一种光电磁同步融合检测弧光保护方法及装置

1.本发明涉及一种光电磁同步融合检测弧光保护方法及装置，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，开关柜柜内接地故障不易检测。随着电缆线路越来越多地应用在配电网中，系统容性电流增加，当容性电流大于150a时，消弧线圈补偿困难。发生单相接地故障时，长时间带故障运行会损害设备绝缘，还会引发人身安全事故。成套开关柜大量应用在中压配电系统中，我国目前的中压开关柜有800万套左右，由于设备自身原因、运行环境等因素，使得开关柜接地故障频发，中压开关柜电弧故障问题日益严重，并成为一个亟待解决的难题。
3.现有的弧光保护技术与装置主要有三种方式，第一种是仅采用中、低压电气设备的电气量，通过对电磁信号进行处理分析实现弧光保护，这种方法复杂度高，缺乏柜体电弧故障确认能力，为避免瞬时性故障引起频繁动作，其灵敏性与可靠性无法兼顾；第二种是利用声、压、热、光、气体成分以及形成物质等中、低压电气设备的非电气量对电弧故障进行检测分析，这种方法受环境干扰大，易产生误判，可靠性不足；第三种是采用电气量与非电气量相结合，其中非电气量主要以可见光信号为主，这种方法能够检测中、低压电气设备稳定燃弧故障，所需的故障检测时间较长，速动性不足，导致中、低压电气设备起火爆炸、人身触电和中低压配电网其他设备损坏等问题，引起故障范围及危害扩大。为保证中低压配电网中人身与设备安全，灵敏、可靠、快速定位中、低压电气设备电弧接地故障，是电力系统继电保护领域追求的目标。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种光电磁同步融合检测光电磁同步融合检测弧光保护方法及装置，用以解决配电网中、低压电气设备电弧接地故障特征微弱，不易检测，传统检测方法灵敏性、速动性、可靠性不足的问题。
5.本发明的技术方案是：一种光电磁同步融合检测弧光保护方法，首先利用电气设备电弧接地故障中，光强、电场、磁场同步变化的规律，直接获取电气设备电弧故障光信号变化量，以电流信号变化量表征电气设备电弧故障磁场变化量，以电压信号变化量表征电气设备电弧故障电场变化量，利用电弧起弧阶段产生的特定波段的紫外光强增量与电压梯度构成和/或逻辑作为启动判据。利用电弧燃弧阶段可见光强增量和暂态电流变化增量的变化相似度ρ作为故障判据，实现电气设备电弧故障的光、电、磁同步融合检测。
6.所述光强指代的是光信号，所述电场指代的是电压，所述磁场指代的是电流。所述电弧故障光信号变化量指代的是紫外光强信号和可见光强信号。所述电流信号变化量指代的是电流信号。所述电弧故障磁场变化量指代的是暂态电流增量。所述电压信号变化量指代的是电压信号。所述电弧故障电场变化量指代的是电压梯度。所述特定波段为λ3～λ4的波
段。
7.具体步骤为：
8.step1：实时检测电气设备紫外光强信号与电压信号。
9.step2：对获取到的紫外光强信号进行光电转换，将紫外光强信号转换为电压信号，实现紫外光强信号与电压信号同步采集。同步采集有利于提高对时精度，降低处理信号难度。
10.step3：计算启动量，所述启动量包括紫外光强增量δφ1和/或电压梯度du/dt。
11.step4：对启动量进行判断。
12.若启动量大于等于门槛值，则启动弧光保护装置。
13.若启动量小于门槛值，则弧光保护装置复归。
14.step5：实时检测电气设备可见光强信号与电流信号，获取弧光保护装置启动后燃弧阶段的可见光强信号和电流信号。
15.step6：对获取到的可见光强信号进行光电转换，将可见光强信号转换为电流信号，实现可见光强信号与电流信号同步采集。
