CN110632472A - 直流系统放电故障检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流系统放电故障检测方法，包括步骤：获取直流系统电路中的特定频率谐波信号；获取直流系统电路周围空间中的特定频率电磁波信号；设定第一阈值、第二阈值、第三阈值以及第四阈值，当特定频率谐波信号持续或断续地大于第一阈值且特定频率电磁波信号持续或断续地大于第二阈值，并且持续时间大于第三阈值或断续次数大于所述第四阈值，则判断存在故障电弧，即存在直流系统放电故障。该检测方法能对指征直流系统放电故障的故障电弧进行检测，以判断直流系统中是否存在故障电弧，从而实现对直流系统放电故障的检测，并且该检测方法与现有技术相比检测准确率更高、适用性更强、效果更稳定。此外，本发明还公开了相应的检测系统。

Description

直流系统放电故障检测方法及系统

技术领域

本发明涉及放电故障检测方法及系统，尤其涉及一种直流系统放电故障检测方法及系统。

背景技术

发电厂的直流系统主要用于电气控制，例如电气控制回路、二次直流回路等回路控制，继电保护等保护控制，事故油泵、事故照明等事故控制，声光信号、信号继电器、闪光回路等信号控制；而为供给继电保护、控制、信号、计算机监控、事故照明、交流不间断电源等直流负荷，变电站内通常也设置由蓄电池供电的直流系统。

发电厂及变电站的直流系统，例如直流供电系统，通常装设有绝缘监察装置，发生直流并联短路的几率很小；但直流系统中有很多的触点及接头，线路中出现触点及接头松动或导线断裂的概率相对更高一点，若发生这类情况，相应的线路断口将会形成一对电极，在断口产生初期，两电极间距离很小，此时即使加在两端的电压不大，电场强度也能大到足以击穿空气产生电火花甚至持续的串联电弧。

由于串联电弧电流没有过零现象而无法被继电器检测到，空气开关等无法切断故障电路，串联电弧持续燃烧产生的高温可能导致绝缘失效，或引燃周围易燃物质从而引起火灾甚至爆炸等事故。因此需要一种直流系统放电故障检测方法及系统对串联电弧这类指征直流系统放电故障的故障电弧进行检测，以判断直流系统中是否存在故障电弧，从而实现对直流系统放电故障的检测。

串联电弧属于直流电弧，由于直流电弧在电流特性上与交流电弧有较大区别，适用于交流电弧故障的检测技术不能直接用于直流电弧故障检测。相对交流电弧故障而言，目前国内外直流电弧故障的研究相对滞后，而现有的直流电弧检测技术所依据的特征又相对比较单一，不易排除外界干扰，检测准确率较低。因此，需要找到一种检测准确率更高、适用性更强、效果更稳定的直流系统放电故障检测方法及系统。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种直流系统放电故障检测方法，该检测方法能对指征直流系统放电故障的故障电弧进行检测，以判断直流系统中是否存在故障电弧，从而实现对直流系统放电故障的检测，并且该检测方法与现有技术相比检测准确率更高、适用性更强、效果更稳定。

根据上述发明目的，本发明提出了一种直流系统放电故障检测方法，其中，所述检测方法通过对直流系统电路及其周围空间进行信号检测以判断直流系统中是否存在故障电弧，从而实现对直流系统放电故障的检测，其具体步骤为：

S100：获取直流系统电路中的特定频率谐波信号；

S200：获取直流系统电路周围空间中的特定频率电磁波信号；

S300：设定第一阈值、第二阈值、第三阈值以及第四阈值，当所述特定频率谐波信号持续或断续地大于所述第一阈值且所述特定频率电磁波信号持续或断续地大于所述第二阈值，并且所述持续时间大于所述第三阈值或所述断续次数大于所述第四阈值，则判断存在故障电弧，即存在直流系统放电故障。

本发明提出的直流系统放电故障检测方法基于包括以下具体问题和解决方案的考虑：

电弧燃烧过程中会向周围辐射电磁能量。因为电弧在燃烧时受电磁力及周围气压等的作用，其形状和位置会不断变化，所以电弧在不同方向的电磁辐射幅值是持续变化的。事实上，电弧作为高温等离子体可以视作向四周辐射电磁波的天线，且天线的方向在不断变化。

电弧可分为两种：一种是正常操作过程中产生的电弧，这种电弧一般不会造成设备损坏；另一种则是故障电弧，其发生的位置不确定且可能引发火灾等。电弧的检测应能对这两种情况进行有效地区分。

