一种配电箱电弧故障监测系统及安全预警方法与流程

本发明涉及低压配电回路故障监测，尤其涉及配电箱内电弧故障的支路定位和安全预警。

背景技术：

1、低压配电箱中的导线破损、端子松动、绝缘老化或接触器触点烧蚀可能形成串联或并联电弧。电弧电流不一定超过断路器的过流整定值，却会在导体附近持续产生高温。若无法尽早确定故障所在支路，维护人员只能逐支路停电排查，影响供电连续性。

2、电弧在点燃和熄灭时会产生高频电流瞬态。已有电弧检测装置常在总进线处分析高频能量、谐波或波形畸变，也有方案在多个支路布置传感器并采用分类模型判断故障。总进线检测难以直接给出源支路；多传感器方案若只比较能量大小，容易受到线缆长度、传感器安装方向和箱内耦合路径的影响。

3、配电箱中的正常开关操作也会产生高频瞬态。接触器吸合、断路器分断、开关电源投入以及外部电网扰动均可能表现为一个或多个尖峰。简单地以高频能量越限作为电弧判据，容易把正常操作当作故障。采用操作窗口屏蔽虽能减少误报，但只回答某个事件是否发生在开关动作附近，不能利用正常操作本身所携带的配电拓扑传播信息。

4、部分线路定位技术采用专用脉冲源向回路注入测试信号，再比较各节点的响应。该方式在停电检修或专用诊断设备中可行，但在运行中的配电箱内增加注入电路，会带来绝缘、兼容和控制时序要求。对于已经具备开关状态采集和多支路瞬态监测能力的配电箱，更合适的做法是从正常分合操作中获得参照，而不是额外制造测试脉冲。

5、正常开关瞬态从被操作支路向进线和其他支路传播时，除幅值衰减外，还形成受实际接线、线缆长度和传感器方向共同决定的首达时间先后与极性关系。该关系在同一配电箱内相对稳定，并且天然带有被操作支路标签。如何把这些带标签的无源瞬态积累为可更新的拓扑响应参照，并用于无指令事件的支路定位和外来扰动排除，是现有技术仍未解决好的问题。

技术实现思路

1、本发明在进线和各支路设置同步瞬态监测点，并接入断路器或接触器的操作指令和位置状态。开关正常分合时，系统知道被操作的是哪一支路，也知道该瞬态不是未知故障事件。系统由此提取多个监测点的首达时间先后关系、首个主脉冲极性和多个频带中的能量衰减区间，按支路标识形成拓扑响应参照表。

2、待判事件没有对应操作指令边缘时，系统提取相同维度的关系并与拓扑响应参照表匹配。首达时间先后关系采用允许并列层级的偏序，而不要求所有监测点形成绝对先后，可容纳同步误差和传播距离很近的情况。极性关系帮助抵消传感器安装方向差异，频带衰减则补充区分传播路径。三类关系共同参与定位，不以单一能量最大点直接判定源支路。

3、具体而言，同步瞬态采集模块用于获取进线监测点和各支路监测点的高频电流瞬态序列。开关状态接入模块用于获取操作指令边缘和位置状态。无源参照建立模块用于在正常分合时提取首达时间先后关系、极性关系和频带能量衰减区间并建立拓扑响应参照表。事件定位模块用于在不存在对应操作指令边缘时进行关系匹配并确定事件源支路。安全预警模块用于在重复击穿脉冲簇持续定位至同一事件源支路时输出电弧故障预警。各模块用于获取或处理的对象均采用同一时间基准。

4、当进线监测点最先响应并且各支路监测点近似同时呈现同极性共模响应时，事件更可能从配电箱外部进入，系统将其标记为外来扰动。正常开关操作则由操作指令边缘、位置完成和工频电流变化共同确认。剩余的无指令事件若在多个电源半周期内形成重复击穿脉冲簇，并持续定位到同一支路，才输出电弧故障预警。

5、本发明把正常操作产生的瞬态转化为带真实支路标签的无源参照，不需要附加脉冲注入源。参照表包含本柜真实线缆、接线端子、传感器方向和耦合条件的综合响应，能够随正常操作逐步更新。与仅在时间窗口内屏蔽开关事件的做法相比，正常事件不仅被排除，还被用于后续定位；与只比较能量大小的做法相比，首达偏序和极性关系对幅值漂移更稳健。

6、本发明还提供安全预警方法、计算机可读存储介质和电子设备。预警输出可包括声光提示、上送告警或在满足安全联锁条件时控制故障支路分闸，并保留分闸前的多点瞬态记录以便复核。

1.一种配电箱电弧故障监测系统，其特征在于，包括同步瞬态采集模块、开关状态接入模块、无源参照建立模块、事件定位模块和安全预警模块；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述进线监测点和各支路监测点分别设置高频电流传感器；

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无源参照建立模块在开关位置状态于操作指令边缘后的完成时间内达到目标位置、操作后的工频电流与目标位置相符并且未出现重复击穿脉冲簇时，将对应开关瞬态确认为正常操作瞬态。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述拓扑响应参照表针对每一被操作支路存储：进线监测点与各支路监测点的首达次序偏序、各监测点首个主脉冲的极性符号，以及各监测点在多个预设频带内的能量相对于被操作支路监测点能量的衰减区间。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无源参照建立模块对同一支路的多次正常操作瞬态分别提取首达时间差和频带能量比，使用中位数和中位绝对偏差更新所述拓扑响应参照表，并舍弃与对应中位数之差的绝对值超过对应中位绝对偏差三倍的样本。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，事件定位模块在相邻监测点的首达时间差小于时钟同步误差与传感链路延迟之和时，将对应两个监测点登记为同一先后层级，并采用偏序匹配而非全序匹配确定事件源支路。

7.一种采用权利要求1至6中任一项所述系统的配电箱电弧故障安全预警方法，其特征在于，包括：在配电箱正常运行期间，响应于支路开关的正常分合操作，采集进线监测点和各支路监测点的高频电流瞬态序列，按被操作支路建立包括首达时间先后关系、极性关系和频带能量衰减区间的拓扑响应参照表；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在输出电弧故障预警后，根据事件源支路的预警置信度、重复击穿脉冲簇数量和频带能量等级执行声光提示或上送告警，仅在对应待判瞬态事件未被标记为外来扰动、所述事件源支路的开关处于可控状态且所述事件源支路未被标记为不得自动分闸时控制支路开关分闸，并在支路开关分闸前保存预设时间长度的各监测点瞬态序列。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求7所述的方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现权利要求7所述的方法。