电力事业的发展伴随着电能用量、用电器数量和种类的快速增加,电路长期带载或过载运行会因线路绝缘破损老化、电气接触不良而产生局部放电现象,进而引起电弧。电弧局部电阻增大,释放的能量产热使得线路恶化加剧,甚至引燃周围物体。因此,对配电系统、输电线路、用电设备的运行状态监测和故障诊断,及时发现并排除可能存在的电弧安全隐患,对人们的生命财产安全和社会经济的稳步增长具有十分重要的基础意义。本文对电弧的主要理论进行了系统梳理,建立了故障电弧模拟发生实验平台、高速摄像机图像与电气量同步采集系统、数字图像理解分析平台和故障检测算法仿真实验平台。围绕低压交流回路的串联故障电弧,通过模拟实验平台和数据采集系统采集电弧图像、电气量数据,分析获得了同步的物理形态参量与电气量,进行后续的数据理解和特征挖掘。针对检测方法和手段,本文归纳对比了已经发表公开的不同检测算法的核心判据和特点,发现不少算法存在不符合对待测电流按半周波进行检测的要求,对不同类型的负载缺乏通用性等问题。本文创新提出了基于小波一层高频分量相关性分析(CAWTC)的故障电弧判断方法和基于特征模态分量半周期能量差异的故障电弧检测方法,首次实现了将相关性匹配的思想和HHT方法具体应用于故障电弧检测。本文对电弧微观物理参量的研究有助于挖掘宏观现象的本质原因,进而可以为电弧的数理模型的改进、电弧故障检测提供理论支撑和新的思路。所提出的两种检测算法是对半周期信号进行考察,可以实现对电弧发生初期,不连续状态的故障电弧检测。同时,它们能够实现对不同类型负载电流故障电弧的判别,运算复杂度小,可以进一步通过嵌入式系统实现硬件开发,应用于其他领域的故障电弧检测与保护。