直流系统的正常操作也会产生电弧，但这种电弧出现的时间较短，而故障电弧的持续时间较长，且可能反复出现，可据此对二者进行区分。具体来说，若检测到所述直流系统电路中的特定频率谐波信号突然增强，且所述直流系统电路周围空间中的特定频率电磁波信号也突然增强，并持续一段时间以上或者断断续续反复出现，则可识别为出现故障电弧。该解决方案可以提高直流系统放电故障检测的准确率、适用性以及检测效果。本发明所述步骤S100-S300即是对应该解决方案。

若检测到所述直流系统电路周围空间中的特定频率电磁波信号，而并无检测到所述直流系统电路中的特定频率谐波信号，则可能是阴极材料出现较高程度的碳化，电弧电流的高频特征变得不明显，可进一步确认。因此将直流系统电路中的特定频率谐波信号检测与直流系统电路中的特定频率谐波信号检测结合起来，可以提高直流系统放电故障检测的准确率、适用性以及检测效果。本发明所述步骤S100-S300即是对应该解决方案。

综上所述，本发明提出的直流系统放电故障检测方法，其能对指征直流系统放电故障的故障电弧进行检测，以判断直流系统中是否存在故障电弧，从而实现对直流系统放电故障的检测，并且该检测方法与现有技术相比检测准确率更高、适用性更强、效果更稳定。

进一步地，本发明所述的直流系统放电故障检测方法中，所述特定频率谐波信号所在频段下限取60kHz，上限取100kHz；所述特定频率电磁波信号所在频段下限取37MHz，上限取40MHz。

上述方案考虑到故障电弧检测频率范围采用单一频率成分不可靠，因此通常获取信号时对所述特定频率谐波信号和所述特定频率电磁波信号的频段选取范围不一样。

大多数逆变器、DC/DC变换器和充电控制器的开关噪声频率范围在10kHz～50kHz，而直流电弧高频分量多集中于40kHz到100kHz频率段；当频率超过100kHz以上的时候，电弧电流或电压的幅值比较小，有可能被噪声淹没。因此对所述特定频率谐波信号的频段下限取为60kHz，上限取为100kHz。

在一定条件下，串联直流故障电弧的电磁波辐射有一个特征频率范围在37MHz～40MHz，该特征频率受气压、电极直径及形状的影响较小。因此对所述特定频率电磁波信号的频段下限取为37MHz，上限取为40MHz。

进一步地，本发明所述的直流系统放电故障检测方法中，所述检测方法还通过对直流系统电路及其周围空间进行信号检测以判断所述故障电弧所在位置，其中：

所述步骤S300还确定所述故障电弧所在电路以及所在区域，并由此确定所述故障电弧所在位置。

上述方案考虑到电弧起到电磁波发射天线的作用，且由于电弧在正常情况下为自由燃烧，不像冷等离子体天线那样受管壁限制，因此电弧天线的辐射并非轴对称，难以利用电磁波信号的幅值精确定位。

因此，上述方案采用通过对直流系统电路中特定频率谐波信号的检测确定故障电弧所在电路，同时通过对直流系统电路中特定频率电磁波信号的检测确定故障电弧所在区域，从而将二者结合准确检测出直流系统放电故障，并尽量缩小确定故障电弧位置所在范围。

通常，通过一特定频率电磁波探测天线阵列可以确定发生故障电弧的大概位置范围，通过一特定频率谐波探测与去噪电路可以确定发生故障电弧的所在电路支路，将二者相结合，可以检测到故障电弧的发生，并将故障电弧所在位置精确到其所在直流回路的具体某一段。

进一步地，本发明所述的直流系统放电故障检测方法中，步骤S100通过一特定频率谐波探测与去噪电路获取直流系统电路中的特定频率谐波信号，并通过一监控装置在步骤S300确定所述故障电弧所在电路；所述特定频率谐波探测与去噪电路基于电容与电感的串联谐振及并联谐振，阻隔故障电弧所在电路之外的噪声谐波，并放大由故障电弧产生的特定频率谐波信号。

上述方案中涉及的特定频率谐波探测与去噪电路其更详细的原理和实例在后面的具体实施方式相应部分有详细描述，在此不做赘述。

进一步地，本发明所述的直流系统放电故障检测方法中，步骤S200通过一特定频率电磁波探测天线阵列，获取直流系统电路周围空间中的特定频率电磁波信号，并通过一监控装置在步骤S300确定所述故障电弧所在区域；所述特定频率电磁波探测天线阵列包括将所述直流系统电路周围空间分割成若干区域的若干组天线簇，每组天线簇包括围成一个区域的若干组天线组，每组天线组包括若干架指向不同的定向天线，所述特定频率电磁波探测天线阵列基于各定向天线接收的信号强弱关系确定所述故障电弧所在区域。