16.step7：计算弧光保护装置启动后燃弧阶段的故障特征量。所述故障特征量包括可见光强增量δφ2和暂态电流增量δi。
17.step8：计算弧光保护装置启动后燃弧阶段的故障特征量的变化相似度ρ。
18.若变化相似度ρ大于等于门槛值，则故障逻辑判断出口。
19.若变化相似度ρ小于门槛值，则故障逻辑判断不出口，弧光保护装置复归。
20.进一步的，step1中，所述电气设备包括配电网中、低压开关柜、环网柜、配电柜。所述中、低压配电网的电压等级为10kv，400v。
21.进一步的，step1中，所述电压信号为零序电压信号。零序电压信号故障时，时特征更为明显，在实际现场中一般在母线位置获取，简便可靠。
22.进一步的，step2中，对所述紫外光强信号转换为的电压信号进行信号放大、降噪，然后通过处理后的电压信号计算得到紫外光强增量δφ1，所述计算方式为差分计算，所述差分计算包括向前差分、向后差分、中心差分。
23.进一步的，所述电压梯度du/dt为通过所述零序电压信号计算得到的零序电压梯度。
24.进一步的，step4中，所述启动量中的紫外光强增量δφ1或电压梯度du/dt任意一个满足启动条件，则启动弧光保护装置。即依据实际应用场景，两个信号优先检测获得即使用哪一个信号作为启动量，两个信号均具有可靠性，但是其出现的时间顺序不具有确定性，所以捕捉到任意一个信号都可以。
25.进一步的，step4中，所述门槛值为弧光保护装置起弧阶段的门槛值，其根据场景和所述电气设备的(金属)材料整定。这是因为，电弧发生在两极金属材料之间，电极材料与电极间距不同电弧特征会有区别，因此门槛值或定值需要视情况确定。
26.进一步的，step5中，所述电流信号为零序电流信号。
27.进一步的，step6中，对所述可见光强信号转换为的电流信号进行信号放大、降噪，然后通过处理后的电流信号计算得到可见光强增量δφ2，所述计算方式为差分计算，所述差分计算包括向前差分、向后差分、中心差分。
28.进一步的，所述暂态电流增量δi为通过所述零序电流信号计算得到的零序暂态电流增量。
29.进一步的，所述变化相似度ρ通过可见光强增量δφ2和暂态电流增量δi获得，ρ＝f(δφ2,δi)。
30.进一步的，step8中，所述门槛值为弧光保护装置燃弧阶段的门槛值，其根据场景和所述电气设备的(金属)材料整定。
31.step4中的门槛值是起弧阶段的门槛值，step8中的门槛值是燃弧阶段的门槛值，因此需要分别确定。
32.本发明所述弧光保护装置泛指所有可以实现保护功能的弧光保护装置，并不具体局限于本发明所述的一种具体的弧光保护装置，现有技术中的弧光保护装置均可应用在本发明方法中，实现方法的技术效果，所述光电磁同步融合检测弧光保护方法的保护范围也并不局限于使用本技术记载的一种具体的弧光保护装置。
33.一种光电磁同步融合检测弧光保护装置，包括：
34.紫外光检测模块，用于按需配置在电气设备内，连接有紫外光采集检测装置，检测电气设备紫外光强信号。
35.可见光检测模块，用于按需配置在电气设备内，连接有可见光采集检测装置，检测电气设备可见光强信号。
36.光电转换模块，用于将紫外光信号、可见光信号转换为电信号。
37.电压检测模块，连接有电压传感器，用于获取电气设备零序电压信号。
38.电流检测模块，连接有电流传感器，用于获取电气设备零序电流信号。
39.中央数据处理系统，用于对各输入信号进行处理分析，获取弧光保护装置启动量、故障特征量，并输出控制信号。
40.时间校验模块，用于获取精确的时间信息并将时间信息发送给中央数据处理系统，确定电气信号精确的时标。
41.故障启动模块，用于启动弧光故障同步融合装置的数据采集与判断。
42.电源模块，用于为整个弧光故障同步融合装置提供工作电源。
