Low-voltage Series Arc Fault Identification Method Based on Amplitude-Phase Combination for Multi-frequency Electrical Quantity

GONG Quanyi; PENG Ke; FENG Liang; WANG Wei; ZHAO Xueshen

doi:10.7500/AEPS20250312002

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Low-voltage Series Arc Fault Identification Method Based on Amplitude-Phase Combination for Multi-frequency Electrical Quantity

Application Research | 更新时间：2026-02-28

- Low-voltage Series Arc Fault Identification Method Based on Amplitude-Phase Combination for Multi-frequency Electrical Quantity
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 24, Pages: 150-159(2025)
- 作者机构：
  
  山东理工大学电气与电子工程学院，山东省淄博市 255000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Shandong Provincial Natural Science Foundation of China(ZR2023ME034);National Natural Science Foundation of China(52407121)
- DOI：10.7500/AEPS20250312002
  CLC：
- Received：12 March 2025，
  
  Revised：2025-05-22，
  
  Online First：22 July 2025，
  
  Published：25 December 2025
- 稿件说明：
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巩泉役,彭克,冯亮等.基于多频电气量幅-相联合的低压串联电弧故障识别方法[J].电力系统自动化,2025,49(24):150-159.

GONG Quanyi,PENG Ke,FENG Liang,et al.Low-voltage Series Arc Fault Identification Method Based on Amplitude-Phase Combination for Multi-frequency Electrical Quantity[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(24):150-159.
巩泉役,彭克,冯亮等.基于多频电气量幅-相联合的低压串联电弧故障识别方法[J].电力系统自动化,2025,49(24):150-159. DOI： 10.7500/AEPS20250312002.

GONG Quanyi,PENG Ke,FENG Liang,et al.Low-voltage Series Arc Fault Identification Method Based on Amplitude-Phase Combination for Multi-frequency Electrical Quantity[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(24):150-159. DOI： 10.7500/AEPS20250312002.

摘要

目前，低压交流串联电弧故障检测方案多针对电表后的用户侧线路。然而，变压器至电表前的电网侧线路一旦发生故障，将对整个台区的供电产生影响。基于上述问题，提出一种利用多频电气量幅-相联合特征的低压台区级交流串联电弧故障识别方法。针对用户侧故障，提出基于电流高频特性的故障检测方法，该方法以辨识电弧电压源高频成分为检测依据；针对电网侧故障，提出基于异步-同相差分电压低频特性的故障检测方法，该方法以辨识电弧电压源低频成分为检测依据。上述两种方法分别从电压和电流角度出发构建故障检测判据，深度挖掘电弧电压幅值与相位间的映射关系，解决了不同应用场景下交流串联电弧故障检测的特征选择和判定阈值设定难题，实现了整个低压台区的全域线路保护。

Abstract

At present

low-voltage AC series arc fault detection schemes are mostly focused on the user-side circuits behind the electricity meter. However

if a fault occurs on the grid-side circuit between the transformer and the meter

it will affect the power supply of the entire station area. To address this issue

a low-voltage station-area-level AC series arc fault identification method is proposed

utilizing the amplitude-phase combination features for multi-frequency electrical quantity. For user-side faults

a fault detection method based on high-frequency current characteristics is proposed

which identifies high-frequency components of the arc voltage source as the detection criterion. For grid-side faults

a fault detection method based on low-frequency characteristics of asynchronous-synchronous differential voltage is proposed

which identifies low-frequency components of the arc voltage source as the detection criterion. These two methods construct fault detection criteria from the perspectives of voltage and current

respectively

and deeply explore the mapping relationship between the amplitude and phase of the arc voltage. Meanwhile

they solve the challenges of feature selection and threshold determination in AC series arc fault detection in various application scenarios

achieving full-area line protection across the entire low-voltage station areas.

关键词

Keywords

references

何志鹏，李伟林，邓云坤，等 . 低压交流串联故障电弧辨识方法［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 10 ）： 2806 - 2817 .

HE Zhipeng ， LI Weilin ， DENG Yunkun ， et al . The detection of series AC arc fault in low-voltage distribution system ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 10 ）： 2806 - 2817 .

ZHAO C B ， JIANG Q R ， LIU D . Flexible power supply system of AC electric arc furnace ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2023 ， 11 （ 2 ）： 622 - 633 .

杜立伟，许志红 . 基于电弧故障测试系统的电缆碳化路径分析与判别［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 12 ）： 217 - 224 .

DU Liwei ， XU Zhihong . Analysis and judgment of cable carbonization path based on arc fault test system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 12 ）： 217 - 224 .

李广，薛永端，徐丙垠，等 . 小电流接地系统接地故障电弧重燃暂态特征分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 11 ）： 189 - 196 .

LI Guang ， XUE Yongduan ， XU Bingyin ， et al . Analysis on arc re-ignition transient characteristics for grounding fault in non-solidly grounding system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 11 ）： 189 - 196 .

白辉，许志红 . 基于小波包变换和高阶累积量的电弧故障识别方法［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 11 ）： 195 - 202 .

BAI Hui ， XU Zhihong . Arc fault identification method based on wavelet packet transform and high-order cumulant ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 11 ）： 195 - 202 .

王玮，徐丙垠，邹国锋，等 . 基于电压特征能量的低压交流串联电弧故障检测方法［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 19 ）： 81 - 93 .

WANG Wei ， XU Bingyin ， ZOU Guofeng ， et al . Low-voltage AC series arc fault detection method based on voltage characteristic energy ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 19 ）： 81 - 93 .

丁锐，陈羽，孙伶雁，等 . 基于邻波电流差与随机性的交流串联电弧故障识别［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 8 ）： 169 - 178 .