上述方案中涉及的特定频率电磁波探测天线阵列其更详细的原理和实例在后面的具体实施方式相应部分有详细描述，在此不做赘述。

上述方案中涉及的监控装置通常是计算机，其作用包括数据接收、参数设定、根据本发明方案预置的相关规则进行数据的运算处理以及结果反馈。

本发明的另一目的是提供一种直流系统放电故障检测系统，该检测系统能对指征直流系统放电故障的故障电弧进行检测，以判断直流系统中是否存在故障电弧，从而实现对直流系统放电故障的检测，并且该检测系统与现有技术相比检测准确率更高、适用性更强、效果更稳定。

根据上述发明目的，本发明提出了一种直流系统放电故障检测系统，所述检测系统采用上述检测方法中任意一项的直流系统放电故障检测方法实现对直流系统放电故障的检测，所述检测系统包括：

特定频率谐波探测与去噪电路，其被配置为执行所述步骤S100；

特定频率电磁波探测天线阵列，其被配置为执行所述步骤S200；

监控装置，其被配置为执行所述步骤S300。

本发明提出的直流系统放电故障检测系统，其通过采用上述检测方法中任意一项的直流系统放电故障检测方法实现对直流系统放电故障的检测，因此，根据前述相应原理，该检测系统能对指征直流系统放电故障的故障电弧进行检测，以判断直流系统中是否存在故障电弧，从而实现对直流系统放电故障的检测，并且该检测系统与现有技术相比检测准确率更高、适用性更强、效果更稳定。

进一步地，本发明所述的直流系统放电故障检测系统中，所述特定频率谐波探测与去噪电路包括第一支路、第二支路、第三支路、第四支路以及放大电路，其中第一支路包括串联的第一电容、第一电感以及第一电阻，第二支路包括第二电容以及并联在其两端的串联的第二电感和第二电阻，第三支路包括串联的第三电容、第三电感以及第三电阻，第四支路包括第四电容以及并联在其两端的串联的第四电阻和第四电感，放大电路的输入端接在第一电感的两端；第一支路的两端用于接作为负载的所述直流系统电路，第三支路的两端用于接电源，放大电路的输出端用于接所述监控装置。

上述方案中，所述第一支路、第二支路、第三支路以及第四支路形成一个特定频率谐波探测与去噪网络，放大电路将探测到的信号放大输出，其更详细的原理和实例在后面的具体实施方式相应部分有详细描述，在此不做赘述。

进一步地，本发明所述的直流系统放电故障检测系统中，所述特定频率电磁波探测天线阵列包括若干组天线簇，每组天线簇包括在所述直流系统电路上围成一个区域的若干组天线组，每组天线组包括若干架指向不同的定向天线。

上述方案采用在直流系统上布置天线簇的方式将直流系统及其周围空间划分成若干区域，利用天线簇中定向天线的定向接收信号的特性定位故障电弧所在区域。同时，由于天线簇中各天线组所处环境相似，相互之间可以起到去除电磁波背景噪声的作用。

更进一步地，上述直流系统放电故障检测系统中，所述天线簇包括在所述直流系统电路上围成一个长方形或正方形区域的四组天线组，每组天线组包括四架指向不同的定向天线，所述指向沿着或者平行于所述长方形或正方形的对角线方向，每条对角线或平行于对角线方向上分布两个相反方向的指向。

考虑到通常直流系统以直流屏的形式存在，即直流系统分布在一个平面上，因此上述方案将天线组围成若干长方形或正方形区域布置在直流系统上。同时，长方形或正方形的布置形式也便于设定判断规则和计算。

更进一步地，上述直流系统放电故障检测系统中，步骤S200通过所述特定频率电磁波探测天线阵列获取所述直流系统电路周围空间中的特定频率电磁波信号，并通过所述监控装置在步骤S300确定所述故障电弧所在区域；所述特定频率电磁波探测天线阵列基于各定向天线接收的信号强弱关系确定所述故障电弧所在区域，具体确定方法包括：

设所述天线簇包括分别位于所述长方形或正方形的四个顶点的第一天线组、第二天线组、第三天线组以及第四天线组，设所述长方形或正方形的边分别位于上、下、左、右四个方向，其中第一天线组包括第一左上指向天线、第一右上指向天线、第一左下指向天线、第一右下指向天线，第二天线组包括第二左上指向天线、第二右上指向天线、第二左下指向天线、第二右下指向天线，第三天线组包括第三左上指向天线、第三右上指向天线、第三左下指向天线、第三右下指向天线，第四天线组包括第四左上指向天线、第四右上指向天线、第四左下指向天线、第四右下指向天线；

