基于暫態(tài)行波模極大值法的電纜線(xiàn)路故障識(shí)別與定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電纜故障識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于暫態(tài)行波模極大值法的電 纜線(xiàn)路故障識(shí)別與定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力電纜線(xiàn)路是電力系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，是連接電廠(chǎng)與用戶(hù)的中樞紐帶。由于電 力電纜長(zhǎng)期深埋于地下，易受土壤環(huán)境的變化，所以極易發(fā)生運(yùn)行故障，需要及時(shí)對(duì)線(xiàn)路出 現(xiàn)的各種故障進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷識(shí)別處理，否則會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)各種設(shè)備造成各種不同程度的 損壞，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成人身生命傷害。電纜在實(shí)際運(yùn)行中最常見(jiàn)同時(shí)也是最 危險(xiǎn)的故障是各種類(lèi)型的短路，短路故障包括單相接地短路故障、兩相短路、兩相接地短路 故障和三相短路故障等。目前在電力電纜故障檢測(cè)和識(shí)別領(lǐng)域，廣泛采用的是反映工頻電 氣量的繼電保護(hù)裝置，電纜故障信息的檢測(cè)通常采用互感器，電力電纜故障信號(hào)分析通常 采用高頻暫態(tài)信號(hào)分析。
[0003] 當(dāng)電纜發(fā)生短路故障時(shí)，電纜故障產(chǎn)生的是高頻暫態(tài)行波信號(hào)，這些暫態(tài)信號(hào)中 包含大量的故障信息，其中包括故障類(lèi)型、方向、位置、持續(xù)時(shí)間等，如果能充分的利用這些 信息，快速識(shí)別出不同的故障類(lèi)型，確定故障相以及故障類(lèi)型，就能快速的對(duì)系統(tǒng)中的突發(fā) 事件做出及時(shí)的反應(yīng)，保證電網(wǎng)正常、穩(wěn)定的運(yùn)行。行波信號(hào)是個(gè)全頻域信號(hào)，而電纜故障 瞬間產(chǎn)生的暫態(tài)行波信號(hào)的頻率主要分布在10Hz~100kHz之間，而我們現(xiàn)在常見(jiàn)的電流互 感器是初次級(jí)繞組通過(guò)鐵芯進(jìn)行電磁耦合，初、次級(jí)電流比與匝比相同。用于測(cè)量40_20kHz 的正弦波電流，顯然不能滿(mǎn)足獲取電纜故障高頻行波信號(hào)的要求，用其進(jìn)行電量轉(zhuǎn)換和信 號(hào)調(diào)理之后得到的二次側(cè)信號(hào)就會(huì)丟失很多的故障暫態(tài)信號(hào)的一些高頻數(shù)據(jù)，從而影響后 續(xù)的數(shù)據(jù)處理和故障檢測(cè)環(huán)節(jié)的分析；由于互感器的非理想性，使得變比和相位測(cè)量都存 在較大的誤差，測(cè)量頻率有限。常需要采用硬件或軟件的方法補(bǔ)償，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性的 同時(shí)又使系統(tǒng)變得的復(fù)雜。
[0004]在電力電纜故障信號(hào)分析中，小波分析具有時(shí)頻域局部化的特征，能通過(guò)時(shí)頻窗 口的靈活變化突出故障信號(hào)的突變成分，能有效的提取故障信號(hào)特征信息。目前已有不少 采用多小波分解進(jìn)行故障檢測(cè)的方法，這些方法雖然對(duì)噪聲中的小波分析算法進(jìn)行了一些 改進(jìn)，但仍不易實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)域特征變化為主的擾動(dòng)進(jìn)行分辨，還不能迅速、準(zhǔn)確地對(duì)10種常見(jiàn) 的短路故障進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別。
