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楼宇电气火灾预警系统中故障电弧检测的研究

作　者: 杨艺
导　师: 董爱华
学　校: 河南理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电气火灾故障电弧检测二进小波奇异性检测模极大值
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

故障电弧是引起电气火灾的重要原因之一。但是当供电线路产生电弧时由于其电压值和电流值均处于正常值的附近,所以现有的保护设备无法检测到故障电弧。为此,本文首先对故障电弧特性进行了一系列的实验研究,得到了故障电弧的电流电压波形及其特性,在此基础上设计了故障电弧在线检测系统。本系统作为电气火灾预警系统的一个重要组成部分,能够实时检测供电线路的电流参数,一旦发生故障电弧能及时的报警能切实起到预防电气火灾的作用。本系统能采集判断6路电流信号,系统由上位机和下位机构成。下位机由检测从机和数据接收主机(主机1)和数据发送主机(主机2)构成。检测从机主要用于检测电流信号,与电流传感器和A/D转换电路组成电流信号采集电路。电流传感器将检测的电流信号传送给A/D转换电路进行模数转换。输出的数字信号传送给检测从机,检测从机通过串行口将数据传送给主机1,检测从机和主机1之间的数据传输协议是RS-485串行数据传输协议。在主机1中数据被重置,随后通过并行口被传送给主机2。主机2通过串行口将数据传输给上位机。上位机与主机2之间的数据传输协议是RS-232串行数据传输协议。上位机检测平台是利用LabWindows/CVI开发的“故障电弧检测系统”。该系统以小波分析为工具,通过检测电流信号中是否具有周期性奇异性点来判断是否发生故障电弧。系统选用并构建了正交二次样条小波作为小波函数,采用多孔算法实现二进小波变换的快速算法。在判断电流信号奇异点时,本文通过逐步减小阈值的方法来最终确定小波变换系数的模极大值。为了进一步消除供电线路噪声的影响,系统通过计算奇异点间的距离,来判断奇异性点是不是具有周期性,从而判断故障电弧是否真正燃烧及燃烧的半周期数。一旦故障电弧燃烧时间超过5个半周期即可报警。通过实验,本系统完全能有效地对故障电弧实现实时在线检测。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-16
  1.1 研究电气火灾预警的意义  10-11
  1.2 电气火灾形成的机理  11-13
  1.3 故障电弧检测方法的研究现状  13-14
  1.4 故障电弧检测方法的研究目的和内容  14-15
  1.5 本章小结  15-16
2 交流电弧特性的实验研究  16-26
  2.1 交流电弧产生机理的研究  16-18
  2.2 交流电弧特性实验研究  18-22
    2.2.1 实验目的及实验步骤  18
    2.2.2 实验电路及设备参数设置  18-19
    2.2.3 电阻性负载电弧的实验研究  19-20
    2.2.4 电感性负载电弧的实验研究  20-21
    2.2.5 阻感性负载电弧的实验研究  21-22
  2.3 试验结果分析  22-23
  2.4 故障电弧检测方案的确定  23-25
  2.5 本章小结  25-26
3 故障电弧检测方法的研究  26-46
  3.1 小波分析奇异性检测的理论研究  26-31
    3.1.1 基于小波奇异性分析的小波函数的选取原则  26-28
    3.1.2 信号的奇异性信息与小波变换模极大值的关系  28-31
  3.2 小波函数的构造及小波变换的快速算法研究  31-37
    3.2.1 正交二次样条小波的构造  32-34
    3.2.2 二进小波变换多孔算法的研究  34-37
  3.3 故障电弧的小波奇异性检测  37-44
    3.3.1 运用小波逼近方法对电流信号进行分析  38-39
    3.3.2 运用多孔算法对电流信号进行分析  39-40
    3.3.3 求解电流信号小波变换系数模极大值点的方法  40-42
    3.3.4 模极大值点的Lipschitz 指数信息  42-43
    3.3.5 故障电弧检测的周期性模极大点判断算法  43-44
  3.4 本章小结  44-46
4 下位机系统设计  46-58
  4.1 电弧信号采样电路的硬件设计  46-51
    4.1.1 电弧信号采样电路的设计依据  46-47
    4.1.2 采样电路的元器件选择  47-49
    4.1.3 数据采样电路的设计  49-51
  4.2 下位机系统程序设计  51-57
    4.2.1 下位机编程注意事项  51-52
    4.2.2 从机的程序设计  52-54
    4.2.3 主机1 的程序设计  54-55
    4.2.4 主机2 的程序设计  55-57
    4.2.5 看门狗程序的编写  57
  4.3 本章小结  57-58
5 上位机系统设计  58-76
  5.1 上位机的硬件要求  58-59
  5.2 故障电弧在线软件设计的总体要求  59
  5.3 用户界面的设计  59-64
    5.3.1 主界面的设计  59-60
    5.3.2 在线检测界面控件属性的设置  60-62
    5.3.3 数据分析界面控件属性的设置  62-64
  5.4 系统程序设计  64-71
    5.4.1 信号实时检测模块程序的设计  64-68
    5.4.2 数据小波分析程序的设计  68-71
  5.5 多线程技术在系统中的应用  71-74
    5.5.1 多线程机制的选择  72-73
    5.5.2 多线程间的数据保护方法  73
    5.5.3 故障电弧检测系统的多线程设计  73-74
  5.6 本章小结  74-76
6 结论  76-80
  6.1 所作工作及取得的成果  76
  6.2 系统运行效果  76-78
  6.3 故障电弧检测的展望  78-79
  6.4 本章小结  79-80
参考文献  80-84
附录1：下位机程序  84-88
附录2 上位机数据分析程序  88-92
附录3 研究生在读期间公开发表的学术论文及科研成果一览表  92-93
致谢  93

楼宇电气火灾预警系统中故障电弧检测的研究

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