43.故障出口模块，用于故障信息出口校验，并输出断路器动作控制信号。
44.通信模块，用于与外部系统进行数据通信与数据交换。
45.进一步的，所述光电转换模块包括：
46.信号放大单元，用于对紫外光、可见光信号产生的弱光电流经前置放大单元进行放大，以便于进行数据处理和比较。
47.滤波单元，用于对信号进行优化处理，以实现较大的信噪比、信号稳定性以及高灵敏度等特点。
48.进一步的，所述中央数据处理系统包括：
49.模数转换单元，用于将输入端各模拟量信号转换为方便cpu处理的数字量信号。
50.信号降噪单元，用于滤除转换结果的高频噪声，对采集到的数字信号进行降噪，降低通道噪声，便于后续数据处理。
51.存储单元，用于储存波形数据，按时标命名录波数据文件，并存储于本地存储器。
52.故障启动量计算单元，用于计算故障检测系统启动量。
53.故障出口量计算单元，用于计算弧光故障检测系统启动后燃弧阶段故障特征量。
54.进一步的，所述时间校验模块包括：
55.时间获取单元，用于获取外部高精度的同步时间信息。
56.时间校验单元，用于将采集到的电气信号与时间信号一一对应，且校验装置之间的时间差是否小于预设值。
57.进一步的，所述故障出口模块包括：
58.故障出口校验单元，用于校验故障出口比较单元给出的结果是否满足故障出口条件。
59.故障出口单元，用于发出弧光故障同步融合装置得出的故障出口，控制外部线路断路器，快速切除故障所在线路。
60.进一步的，所述紫外光检测模块、可见光检测模块安装在电气设备内，紫外光检测模块、可见光检测模块输出端连接光电转换模块的输入端，光电转换模块、电流检测模块、电压检测模块输出端连接在中央数据处理系统输入端，中央数据处理系统信号输出端连接通信模块输入端，中央数据处理系统启动信号输出端连接在故障启动模块输入端上，故障启动模块输出端连接在中央数据处理系统故障启动输入端上，中央数据处理系统控制信号输出端连接在故障出口模块输入端上，故障出口模块输出端连接在外部线路断路器控制信号输入端上。
61.进一步的，所述紫外光检测模块、可见光检测模块、光电转换模块、电压检测模块、电流检测模块、中央数据处理系统、时间校验模块、故障启动模块、电源模块、通信模块和故障出口模块连接至电源模块。
62.本发明可应用于中、低压配电网电气设备电弧接地故障检测，中、低压配电网电气设备主要包括中低压开关柜、环网柜和配电柜，视中、低压配电网电气设备场景和金属材料不同，将弧光保护技术与装置灵活配置于中、低压配电网电气设备，可灵敏、快速、可靠检测中、低压配电网电气设备电弧接地故障，提高电气设备运行安全可靠性，保证人身安全，给国民生产生活带来巨大效益。
63.本发明的有益效果是：
64.1、本发明解决了配电网电气设备，特别是中、低压配电网电气设备(如开关柜、环网柜、配电柜等)电弧接地故障电流微弱，不易检测的问题。
65.2、本发明解决了现有技术中启动量、出口量依赖单一电气量或非电气量，灵敏性与可靠性无法兼顾的问题。
66.3、本发明将配电网电气设备，特别是中、低压配电网电气设备电弧接地故障起弧阶段产生的特定波段的紫外光强增量与零序电压梯度构成或逻辑作为弧光保护技术与装置的启动量，解决了传统光电磁同步融合检测弧光保护方法或装置采用以可见光信号为主的非电气量结合电气量速动性不足的问题。
67.4、利用配电网电气设备，特别是中、低压配电网电气设备电弧接地故障光强(可见光与紫外光)、电场、磁场同步变化规律，应用光、电、磁同步融合检测三判据，提高了弧光保护技术与装置可靠性；
68.5、本发明出口时间不大于5ms，包括断路器动作时间，整个保护时长小于35ms，远小于电缆起燃的时间，避免了开关柜接地电弧发展成稳定电弧，避免永久故障的形成，提高
了中、低压配电网电气设备运行安全性与可靠性。