设所述第一左上指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P11-a，所述第一右上指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P11-b，所述第一左下指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P11-c，所述第一右下指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P11-d，所述第二左上指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P12-a，所述第二右上指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P12-b，所述第二左下指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P12-c，所述第二右下指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P12-d，所述第三左上指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P13-a，所述第三右上指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P13-b，所述第三左下指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P13-c，所述第三右下指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P13-d，所述第四左上指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P14-a，所述第四右上指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P14-b，所述第四左下指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P14-c，所述第四右下指向天线接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P14-d；

基于以下规则1-5的任意一条规则或其组合确定所述故障电弧所在区域：

规则1：若(M_P11-d+M_P12-c+M_P13-b+M_P14-a)>(M_P11-a+M_P12-b+M_P13-c+M_P14-d)则判定位于所述长方形或正方形的内部区域的直流系统电路产生了故障电弧；

规则2：若(M_P11-c+M_P12-c+M_P13-a+M_P14-a)>(M_P11-b+M_P12-b+M_P13-d+M_P14-d)则判定位于所述长方形或正方形的左侧外部区域的直流系统电路产生了故障电弧，或者是噪声电磁波；

规则3：若(M_P11-b+M_P12-a+M_P13-b+M_P14-a)>(M_P11-c+M_P12-d+M_P13-c+M_P14-d)则判定位于所述长方形或正方形的上侧外部区域的直流系统电路产生了故障电弧，或者是噪声电磁波；

规则4：若(M_P11-d+M_P12-d+M_P13-b+M_P14-b)>(M_P11-a+M_P12-a+M_P13-c+M_P14-c)则判定位于所述长方形或正方形的右侧外部区域的直流系统电路产生了故障电弧，或者是噪声电磁波；

规则5：若(M_P11-d+M_P12-c+M_P13-d+M_P14-c)>(M_P11-a+M_P12-b+M_P13-a+M_P14-b)则判定位于所述长方形或正方形的下侧外部区域的直流系统电路产生了故障电弧，或者是噪声电磁波。

上述方案为典型的特定频率电磁波探测天线阵列方案和判断规则方案。

其原理基于以下考虑：

分置于所围区域的四角的四组天线组构成一组天线簇，把相关天线簇所接收信号组合起来，即可判断某特定频率的电磁波源是否在所围范围之内，且处于哪个天线簇所围的范围之内。如：某区域四角的四组天线组，都只有同指向的定向天线接收到某特定频率的电磁波信号，则判定为故障电弧发生在该四组天线组所围区域之外。

若某直流电路四角所布置的四组天线组，其中内角四架定向天线所接收到的某特定频率电磁波幅值之和∑M_内，大于反方向的外角四架定向天线所接收到的该特定频率电磁波幅值之和∑M_外，即：∑M_内-∑M_外>0，则可判定该四组天线组所围区域内部发生了故障电弧。

本发明所述的直流系统放电故障检测方法具有以下优点和有益效果：

(1)与现有技术相比检测准确率更高、适用性更强、效果更稳定。

(2)获取信号时对所述特定频率谐波信号和所述特定频率电磁波信号的频段选取范围不一样，检测可靠度更高。

(3)将特定频率谐波信号的检测和特定频率电磁波信号的检测二者结合从而准确检测出直流系统放电故障，并尽量缩小确定故障电弧位置所在范围，有效提高定位精度。

(4)所述特定频率谐波探测与去噪电路和特定频率电磁波探测天线阵列能有效去除噪音，进一步提高检测准确率。

本发明所述的直流系统放电故障检测系统同样具有以上优点和有益效果。

附图说明

图1为本发明所述的直流系统放电故障检测方法的流程示意图。

图2为本发明所述的直流系统放电故障检测系统在一种实施方式下的结构示意图。

图3为图2中特定频率谐波探测与去噪电路的结构示意图。

图4为图2中第一天线组P11的结构示意图。

图5为本发明所述的直流系统放电故障检测系统在另一种实施方式下的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的直流系统放电故障检测方法及系统做进一步的详细说明。

图1示意了直流系统放电故障检测方法的流程。

如图1所示，本发明所述的直流系统放电故障检测方法的流程包括：

S100：获取直流系统电路中的特定频率谐波信号；

S200：获取直流系统电路周围空间中的特定频率电磁波信号；

S300：设定第一阈值、第二阈值、第三阈值以及第四阈值，当特定频率谐波信号持续或断续地大于第一阈值且特定频率电磁波信号持续或断续地大于第二阈值，并且持续时间大于第三阈值或断续次数大于第四阈值，则判断存在故障电弧，即存在直流系统放电故障。

在某些实施方式中，特定频率谐波信号所在频段下限取60kHz，上限取100kHz；特定频率电磁波信号所在频段下限取37MHz，上限取40MHz。

在某些实施方式中，检测方法还通过对直流系统电路及其周围空间进行信号检测以判断故障电弧所在位置，其中：步骤S300还确定故障电弧所在电路以及所在区域，并由此确定故障电弧所在位置。