[0005]為了解決以上問(wèn)題，有人提出了基于分形和小波變換的電力電纜故障識(shí)別方法， 將分形法與小波分析法相結(jié)合，通過(guò)分形法能夠直接判斷出A相接地短路故障和C相接地短 路故障，并將其余8種短路故障分為三類(lèi)，再結(jié)合小波分析法能夠判斷出其余8種短路故障， 提高了電纜故障識(shí)別的效率，但是，效率還是不夠高，且在識(shí)別出短路故障類(lèi)別后，無(wú)法進(jìn) 行故障定位，功能還不夠完備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于暫態(tài) 行波模極大值法的電纜線(xiàn)路故障識(shí)別與定位方法，其方法步驟簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，故障識(shí)別與 定位效率高、精確度高，功能完備，實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于暫態(tài)行波模極大值法 的電纜線(xiàn)路故障識(shí)別與定位方法，其特征在于該方法包括以下步驟：
[0008] 步驟一、信號(hào)實(shí)時(shí)檢測(cè)及同步上傳:通過(guò)電源側(cè)A相霍爾電流傳感器對(duì)被檢測(cè)電纜 所在線(xiàn)路電源側(cè)的A相電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將實(shí)時(shí)所檢測(cè)的電源側(cè)A相電流信號(hào)i a同步上 傳至第一數(shù)據(jù)采集卡，同時(shí)，將實(shí)時(shí)所檢測(cè)的電源側(cè)A相電流信號(hào)ia通過(guò)I/V轉(zhuǎn)換電路模塊 進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換得到電源側(cè)A相電壓信號(hào)U a后同步上傳至第二數(shù)據(jù)采集卡;通過(guò)電源側(cè)B相霍 爾電流傳感器對(duì)被檢測(cè)電纜所在線(xiàn)路電源側(cè)的B相電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將實(shí)時(shí)所檢測(cè)的 電源側(cè)B相電流信號(hào)i b同步上傳至第一數(shù)據(jù)采集卡，同時(shí)，將實(shí)時(shí)所檢測(cè)的電源側(cè)B相電流 信號(hào)ib通過(guò)I/V轉(zhuǎn)換電路模塊進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換得到電源側(cè)B相電壓信號(hào)U b后同步上傳至第二數(shù) 據(jù)采集卡;通過(guò)電源側(cè)C相霍爾電流傳感器對(duì)被檢測(cè)電纜所在線(xiàn)路電源側(cè)的C相電流進(jìn)行實(shí) 時(shí)檢測(cè)，并將實(shí)時(shí)所檢測(cè)的電源側(cè)C相電流信號(hào)i。同步上傳至第一數(shù)據(jù)采集卡，同時(shí)，將實(shí) 時(shí)所檢測(cè)的電源側(cè)C相電流信號(hào)i。通過(guò)I/V轉(zhuǎn)換電路模塊進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換得到電源側(cè)C相電壓 信號(hào)U。后同步上傳至第二數(shù)據(jù)采集卡;通過(guò)負(fù)載側(cè)A相霍爾電流傳感器對(duì)被檢測(cè)電纜所在 線(xiàn)路負(fù)載側(cè)的A相電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將實(shí)時(shí)所檢測(cè)的負(fù)載側(cè)A相電流信號(hào)通過(guò)I/V轉(zhuǎn) 換電路模塊進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換得到負(fù)載側(cè)A相電壓信號(hào)U/后同步上傳至第二數(shù)據(jù)采集卡;通過(guò) 負(fù)載側(cè)B相霍爾電流傳感器對(duì)被檢測(cè)電纜所在線(xiàn)路負(fù)載側(cè)的B相電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將實(shí) 時(shí)所檢測(cè)的負(fù)載側(cè)B相電流信號(hào)通過(guò)I/V轉(zhuǎn)換電路模塊進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換得到負(fù)載側(cè)B相電壓 信號(hào)IV后同步上傳至第二數(shù)據(jù)采集卡;通過(guò)負(fù)載側(cè)C相霍爾電流傳感器對(duì)被檢測(cè)電纜所在 線(xiàn)路負(fù)載側(cè)的C相電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將實(shí)時(shí)所檢測(cè)的負(fù)載側(cè)C相電流信號(hào)通過(guò)I/V轉(zhuǎn) 換電路模塊進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換得到負(fù)載側(cè)C相電壓信號(hào)U/后同步上傳至第二數(shù)據(jù)采集卡；
