直流供电系统中出现的直流串联电弧故障容易引起设备和人员安全问题。随着光伏系统、电动飞机以及电动汽车中直流电力系统快速发展,直流串联电弧故障检测技术受到广泛关注。由于电弧物理过程复杂,且直流电弧故障没有过零点等明显的故障特征,国际上缺乏能稳定判断直流串联电弧故障的检测技术。本文以直流电机、开关电源以及电阻三种负载类型模拟直流系统中出现的三种常见的感性、容性和阻性负载,搭建电弧故障实验平台,基于直流电弧时频域特性对直流串联电弧故障检测方法进行深入探究,从而实现直流串联电弧故障的在线识别与检测。首先,设计电弧发生装置机械结构,搭建直流串联电弧故障实验平台。采用光栅尺将动触头位置信号传递给PLC,PLC控制步进电机转动并转化为导轨的横向移动促使触头分离产生电弧,实现触头分离速度以及触头间隙大小的精确控制。根据实验电压和电流条件,选择直流电源以及直流电机、开关电源以及大功率电阻三种常见的负载类型,搭建直流串联电弧故障实验平台。其次,综合考虑触头间隙大小、回路电流大小以及不同负载类型对电弧电流波形的影响。用控制变量法进行大量实验构建实验数据库并基于时域波形定性分析不同因素对电弧电流波形影响程度。然后,比较基于时域和频域的多种电弧故障检测算法,提出阶段频域比值判定法进行直流串联电弧故障诊断。基于时域利用电弧的波动性分析电弧电流最值差,提取相应的特征值判别电阻负载条件电流较小的情况下电弧故障;基于频域分析电弧电流的频谱标准差,分析不同电流大小和不同负载条件下电弧频谱幅值的波动性特征。比较不同算法的优缺点,最终提出基于FFT的阶段频域比值判定法进行不同条件下直流串联电弧故障诊断,采用阶段频域最大值判别法排除干扰信号,减少检测过程中的误判现象。最后,研制直流串联电弧故障诊断模块。该模块采用STM32F405RGT6单片机作为故障诊断模块的主控芯片。利用单片机DMA功能对电流数据进行传输和存储,采用单片机DSP浮点运算功能提高算法运算速度,运算时间少于采样时间,实现对数据的连续采样功能。通过统计直流串联电弧故障检测的准确率和误判率,证明该算法能有效判别回路中出现的电弧故障,并具有较高的抗干扰性。