在某些实施方式中，步骤S100通过一特定频率谐波探测与去噪电路获取直流系统电路中的特定频率谐波信号，并通过一监控装置在步骤S300确定故障电弧所在电路；特定频率谐波探测与去噪电路基于电容与电感的串联谐振及并联谐振，阻隔故障电弧所在电路之外的噪声谐波，并放大由故障电弧产生的特定频率谐波信号。

在某些实施方式中，步骤S200通过一特定频率电磁波探测天线阵列，获取直流系统电路周围空间中的特定频率电磁波信号，并通过一监控装置在步骤S300确定故障电弧所在区域；特定频率电磁波探测天线阵列包括将直流系统电路周围空间分割成若干区域的若干组天线簇，每组天线簇包括围成一个区域的若干组天线组，每组天线组包括若干架指向不同的定向天线，特定频率电磁波探测天线阵列基于各定向天线接收的信号强弱关系确定故障电弧所在区域。

图2示意了直流系统放电故障检测系统在一种实施方式下的结构。图3示意了图2中特定频率谐波探测与去噪电路的结构。图4示意了图2中第一天线组P11的结构。图5示意了直流系统放电故障检测系统在另一种实施方式下的结构。

如图2所示，本发明所述的直流系统放电故障检测系统在一种实施方式下的结构包括特定频率谐波探测与去噪电路1，特定频率电磁波探测天线阵列的一组天线簇2；

其中，特定频率谐波探测与去噪电路1串接在属于直流系统的一部分的竖直放置的直流屏3的供电侧，其输出接监控装置M；天线簇2包括四个天线组，分别为第一天线组P11、第二天线组P12、第三天线组P13以及第四天线组P14，该四个天线组围成一个长方形区域，该长方形四条边分别位于上、下、左、右四个方向。

直流屏3的供电侧包括熔断器FU1、熔断器FU2以及电源正极+KM和电源负极-KM，特定频率谐波探测与去噪电路1串接在熔断器FU1、熔断器FU2和电源正极+KM、电源负极-KM之间。

直流屏3的主体包括电流继电器KA1、电流继电器KA2、中间继电器KM、信号继电器KS、连接片XB、控制开关SA、红灯HR、电阻器R、断路器辅助触点QF以及跳闸线圈YT。直流屏3的主体位于上述长方形区域内，第一天线组P11、第二天线组P12、第三天线组P13以及第四天线组P14分别位于直流屏3主体的左上、右上、左下以及右下四个角。

第一天线组P11包括第一左上指向天线P11-a、第一右上指向天线P11-b、第一左下指向天线P11-c、第一右下指向天线P11-d以及与该四个定向天线的输出连接的第一信号放大器A11，第二天线组P12包括第二左上指向天线P12-a、第二右上指向天线P12-b、第二左下指向天线P12-c、第二右下指向天线P12-d以及与该四个定向天线的输出连接的第二信号放大器A12，第三天线组P13包括第三左上指向天线P13-a、第三右上指向天线P13-b、第三左下指向天线P13-c、第三右下指向天线P13-d以及与该四个定向天线的输出连接的第三信号放大器A13，第四天线组P14包括第四左上指向天线P14-a、第四右上指向天线P14-b、第四左下指向天线P14-c、第四右下指向天线P14-d以及与该四个定向天线的输出连接的第四信号放大器A14。所有信号放大器均连接到监控装置M，监控装置M通过信号放大器接收各定向天线的信号。

如图3所示，图2中特定频率谐波探测与去噪电路的结构包括第一支路、第二支路、第三支路、第四支路以及放大电路A，其中第一支路包括串联的第一电容C₁、第一电感L₁以及第一电阻R₁，第二支路包括第二电容C₂以及并联在其两端的串联的第二电感L₂和第二电阻R₂，第三支路包括串联的第三电容C₃、第三电感L₃以及第三电阻R₃，第四支路包括第四电容C₄以及并联在其两端的串联的第四电阻R₄和第四电感L₄，放大电路A的输入端接在第一电感L₁的两端；第一支路的两端用于接作为负载的直流屏3，第三支路的两端用于接电源正极+和负极-，放大电路A的输出端用于接监控装置M。