DING Rui ， CHEN Yu ， SUN Lingyan ， et al . Series arc fault detection in low-voltage AC power lines based on absolute difference of the neighboring waveform of the current and randomness ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 8 ）： 169 - 178 .

巩泉役，彭克，陈羽，等 . 基于电弧随机性和卷积网络的交流串联电弧故障识别方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 24 ）： 162 - 169 .

GONG Quanyi ， PENG Ke ， CHEN Yu ， et al . Identification method of AC series arc fault based on randomness of arc and convolutional network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 24 ）： 162 - 169 .

JIANG R ， BAO G H ， HONG Q T ， et al . A coupling method for identifying arc faults based on short-observation-window SVDR ［J］. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement ， 2021 ， 70 ： 3513810 .

ARTALE G ， CATALIOTTI A ， COSENTINO V ， et al . Arc fault detection method based on CZT low-frequency harmonic current analysis ［J］. IEEE Transactions on Instrumen tation and Measurement ， 2017 ， 66 （ 5 ）： 888 - 896 .

江军，李威，李波，等 . 电流频谱Hurst指数在串联电弧故障检测中的应用［J］. 控制理论与应用， 2022 ， 39 （ 3 ）： 561 - 569 .

JIANG Jun ， LI Wei ， LI Bo ， et al . Application of the Hurst index of current frequency spectrum in series arc fault detection ［J］. Control Theory & Applications ， 2022 ， 39 （ 3 ）： 561 - 569 .

赵怀军，秦海燕，刘凯，等 . 基于相关理论及零休特征融合的串联故障电弧检测方法［J］. 仪器仪表学报， 2020 ， 41 （ 4 ）： 218 - 228 .

ZHAO Huaijun ， QIN Haiyan ， LIU Kai ， et al . A series fault arc detection method based on the fusion of correlation theory and zero current feature ［J］. Chinese Journal of Scientific Instrum ent ， 2020 ， 41 （ 4 ）： 218 - 228 .

崔芮华，张振，佟德栓，等 . 基于改进经验小波变换多特征融合的航空交流串联电弧故障检测［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 12 ）： 3148 - 3161 .

CUI Ruihua ， ZHANG Zhen ， TONG Deshuan ， et al . Aviation AC series arc fault detection based on improve empirical wavelet transform multi-feature fusion ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 12 ）： 3148 - 3161 .

GAO H X ， WANG Z Y ， HAN C X ， et al . Feature extraction method of series arc fault occurred in three-phase motor with inverter circuit ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2022 ， 37 （ 9 ）： 11164 - 11173 .

龙官微，穆海宝，张大宁，等 . 基于多特征融合神经网络的串联电弧故障识别技术［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 2 ）： 463 - 471 .

LONG Guanwei ， MU Haibao ， ZHANG Daning ， et al . Series arc fault detection technology based on multi-feature fusion neural network ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 2 ）： 463 - 471 .

杨帆，宿磊，杨志淳，等 . 基于改进CEEMDAN分解与时空特征的低压供电线路串联故障电弧检测［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 12 ）： 72 - 81 .

YANG Fan ， SU Lei ， YANG Zhichun ， et al . Series fault arc detection in low voltage power supply line based on improved CEEMDAN decomposition and spatial-temporal features ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 12 ）： 72 - 81 .

江永鑫，陈丽安，郭梦倩，等 . 基于改进CEEMD和RF的低压串联故障电弧识别方法［J］. 电力系统保护与控制， 2024 ， 52 （ 1 ）： 97 - 108 .

JIANG Yongxin ， CHEN Li’an ， GUO Mengqian ， et al . Identification method of low voltage series fault arc based on improved CEEMD decomposition and RF ［J］. Power System Protection and Control ， 2024 ， 52 （ 1 ）： 97 - 108 .

WANG Y ， HOU L M ， PAUL K C ， et al . ArcNet： series AC arc fault detection based on raw current and convolutional neural network ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2022 ， 18 （ 1 ）： 77 - 86 .

余琼芳，黄高路，杨艺，等 . 基于AlexNet深度学习网络的串联故障电弧检测方法［J］. 电子测量与仪器学报， 2019 ， 33 （ 3 ）： 145 - 152 .

YU Qiongfang ， HUANG Gaolu ， YANG Yi ， et al . Series arc fault detection method based on AlexNet deep learning network ［J］. Journal of Electronic Measurement and Instrumentation ， 2019 ， 33 （ 3 ）： 145 - 152 .

JIANG R ， ZHENG Y S . Series arc fault detection using regular signals and time-series reconstruction ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2023 ， 70 （ 2 ）： 2026 - 2036 .

WU Y J ， BRITO R ， CHOI W H ， et al . IoT cloud-edge reconfigurable mixed-signal smart meter platform for arc fault detection ［J］. IEEE Internet of Things Journal ， 2023 ， 10 （ 2 ）： 1682 - 1695 .

GONG Q Y ， GAO Q ， PENG K ， et al . Low-voltage AC series arc fault identification method based on the randomness of differential voltage at double-ended monitoring points ［J］. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement ， 2025 ， 74 ： 3517017 .

卢其威 . 故障电弧检测技术与应用［M］. 北京：电子工业出版社， 2020 .

LU Qiwei . Fault arc detection technology and application ［M］. Beijing ： Publishing House of Electronics Industry ， 2020 .

王玮，徐丙垠，孙中玉，等 . 低压配电网电弧故障电压差分检测方法［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 22 ）： 8674 - 8689 .

WANG Wei ， XU Bingyin ， SUN Zhongyu ， et al . Differential voltage method for arc fault detection in low voltage distribution networks ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 22 ）： 8674 - 8689 .

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