘，徐斌.开关柜故障电弧检测与预警方法的新进展[J].电气制造，2012（07）.
　　
　　作者单位
　　中山市明阳电器有限公司广东省中山市528404