故障电弧探测的无线电气火灾监控技术研究

故障电弧探测的无线电气火灾监控技术研究

朱传乐,高伟,张进进,刘英杰,张恒波

潍坊市市政工程设计研究院有限公司  山东省潍坊市  261000

摘要：随着现代科学技术的高速发展以及大功率电器设备的普及，电气火灾发生的概率大大提高，这就要求电气火灾监控系统有更高的检测准确性。怎么更高效的检测电气火灾以及预防电气火灾的发生是我们如今研究的重点。常规的电气火灾检测是通过检测温度和剩余电流来预防电气火灾的发生，本文在此基础上结合电气火灾发展状况和系统功能的要求，将小波分析方法运用到故障电弧的检测中去，并结合现代无线通信技术，有效地弥补现有电气火灾监控系统存在的技术缺陷，提高监测的有效性和准确性，减少和避免火灾的发生，最大限度的保护人们的生命以及财产安全。

关键词：故障电弧；探测；无线；电气；火灾；监控技术

1故障电弧探测的无线电气火灾监控技术研究的意义

随着新的科技时代的到来，我国经济快速发展，现代工业和人们的物质文化生活在不断的提高，用电设备的种类及用电量在不断地增加，电气故障发生的频率也在不断的上涨，从而电气火灾事故也频繁发生。

电气火灾事故的频繁发生对电气火灾监控系统提出了更高的要求，不仅要求电气火灾探测器能在各种条件及工作环境中采集信号，并且能够快速且精确的作出相应的处理，有效地进行实时监控，从而可以给出与之对应的反馈。传统的电气火灾监控系统相对较为简单，即通过对采集信号进行处理后与所设定的阈值进行比较，通常我们采集的信号不是纯粹的，往往会受到干扰，从而会降低探测器数据的准确性和稳定性，以至于监控主机不能精确的辨别电气火灾是否发生，导致误报。当前我国的大部分建筑预防电气火灾事故的保护装置主要是剩余电流式电气火灾监控探测器，而没有配套使用故障电弧探测器，以至于引发了很多重大的电气火灾事故。故障电弧探测器能够有效的区分正常电弧和故障电弧，从而弥补现有电气火灾监控系统存在的技术缺陷，及时有效的预防电气火灾的发生。

传统的电气火灾监控系统在建筑内敷设管线来传输信号，新建项目在实施时可提前预留条件，但对于扩建和改造项目，增设探测器及重新敷设线路难度较大且成本较高。因此可以将现代无线通信技术运用到电气火灾监控系统中去，无须重新敷设管线，无线实时传输信号，就可以灵活运用于不同的工作环境，从而降低电气火灾监控系统的使用门槛，有效的预防电气火灾。

2故障电弧探测的无线电气火灾监控技术研究

故障电弧探测器故障电弧是由于电气线路或设备中绝缘老化破损、电气连接松动、空气潮湿、电压电流急剧升高等原因引起空气击穿所导致的气体游离放电现象，故障电弧探测器的主要作用是有效的探测故障电弧，虽然功能不是特别强大，但是正是有他的存在，我们的生命财产安全才时刻被保护着。当供电线路中出线故障电弧时，电流的变化较小，常规的保护装置无法感知到，此时故障电弧探测器就发挥出重要作用，检测出故障电弧并报警，故障电弧探测装置核心的技术在于，能够有效的区分好弧（电器正常工作时产生的电弧）和故障电弧，做到不误动作，不拒动作。

小波分析是继Fourier分析之后一种新的分析方法，它将纯粹数学和应用数学结合在一起，在信号处理、图像处理、应用数学等方面被广泛的应用，小波分析采用一种窗口大小可变，位置可动的变窗进行谱分析，从而可以满足信号时、频局部化的要求。传统的时频信号分析是建立在傅里叶变换的基础上，但傅里叶分析只有频率分辨率而没有时间分辨率。小波分析也是一种时频分析的方法，它克服了傅里叶分析的局限性，同时具有频率分辨率和时间分辨率。采用小波分析可以将故障电弧电流高频系数进行提取，通过分析计算后和设定的报警限值进行比较，若达到报警限值则可以判断故障电弧发生，从而可以更好地预防电气火灾的发生。采用无线通信方式将探测器与监控主机进行信息交互，当火灾发生时，故障电弧探测器的故障信息通过无线传输模块发送至监控主机，以便值班人员对故障报警信息及时进行处理。