69.6、本发明配置灵活，能可靠实现中、低压配电网电气设备电弧接地故障检测，具有较强的工程实用性。
附图说明
70.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。
71.图1是本发明的步骤流程图；
72.图2是图1中step2包括的具体步骤的流程示意图；
73.图3是图1中step5包括的具体步骤的流程示意图；
74.图4是配电网故障电弧试验平台；
75.图5是紫外光弧光传感器；
76.图6是可见光弧光传感器；
77.图7是本发明实施例1、2中10kv配电网拓扑图；
78.图8是图7中10kv开关柜、环网柜电弧接地故障试验等效示意图
79.图9为本发明实施例1中10kv开关柜电弧接地故障紫外光特征图；
80.图10为本发明实施例1中10kv开关柜电弧接地故障电压波形图；
81.图11为本发明实施例1中10kv开关柜电弧接地故障可见光特征图；
82.图12为本发明实施例1中10kv开关柜电弧接地故障电流波形图；
83.图13是本发明实施例1中10kv开关柜电弧接地故障燃弧阶段故障特征量可见光强增量δφ2和零序暂态电流增量δi变化相似度对比结果；
84.图14为本发明实施例2中10kv环网柜电弧接地故障紫外光特征图；
85.图15为本发明实施例2中10kv环网柜电弧接地故障电压波形图；
86.图16为本发明实施例2中10kv环网柜电弧接地故障可见光特征图；
87.图17为本发明实施例2中10kv环网柜电弧接地故障电流波形图；
88.图18是本发明实施例2中10kv环网柜电弧接地故障燃弧阶段故障特征量可见光强增量δφ2和零序暂态电流增量δi变化相似度对比结果；
89.图19本发明光电磁同步融合检测弧光保护装置的结构图；
90.图20为图19中的光电转换模块图；
91.图21为图19中的中央数据处理系统图；
92.图22为图19中的时间校验模块图；
93.图23为图19中的故障出口模块图。
具体实施方式
94.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。
95.实施例1：10kv电压等级下，检测电气设备电弧起弧阶段光谱信号特征与电信号特征，如图2所示，于电弧试验平台10kv开关柜设置电弧接地故障，此时电弧间隙为2cm。录波装置参数设置：工频50hz下的连续录波，采样率为409.6khz，预录时间设为0s，录波时长设为15s，采集模拟通道选择ua1、ia2，量程分别选择dc50v(ac35v)、1h，ua1通道变比选择1000、ia2通道变比选择1，采样点数选择每周波64个点，选择开出1通道，开出1设置延迟为20s。光信号采集装置参数设置：对采集组窗口的参数进行设置，数据更新速率为0ms，积分时间为1ms，光谱张数设为5000张，触发方式选择电平触发，然后点击start后，外部给一个高电平信号，外部触发设备电平电压为3.05v。
96.实施的具体步骤为：
97.step1：遵照相关国家试验标准，根据试验原理图，先连接故障电弧主回路并安全接地，调整好故障电弧间隙，然后接通电源，检验主回路试验接线正确性；
98.step2：连接试验测量回路。电压传感器、电流传感器测量10kv开关柜线路零序电压、零序电流，输出端分别连接录波装置ua1、ia2模拟通道，接通录波装置电源，用屏蔽网线连接录波装置与上位机，调节至联机正常；
99.step3：用光纤一端分别连接可见光、紫外光光信号采集装置，固定于10kv开关柜内；用传输线分别将2台光信号采集装置连接至光电转换装置；
100.step4：将录波装置、光电转换装置输出端连接至上位机，以便于进行数据分析处理