特定频率谐波探测与去噪电路探测与去噪的对象通常是高次谐波。

特定频率谐波探测与去噪电路的探测与去噪原理如下：

对于电容C、电感L及电阻R的串联回路，针对某特定频率f_ts，当

时，该串联支路将发生串联谐振。若调整图3所示电路中的电容C₁、C₃及电感L₁、L₃，使

则C₁、L₁、R₁所在支路及C₃、L₃、R₃所在支路都将发生针对频率f_ts的串联谐振。而若C₃、L₃、R₃所在支路针对频率f_ts发生串联谐振，则可将右侧外部电路频率为f_ts的谐波电流短路，从而对外部电路频率为f_ts的谐波电流起到屏蔽作用。而对于L₁、C₁、R₁所在支路发生串联谐振，则L₁上的电压将会是内部电路中频率为f_ts的谐波源电压的(2πf_tsL₁)/R₁倍，从而起到放大频率为f_ts的谐波信号电压值的作用。

另外，对于电容C、电感L及电阻R的并联回路，针对某特定频率f_tp，当

时，该并联支路将发生并联谐振。若调整图3所示电路中的电容C₂、电容C₄及电感L₂、电感L₄，使得

时，则C₂、L₂、R₂所在支路及C₄、L₄、R₄所在支路将针对某特定频率f_tp发生并联谐振，使得该L₂、C₂、R₂所在支路及C₄、L₄、R₄所在支路对频率为f_tp的谐波电流的阻抗非常大，从而起到阻隔频率为f_tp的谐波电流的作用，即防止频率为f_tp的谐波从特定频率谐波探测与去噪电路右边的外部电路传导入左边的内部电路。

若令f_t＝f_tp＝f_ts，则图3所示的特定频率谐波探测与去噪电路可以起到两个作用：1)防止频率为f_t的谐波从特定频率谐波探测与去噪电路右边的外部电路传导入左边的内部电路；2)对频率为f_t的谐波信号的电压值进行放大。

从而，图3所示的特定频率谐波探测与去噪电路可以从电路的角度准确检测出故障电弧具体所在的支路。

如图4所示，图2中第一天线组P11的结构包括第一左上指向天线P11-a、第一右上指向天线P11-b、第一左下指向天线P11-c、第一右下指向天线P11-d，用于将天线接收的信号放大并输出到监控装置M的信号放大器A11。

设第一左上指向天线P11-a接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P11-a，第一右上指向天线P11-b接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P11-b，第一左下指向天线P11-c接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P11-c，第一右下指向天线P11-d接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P11-d，第二左上指向天线P12-a接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P12-a，第二右上指向天线P12-b接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P12-b，第二左下指向天线P12-c接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P12-c，第二右下指向天线P12-d接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P12-d，第三左上指向天线P13-a接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P13-a，第三右上指向天线P13-b接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P13-b，第三左下指向天线P13-c接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P13-c，第三右下指向天线P13-d接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P13-d，第四左上指向天线P14-a接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P14-a，第四右上指向天线P14-b接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P14-b，第四左下指向天线P14-c接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P14-c，第四右下指向天线P14-d接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P14-d。

监控装置M基于以下规则1-5确定故障电弧所在区域：

规则1：若(M_P11-d+M_P12-c+M_P13-b+M_P14-a)>(M_P11-a+M_P12-b+M_P13-c+M_P14-d)则判定位于长方形的内部区域的直流系统电路产生了故障电弧；

规则2：若(M_P11-c+M_P12-c+M_P13-a+M_P14-a)>(M_P11-b+M_P12-b+M_P13-d+M_P14-d)则判定位于长方形的左侧外部区域的直流系统电路产生了故障电弧，或者是噪声电磁波；

规则3：若(M_P11-b+M_P12-a+M_P13-b+M_P14-a)>(M_P11-c+M_P12-d+M_P13-c+M_P14-d)则判定位于长方形的上侧外部区域的直流系统电路产生了故障电弧，或者是噪声电磁波；

规则4：若(M_P11-d+M_P12-d+M_P13-b+M_P14-b)>(M_P11-a+M_P12-a+M_P13-c+M_P14-c)则判定位于长方形的右侧外部区域的直流系统电路产生了故障电弧，或者是噪声电磁波；

规则5：若(M_P11-d+M_P12-c+M_P13-d+M_P14-c)>(M_P11-a+M_P12-b+M_P13-a+M_P14-b)则判定位于长方形的下侧外部区域的直流系统电路产生了故障电弧，或者是噪声电磁波。

上述检测系统采用上述检测方法，由特定频率谐波探测与去噪电路1及特定频率电磁波探测天线阵列的一组天线簇2所获相关信号通过信号放大器处理后(因不涉及本技术方案改进，故信号放大器在本方案中不做详述)，将放大信号经数据接口输入监控室内作为监控装置M的计算机，采用上述判断规则进行相关运算，以识别是否存在故障电弧，并结合这两部分信号数据判断出故障电弧大概所在位置。

