我国的电力事业飞速发展,用电安全方面的问题日益受到人们的重视,对配电线路中的低压电器的功能和技术指标的要求也日益严格。传统的低压保护电器都是以过电流和漏电为检测对象,这些产品不符合未来低压配电系统发展需要,更不能满足配电线路对保护电器的要求,对于检测单相配电线路上的串联电弧故障更是无能为力。而配电线路中的串联电弧故障是引发电气火灾的重要原因之一,它严重危害了人们的生命财产安全,因此,关于配电线路中串联电弧故障的检测方法是一个备受关注的热点课题。本文根据UL1699标准设计串联点接触电弧故障试验系统和串联碳化路径电弧故障试验系统,以这两套电弧故障试验系统为平台,采集了常用电气负载在正常工作情况和点接触串联电弧故障与碳化路径串联电弧故障情况下的配电线路中的电流波形,本文在试验过程中所选取的电气负载属性包括了线性负载和非线性负载,线性负载分为阻性负载和感性负载两种类型,非线性负载则包含了大部分常用类型的电气设备。本文结合采集到的各类电气负载电流波形,研究各类电气负载正常运行及串联电弧故障时的电流波形的个体特征,依据这些电流特征,本文重点研究各类电气负载不同工作情况下的电流波形特征的提取、量化和分类识别方法,具体研究方法如下:首先,本文利用非线性动力学的相空间重构理论对试验中采集到的各类电气负载的串联电弧故障电流波形时间序列进行相空间重构计算,进而提取出电流波形的相空间特征信息。在此过程中,本文对传统的坐标延迟相空间重构算法进行了改进,提出了放大采样周期的改进的坐标延迟相空间重构法,利用改进的相空间重构法将电流波形的状态轨迹在相空间平面上用几何图形表示出来。为了使获得的电流波形相空间吸引子能够最大程度的包含电流波形的相空间特征信息,本文运用C-C法对相空间重构过程中的两个重要参数进行了交叉验证,并总结出了经验法则,通过试验验证了所选取的时间延迟和嵌入维数为最优系统参数。其次,本文运用分形几何学对电流波形相空间特征信息进行量化计算,通过对计盒维数与信息维数进行比较分析,最后本文确定采用区分度比较高的信息维数来表征电流波形的相空间特征。通过对信息维数表征电流相空间特征能力的分析可知,仅仅依靠信息维数来识别串联电弧故障依然存在较高的误判率,所以,为了提高系统对串联电弧故障的辨识精度,本文计算了各类电气负载不同工作情况下的电流“零休时间”,并将这一特征值也作为识别串联电弧故障的特征量之一。因此,本文提出了以电流波形相空间轨迹信息维数作为串联电弧故障的第一特征参数,以电流“零休时间”作为串联电弧故障的第二特征参数,构建了串联电弧故障电流二维特征空间,并且本文以大量的试验数据为基础,建立了串联电弧故障电流二维特征量数据库。最后,本文基于支持向量机原理建立了以电流二维特征量为分类对象的最小二乘非线性支持向量分类机系统,本文在系统模型建立的过程中,运用“穷举法”对系统中的惩罚因子和径向基核函数半径进行了优化选择。在选取最优参数情况下,利用数据库中的部分电流二维特征量数据样本对该分类机系统模型进行训练,待系统模型训练成功后再重新选取一组数据样本进行测试,测试结果表明该系统对串联电弧故障的识别与定位的准确度理论上可以达到90%以上,本文同时选取了几组数据样本不参与分类机系统模型的训练,而是直接参与系统的测试,其结果显示正确的分类识别率也能够达到90%以上,说明本文所建立的非线性支持向量分类机系统具备良好的泛化能力和较强的推广性。在本文的最后,基于以上分析的方法,运用低性能、低成本的PIC18F4520单片机,设计了单相串联电弧故障检测装置硬件部分,在C18环境下编写了检测程序,试验结果显示该方法能够有效的检测出配电线路中的串联电弧故障。因此,本文通过软件仿真和试验样机双方面验证了文中所研究的单相串联电弧故障识别方法的可行性。