101.step5：将录波装置与光信号采集装置使用同步触发电路连接，并测试录波装置接收信号后能否正确触发光信号采集装置；
102.step6：通过采集电弧故障起弧阶段紫外光信号，并转换为电信号，得到电弧起弧阶段紫外光强增量δφ1，如图9所示；
103.step7：通过录波装置采集电弧起弧阶段零序电压信号，得到电弧起弧阶段零序电压梯度du/dt，如图10所示；
104.step8：电弧起弧阶段紫外光强增量δφ1或零序电压梯度du/dt大于门槛值，启动弧光保护技术与装置。
105.step9：通过采集电弧故障燃弧阶段可见光信号，并转换为电信号，得到电弧燃弧阶段可见光强增量δφ2，如图11所示；
106.step10：通过录波装置采集电弧燃弧阶段零序电流信号，得到电弧燃弧阶段零序电压梯度δi，如图12所示；
107.step11：比较电弧起弧阶段可见光强增量δφ2与电流增量δi变化相似度，如图13所示。
108.step12：电弧起弧阶段可见光强增量δφ2与电流增量δi变化相似度ρ大于门槛值，弧光保护技术与装置出口故障。
109.本实施例说明在10kv配电网开关柜电弧接地故障中，本发明能准确检测出开关柜发生电弧接地故障，可靠性高；弧光保护技术与装置出口时间不大于5ms，包括断路器动作时间，整个保护时长小于35ms，速动性与灵敏性好。
110.实施例2：10kv电压等级下，检测电气设备电弧起弧阶段光谱信号特征与电信号特征，于电弧试验平台10kv环网柜设置电弧接地故障，此时电弧间隙为2cm。录波装置参数设
置：工频50hz下的连续录波，采样率为409.6khz，预录时间设为0s，录波时长设为15s，采集模拟通道选择ua1、ia2，量程分别选择dc50v(ac35v)、1h，ua1通道变比选择1000、ia2通道变比选择1，采样点数选择每周波64个点，选择开出1通道，开出1设置延迟为20s。光信号采集装置参数设置：对采集组窗口的参数进行设置，数据更新速率为0ms，积分时间为1ms，光谱张数设为5000张，触发方式选择电平触发，然后点击start后，外部给一个高电平信号，外部触发设备电平电压为3.05v。
111.实施的具体步骤为：
112.step1：遵照相关国家试验标准，根据试验原理图，先连接故障电弧主回路并安全接地，调整好故障电弧间隙，然后接通电源，检验主回路试验接线正确性；
113.step2：连接试验测量回路。电压传感器、电流传感器测量10kv环网柜线路零序电压、零序电流，输出端分别连接录波装置ua1、ia2模拟通道，接通录波装置电源，用屏蔽网线连接录波装置与上位机，调节至联机正常；
114.step3：用光纤一端分别连接可见光、紫外光光信号采集装置，固定于10kv环网柜内；用传输线分别将2台光信号采集装置连接至光电转换装置；
115.step4：将录波装置、光电转换装置输出端连接至上位机，以便于进行数据分析处理
116.step5：将录波装置与光信号采集装置使用同步触发电路连接，并测试录波装置接收信号后能否正确触发光信号采集装置；
117.step6：通过采集电弧故障起弧阶段紫外光信号，并转换为电信号，得到电弧起弧阶段紫外光强增量δφ1，如图14所示；
118.step7：通过录波装置采集电弧起弧阶段零序电压信号，得到电弧起弧阶段零序电压梯度du/dt，如图15所示；
119.step8：电弧起弧阶段紫外光强增量δφ1或零序电压梯度du/dt大于门槛值，启动弧光保护技术与装置。
120.step9：通过采集电弧故障燃弧阶段可见光信号，并转换为电信号，得到电弧燃弧阶段可见光强增量δφ2，如图16所示；
121.step10：通过录波装置采集电弧燃弧阶段零序电流信号，得到电弧燃弧阶段零序电压梯度δi，如图17所示；