根据直流系统的大小，即包括直流屏的多少，特定频率电磁波探测天线阵列可以设置为包括相应合适数量的天线簇，同时配以相应合适数量的特定频率谐波探测与去噪电路。

如图5所示，本发明所述的直流系统放电故障检测系统在另一种实施方式下的结构包括特定频率谐波探测与去噪电路1’，特定频率电磁波探测天线阵列的一组天线簇2’；

其中，特定频率谐波探测与去噪电路1’串接在属于直流系统的一部分的竖直放置的直流屏3’的供电侧，其输出接监控装置M；天线簇2’包括四个天线组，分别为第一天线组P21、第二天线组P22、第三天线组P23以及第四天线组P24，该四个天线组围成一个长方形区域，该长方形四条边分别位于上、下、左、右四个方向。

直流屏3’的供电侧包括熔断器FU1’、熔断器FU2’，特定频率谐波探测与去噪电路1’串接在熔断器FU1’、熔断器FU2’和蓄电池组B之间。

直流屏3’的主体包括蓄电池组B。直流屏3’的主体位于上述长方形区域内，第一天线组P21、第二天线组P22、第三天线组P23以及第四天线组P24分别位于直流屏3’主体的左上、右上、左下以及右下四个角。

该实施方式下的特定频率谐波探测与去噪电路1’和天线簇2’的具体结构都与前面的实施方式相同，监控装置M的判断方法也相同，因此不再赘述。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直流系统放电故障检测方法，其特征在于，所述检测方法通过对直流系统电路及其周围空间进行信号检测以判断直流系统中是否存在故障电弧，从而实现对直流系统放电故障的检测，其具体步骤为：

S100：获取直流系统电路中的特定频率谐波信号；

S200：获取直流系统电路周围空间中的特定频率电磁波信号；

S300：设定第一阈值、第二阈值、第三阈值以及第四阈值，当所述特定频率谐波信号持续或断续地大于所述第一阈值且所述特定频率电磁波信号持续或断续地大于所述第二阈值，并且所述持续时间大于所述第三阈值或所述断续次数大于所述第四阈值，则判断存在故障电弧，即存在直流系统放电故障。

2.如权利要求1所述的直流系统放电故障检测方法，其特征在于，所述特定频率谐波信号所在频段下限取60kHz，上限取100kHz；所述特定频率电磁波信号所在频段下限取37MHz，上限取40MHz。

3.如权利要求1所述的直流系统放电故障检测方法，其特征在于，所述检测方法还通过对直流系统电路及其周围空间进行信号检测以判断所述故障电弧所在位置，其中：

所述步骤S300还确定所述故障电弧所在电路以及所在区域，并由此确定所述故障电弧所在位置。

4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的直流系统放电故障检测方法，其特征在于，步骤S100通过一特定频率谐波探测与去噪电路获取直流系统电路中的特定频率谐波信号，并通过一监控装置在步骤S300确定所述故障电弧所在电路；所述特定频率谐波探测与去噪电路基于电容与电感的串联谐振及并联谐振，阻隔故障电弧所在电路之外的噪声谐波，并放大由故障电弧产生的特定频率谐波信号。

5.如权利要求1-3中任一权利要求所述的直流系统放电故障检测方法，其特征在于，步骤S200通过一特定频率电磁波探测天线阵列，获取直流系统电路周围空间中的特定频率电磁波信号，并通过一监控装置在步骤S300确定所述故障电弧所在区域；所述特定频率电磁波探测天线阵列包括将所述直流系统电路周围空间分割成若干区域的若干组天线簇，每组天线簇包括围成一个区域的若干组天线组，每组天线组包括若干架指向不同的定向天线，所述特定频率电磁波探测天线阵列基于各定向天线接收的信号强弱关系确定所述故障电弧所在区域。

6.一种直流系统放电故障检测系统，其特征在于，所述检测系统采用权利要求1-5中任意一项的直流系统放电故障检测方法实现对直流系统放电故障的检测，所述检测系统包括：

特定频率谐波探测与去噪电路，其被配置为执行所述步骤S100；

特定频率电磁波探测天线阵列，其被配置为执行所述步骤S200；

监控装置，其被配置为执行所述步骤S300。

7.如权利要求6所述的直流系统放电故障检测系统，其特征在于，所述特定频率谐波探测与去噪电路包括第一支路、第二支路、第三支路、第四支路以及放大电路(A)，其中第一支路包括串联的第一电容(C₁)、第一电感(L₁)以及第一电阻(R₁)，第二支路包括第二电容(C₂)以及并联在其两端的串联的第二电感(L₂)和第二电阻(R₂)，第三支路包括串联的第三电容(C₃)、第三电感(L₃)以及第三电阻(R₃)，第四支路包括第四电容(C₄)以及并联在其两端的串联的第四电阻(R₄)和第四电感(L₄)，放大电路(A)的输入端接在第一电感(L₁)的两端；第一支路的两端用于接作为负载的所述直流系统电路，第三支路的两端用于接电源，放大电路(A)的输出端用于接所述监控装置。