传统的故障电弧检测技术采用Fourier分解算法，而电流信号具有时变性和非线性的特点，利用Fourier分解算法就无法做法有效准确的判断，因此采用小波分析算法，准确地将高频、低频信号分离，将时、频局部化信号对应，以此来弥补传统检测技术中信号的时域信息和频域信息的局部化矛盾问题，从而更准确的检测故障电弧，并在此基础上结合无线网络通信，以解决传统的电气火灾监控系统管线敷设难度大，成本高，使用范围有限等问题，更大程度的解决现有电气火灾监控系统存在的弊端，更高效的预防电气火灾。

3常用的无线通信技术

无线通信主要是利用电磁波信号进行信息交换，无线通信技术的优点主要是：安装成本较低，可省去管线敷设带来的众多问题，并且随着时代的发展无线通信技术的使用越来越广泛，对环境的适应能力也较强，出了故障之后的处理诊断也较为容易，相较于有线通信而言，设置及维修都相对较为容易；无线网络在维修时可以采取远程操作，可以省去很大的人力成本，更加的方便快捷；无线通信在需要扩展时，无须重新布线，只需将模块组网即可；无线通信在不同的环境和地形条件下限制较小，即使在地形、环境发生变化时，无线网络也不需要做出很大的调整，只需做出较小的调整就能满足要求。现阶段比较常见的无线通信技术主要有两类：短距离无线通信技术和长距离无线传输技术。

（1）短距离无线通信技术：短距离无线通信技术适用于传输距离比较短的范围内，通信双方通过无线电波进行数据传输，适用场合较为广泛。现阶段短距离无线通信技术可通过Zig-Bee、蓝牙、无线宽带、超宽带和近场通信等方式进行信息传输。

（2）长距离无线传输技术：长距离无线传输技术适用于传输距离比较长的范围内或者是偏远地区，现阶段短距离无线通信技术可通过GPRS/CDMA、扩频微波、无线网桥及卫星通信、短波通信技术等方式进行信息传输。

故障电弧探测器与火灾监控主机之间通过无线通信方式进行信息交流，实时将火灾探测信息反馈至主机。当探测到电气火灾发生时，故障电弧探测器将电流信号发送至监控主机，从而进行下一步的故障判断。当信号值达到设定的报警限值时，则发生了故障电弧，监控主机发出报警信号，将故障信息反馈给消防控制室值班人员，以供值班人员及时处理故障点。

4结语

电气火灾监控系统是建筑消防系统预防火灾的重要手段，故障电弧的检测弥补了电气火灾监控技术的缺陷，而无线通信传输技术更好的降低了电气火灾监控技术的使用门槛。

通过基于小波分析算法的方法来对供电线路中的故障电弧电流高频系数进行提取，并与设定的报警限值进行比较，可以得出基于小波分析方法的故障电弧检测流程，结合现有的无线通讯技术，可提出无线电气火灾监控系统各节点的流程设计方案，并通过分析计算可得出基于小波分析方法检测故障电弧的无线电气火灾监控系统能够有效判断故障电弧的发生，从而提高了监测的有效性和准确性，为电气火灾监控技术的发展提供新的思路，并能带来可观的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]霍铭. 故障电弧探测的无线电气火灾监控技术研究[D].北京建筑大学,2021.

[2]岳云涛,贾佳,王靖波,王昊.基于LoRa无线传输技术的电气火灾监控系统设计[J].电子技术应用,2018,44(12):32-35.

[3]顾兆平.基于LoRa无线通信技术的电气火灾监控系统[J].消防技术与产品信息,2018,31(10):50-52.