122.step11：比较电弧起弧阶段可见光强增量δφ2与电流增量δi变化相似度，如图18所示。
123.step12：电弧起弧阶段可见光强增量δφ2与电流增量δi变化相似度ρ大于门槛值，弧光保护技术与装置出口故障。
124.本实施例说明在10kv配电网环网柜电弧接地故障中，本发明能准确检测出环网柜发生电弧接地故障，可靠性高；弧光保护技术与装置出口时间不大于5ms，包括断路器动作时间，整个保护时长小于35ms，速动性与灵敏性好。
125.实施例3：如图19所示，一种光电磁同步融合检测弧光保护装置，包括：
126.紫外光检测模块，用于按需配置在电气设备内，连接有紫外光采集检测装置，检测电气设备紫外光强信号；
127.可见光检测模块，用于按需配置在中低压配电网电气设备内，连接有可见光采集
检测装置，检测电气设备可见光强信号；
128.光电转换模块，用于将紫外光信号、可见光信号转换为电信号，包含信号放大单元、滤波单元。信号放大单元对紫外光、可见光信号产生的弱光电流经前置放大单元进行放大，以便于进行数据处理和比较；滤波单元对信号进行优化处理，以实现较大的信噪比、信号稳定性以及高灵敏度等特点。
129.电压检测模块，连接有电压传感器，用于获取电气设备零序电压信号；
130.电流检测模块，连接有电流传感器，用于获取电气设备零序电流信号；
131.中央数据处理系统，用于对各输入信号进行处理分析，获取弧光保护技术与装置启动量、故障特征量，并输出控制信号，包括模数转换单元、信号降噪单元、存储单元、故障启动量计算单元、故障出口量计算单元。模数转换单元将输入端各模拟量信号转换为方便cpu处理的数字量信号；信号降噪单元用于滤除转换结果的高频噪声，对采集到的数字信号进行降噪，降低通道噪声，便于后续数据处理；存储单元用于储存波形数据，按时标命名录波数据文件，并存储于本地存储器；故障启动量计算单元计算故障检测系统启动量紫外光强增量δφ1和零零序电压梯度du/dt；故障出口量计算单元计算弧光故障检测系统启动后燃弧阶段故障特征量可见光强增量δφ2和零序暂态电流增量δi；
132.时间校验模块，用于获取精确的时间信息并将时间信息发送给中央数据处理系统，确定电气信号精确的时标，包括时间获取单元、时间校验单元。时间获取单元用于获取外部高精度的同步时间信息；时间校验单元用于将采集到的电气信号与时间信号一一对应，且校验装置之间的时间差是否小于预设值；
133.故障启动模块，用于启动弧光故障同步融合装置数据采集与判断；
134.电源模块，电源模块为整个弧光故障同步融合装置提供工作电源；
135.故障出口模块，用于故障信息出口校验，并输出断路器动作控制信号，包括故障出口校验单元、故障出口单元；故障出口校验单元用于校验故障出口比较单元给出的结果是否满足故障出口条件。故障出口单元用于发出弧光故障同步融合装置得出的故障出口，控制外部线路断路器，快速切除故障所在线路；
136.通信模块，用于与外部系统进行数据通信与数据交换。
137.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。

技术特征：
1.一种光电磁同步融合检测弧光保护方法，其特征在于：首先利用电气设备电弧接地故障中，光强、电场、磁场同步变化的规律，直接获取电气设备电弧故障光信号变化量，以电流信号变化量表征电气设备电弧故障磁场变化量，以电压信号变化量表征电气设备电弧故障电场变化量，利用电弧起弧阶段产生的特定波段的紫外光强增量与电压梯度构成和/或逻辑作为启动判据；利用电弧燃弧阶段可见光强增量和暂态电流变化增量的变化相似度ρ作为故障判据，实现电气设备电弧故障的光、电、磁同步融合检测。2.