8.如权利要求6所述的直流系统放电故障检测系统，其特征在于，所述特定频率电磁波探测天线阵列包括若干组天线簇，每组天线簇包括在所述直流系统电路上围成一个区域的若干组天线组，每组天线组包括若干架指向不同的定向天线。

9.如权利要求8所述的直流系统放电故障检测系统，其特征在于，所述天线簇包括在所述直流系统电路上围成一个长方形或正方形区域的四组天线组，每组天线组包括四架指向不同的定向天线，所述指向沿着或者平行于所述长方形或正方形的对角线方向，每条对角线或平行于对角线方向上分布两个相反方向的指向。

10.如权利要求9所述的直流系统放电故障检测系统，其特征在于，步骤S200通过所述特定频率电磁波探测天线阵列获取所述直流系统电路周围空间中的特定频率电磁波信号，并通过所述监控装置在步骤S300确定所述故障电弧所在区域；所述特定频率电磁波探测天线阵列基于各定向天线接收的信号强弱关系确定所述故障电弧所在区域，具体确定方法包括：

设所述天线簇包括分别位于所述长方形或正方形的四个顶点的第一天线组(P11)、第二天线组(P12)、第三天线组(P13)以及第四天线组(P14)，设所述长方形或正方形的边分别位于上、下、左、右四个方向，其中第一天线组(P11)包括第一左上指向天线(P11-a)、第一右上指向天线(P11-b)、第一左下指向天线(P11-c)、第一右下指向天线(P11-d)，第二天线组(P12)包括第二左上指向天线(P12-a)、第二右上指向天线(P12-b)、第二左下指向天线(P12-c)、第二右下指向天线(P12-d)，第三天线组(P13)包括第三左上指向天线(P13-a)、第三右上指向天线(P13-b)、第三左下指向天线(P13-c)、第三右下指向天线(P13-d)，第四天线组(P14)包括第四左上指向天线(P14-a)、第四右上指向天线(P14-b)、第四左下指向天线(P14-c)、第四右下指向天线(P14-d)；

设所述第一左上指向天线(P11-a)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P11-a，所述第一右上指向天线(P11-b)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P11-b，所述第一左下指向天线(P11-c)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P11-c，所述第一右下指向天线(P11-d)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P11-d，所述第二左上指向天线(P12-a)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P12-a，所述第二右上指向天线(P12-b)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P12-b，所述第二左下指向天线(P12-c)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P12-c，所述第二右下指向天线(P12-d)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P12-d，所述第三左上指向天线(P13-a)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P13-a，所述第三右上指向天线(P13-b)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P13-b，所述第三左下指向天线(P13-c)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P13-c，所述第三右下指向天线(P13-d)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P13-d，所述第四左上指向天线(P14-a)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P14-a，所述第四右上指向天线(P14-b)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P14-b，所述第四左下指向天线(P14-c)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P14-c，所述第四右下指向天线(P14-d)接收到的特定频率电磁波信号的幅值为M_P14-d；

基于以下规则1-5的任意一条规则或其组合确定所述故障电弧所在区域：

规则1：若(M_P11-d+M_P12-c+M_P13-b+M_P14-a)>(M_P11-a+M_P12-b+M_P13-c+M_P14-d)则判定位于所述长方形或正方形的内部区域的直流系统电路产生了故障电弧；

规则2：若(M_P11-c+M_P12-c+M_P13-a+M_P14-a)>(M_P11-b+M_P12-b+M_P13-d+M_P14-d)则判定位于所述长方形或正方形的左侧外部区域的直流系统电路产生了故障电弧，或者是噪声电磁波；

规则3：若(M_P11-b+M_P12-a+M_P13-b+M_P14-a)>(M_P11-c+M_P12-d+M_P13-c+M_P14-d)则判定位于所述长方形或正方形的上侧外部区域的直流系统电路产生了故障电弧，或者是噪声电磁波；

规则4：若(M_P11-d+M_P12-d+M_P13-b+M_P14-b)>(M_P11-a+M_P12-a+M_P13-c+M_P14-c)则判定位于所述长方形或正方形的右侧外部区域的直流系统电路产生了故障电弧，或者是噪声电磁波；

规则5：若(M_P11-d+M_P12-c+M_P13-d+M_P14-c)>(M_P11-a+M_P12-b+M_P13-a+M_P14-b)则判定位于所述长方形或正方形的下侧外部区域的直流系统电路产生了故障电弧，或者是噪声电磁波。

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