根据权利要求1所述的光电磁同步融合检测弧光保护方法，其特征在于，具体步骤为：step1：实时检测电气设备紫外光强信号与电压信号；step2：对获取到的紫外光强信号进行光电转换，将紫外光强信号转换为电压信号，实现紫外光强信号与电压信号同步采集；step3：计算启动量，所述启动量包括紫外光强增量δφ1和/或电压梯度du/dt；step4：对启动量进行判断；若启动量大于等于门槛值，则启动弧光保护装置；若启动量小于门槛值，则弧光保护装置复归；step5：实时检测电气设备可见光强信号与电流信号，获取弧光保护装置启动后燃弧阶段的可见光强信号和电流信号；step6：对获取到的可见光强信号进行光电转换，将可见光强信号转换为电流信号，实现可见光强信号与电流信号同步采集；step7：计算弧光保护装置启动后燃弧阶段的故障特征量；所述故障特征量包括可见光强增量δφ2和暂态电流增量δi；step8：计算弧光保护装置启动后燃弧阶段的故障特征量的变化相似度ρ；若变化相似度ρ大于等于门槛值，则故障逻辑判断出口；若变化相似度ρ小于门槛值，则故障逻辑判断不出口，弧光保护装置复归。3.根据权利要求2所述的光电磁同步融合检测弧光保护方法，其特征在于，step1中：所述电气设备包括配电网中、低压开关柜、环网柜、配电柜。4.根据权利要求2所述的光电磁同步融合检测弧光保护方法，其特征在于，step1中：所述电压信号为零序电压信号。5.根据权利要求2所述的光电磁同步融合检测弧光保护方法，其特征在于，step2中：对所述紫外光强信号转换为的电压信号进行信号放大、降噪，然后通过处理后的电压信号计算得到紫外光强增量δφ1，所述计算方式为差分计算，所述差分计算包括向前差分、向后差分、中心差分。6.根据权利要求4所述的光电磁同步融合检测弧光保护方法，其特征在于：所述电压梯度du/dt为通过所述零序电压信号计算得到的零序电压梯度。7.根据权利要求2所述的光电磁同步融合检测弧光保护方法，其特征在于，step4中：所述启动量中的紫外光强增量δφ1或电压梯度du/dt任意一个满足启动条件，则启动弧光保护装置。8.根据权利要求2所述的光电磁同步融合检测弧光保护方法，其特征在于，step4中：所述门槛值为弧光保护装置起弧阶段的门槛值，其根据场景和所述电气设备的材料整定。
9.根据权利要求2所述的光电磁同步融合检测弧光保护方法，其特征在于，step5中：所述电流信号为零序电流信号。10.根据权利要求2所述的光电磁同步融合检测弧光保护方法，其特征在于，step6中：对所述可见光强信号转换为的电流信号进行信号放大、降噪，然后通过处理后的电流信号计算得到可见光强增量δφ2，所述计算方式为差分计算，所述差分计算包括向前差分、向后差分、中心差分。11.根据权利要求9所述的光电磁同步融合检测弧光保护方法，其特征在于：所述暂态电流增量δi为通过所述零序电流信号计算得到的零序暂态电流增量。12.根据权利要求2所述的光电磁同步融合检测弧光保护方法，其特征在于：所述变化相似度ρ通过可见光强增量δφ2和暂态电流增量δi获得，ρ＝f(δφ2,δi)。13.根据权利要求2所述的光电磁同步融合检测弧光保护方法，其特征在于，step8中：所述门槛值为弧光保护装置燃弧阶段的门槛值，其根据场景和所述电气设备的材料整定。14.一种光电磁同步融合检测弧光保护装置，其特征在于，包括：紫外光检测模块，用于按需配置在电气设备内，连接有紫外光采集检测装置，检测电气设备紫外光强信号；可见光检测模块，用于按需配置在电气设备内，连接有可见光采集检测装置，检测电气设备可见光强信号；光电转换模块，用于将紫外光信号、可见光信号转换为电信号；电压检测模块，连接有电压传感器，用于获取电气设备零序电压信号；电流检测模块，连接有电流传感器，用于获取电气设备零序电流信号；中央数据处理系统，用于对各输入信号进行处理分析，获取弧光保护装置启动量、故障特征量，并输出控制信号；时间校验模块，用于获取精确的时间信息并将时间信息发送给中央数据处理系统，确定电气信号精确的时标；故障启动模块，用于启动弧光故障同步融合装置的数据采集与判断；电源模块，用于为整个弧光故障同步融合装置提供工作电源；故障出口模块，用于故障信息出口校验，并输出断路器动作控制信号；通信模块，用于与外部系统进行数据通信与数据交换。15.根据权利要求14所述的光电磁同步融合检测弧光保护装置，其特征在于，所述光电转换模块包括：信号放大单元，用于对紫外光、可见光信号产生的弱光电流经前置放大单元进行放大；滤波单元，用于对信号进行优化处理。16.根据权利要求14所述的光电磁同步融合检测弧光保护装置，其特征在于，所述中央数据处理系统包括：模数转换单元，用于将输入端各模拟量信号转换为方便cpu处理的数字量信号；信号降噪单元，用于滤除转换结果的高频噪声，对采集到的数字信号进行降噪，降低通道噪声；存储单元，用于储存波形数据，按时标命名录波数据文件，并存储于本地存储器；故障启动量计算单元，用于计算故障检测系统启动量；
故障出口量计算单元，用于计算弧光故障检测系统启动后燃弧阶段故障特征量。17.根据权利要求14所述的光电磁同步融合检测弧光保护装置，其特征在于，所述时间校验模块包括：时间获取单元，用于获取外部高精度的同步时间信息；时间校验单元，用于将采集到的电气信号与时间信号一一对应，且校验装置之间的时间差是否小于预设值。18.根据权利要求14所述的光电磁同步融合检测弧光保护装置，其特征在于，所述故障出口模块包括：故障出口校验单元，用于校验故障出口比较单元给出的结果是否满足故障出口条件；故障出口单元，用于发出弧光故障同步融合装置得出的故障出口，控制外部线路断路器，快速切除故障所在线路。19.根据权利要求14所述的光电磁同步融合检测弧光保护装置，其特征在于：所述紫外光检测模块、可见光检测模块安装在电气设备内，紫外光检测模块、可见光检测模块输出端连接光电转换模块的输入端，光电转换模块、电流检测模块、电压检测模块输出端连接在中央数据处理系统输入端，中央数据处理系统信号输出端连接通信模块输入端，中央数据处理系统启动信号输出端连接在故障启动模块输入端上，故障启动模块输出端连接在中央数据处理系统故障启动输入端上，中央数据处理系统控制信号输出端连接在故障出口模块输入端上，故障出口模块输出端连接在外部线路断路器控制信号输入端上。20.根据权利要求14所述的光电磁同步融合检测弧光保护装置，其特征在于：所述紫外光检测模块、可见光检测模块、光电转换模块、电压检测模块、电流检测模块、中央数据处理系统、时间校验模块、故障启动模块、电源模块、通信模块和故障出口模块连接至电源模块。

技术总结
本发明涉及一种光电磁同步融合检测弧光保护方法及装置，属于电力系统继电保护技术领域。首先利用电气设备电弧接地故障中，光强、电场、磁场同步变化的规律，直接获取电气设备电弧故障光信号变化量，以电流信号变化量表征电气设备电弧故障磁场变化量，以电压信号变化量表征电气设备电弧故障电场变化量，利用电弧起弧阶段产生的特定波段的紫外光强增量与电压梯度构成和/或逻辑作为启动判据。利用电弧燃弧阶段可见光强增量和暂态电流变化增量的变化相似度ρ作为故障判据，实现电气设备电弧故障的光、电、磁同步融合检测。本发明实现了开关柜内接地故障电弧光、电、磁同步融合检测，保护性能灵敏性强、速动性快、可靠性高。可靠性高。可靠性高。


技术研发人员：束洪春 董俊 宋金朋 李航 侯乔戈 黄利平 唐玉涛 韩一鸣
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2021.11.22
技术公布日：2022/3/7