[0009] 步驟二、信號(hào)采集及存儲(chǔ):第一數(shù)據(jù)采集卡對(duì)電源側(cè)A相電流信號(hào)ia、電源側(cè)B相電 流信號(hào)ib和電源側(cè)C相電流信號(hào)i。進(jìn)行采集并相應(yīng)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，同步傳送至主控計(jì)算機(jī)； 第二數(shù)據(jù)采集卡對(duì)電源側(cè)A相電壓信號(hào)U a、電源側(cè)B相電壓信號(hào)Ub和電源側(cè)C相電壓信號(hào)U。， 以及負(fù)載側(cè)A相電壓信號(hào)U/、負(fù)載側(cè)B相電壓信號(hào)IV和負(fù)載側(cè)C相電壓信號(hào)Uc/進(jìn)行采集并 相應(yīng)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，同步傳送至主控計(jì)算機(jī);主控計(jì)算機(jī)對(duì)電源側(cè)A相電流信號(hào)i a、電源側(cè) B相電流信號(hào)ib和電源側(cè)C相電流信號(hào)i。，電源側(cè)A相電壓信號(hào)Ua、電源側(cè)B相電壓信號(hào)Ub和電 源側(cè)C相電壓信號(hào)U。，以及負(fù)載側(cè)A相電壓信號(hào)UZ、負(fù)載側(cè)B相電壓信號(hào)IV和負(fù)載側(cè)C相電壓 信號(hào)U/的采樣點(diǎn)數(shù)量、所有采樣點(diǎn)和各采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)刻進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0010] 步驟三、電纜故障識(shí)別：當(dāng)被檢測(cè)電纜發(fā)生故障時(shí)，第一數(shù)據(jù)采集卡傳送來(lái)的電源 偵仏相電流信號(hào)13、電源側(cè)B相電流信號(hào)ib和電源側(cè)C相電流信號(hào)i。為故障信號(hào)，此時(shí)通過(guò)主 控計(jì)算機(jī)對(duì)電源側(cè)A相電流信號(hào)i a、電源側(cè)B相電流信號(hào)ib和電源側(cè)C相電流信號(hào)i。進(jìn)行分析 處理，并相應(yīng)得出被檢測(cè)電纜的故障類(lèi)型屬于A相接地短路故障、B相接地短路故障、C相接 地短路故障、AB兩相短路接地故障、AB相間短路故障、BC兩相短路接地故障、BC相間短路故 障、AC兩相短路接地故障、AC相間短路故障和ABC三相短路接地故障中的哪一種，其分析處 理過(guò)程如下：
[0011] 步驟301、電流波形圖繪制:所述主控計(jì)算機(jī)調(diào)用電流波形繪制模塊繪制出電源側(cè) A相電流信號(hào)ia隨采樣時(shí)間t變化的電源側(cè)A相電流波形圖、電源側(cè)B相電流信號(hào)ib隨采樣時(shí) 間t變化的電源側(cè)B相電流波形圖和電源側(cè)C相電流信號(hào)i。隨采樣時(shí)間t變化的電源側(cè)C相電 流波形圖；
[0012] 步驟302、分形盒維數(shù)計(jì)算，具體過(guò)程為：
[0013] 步驟3021、非故障狀態(tài)下電流的盒維數(shù)計(jì)算:假設(shè)非故障狀態(tài)時(shí)電源側(cè)A相電流波 形、電源側(cè)B相電流波形和電源側(cè)C相電流波形中的任意一個(gè)波形為歐氏空間的非空有界點(diǎn) 集Sr，用邊長(zhǎng)為η的小方格覆蓋該點(diǎn)集Sr時(shí)，假設(shè)N n(Sr)為邊長(zhǎng)為η時(shí)其中包含點(diǎn)集Sr的點(diǎn)的 最小盒子數(shù)，所述主控計(jì)算機(jī)先根據(jù)
計(jì)算出非故障狀態(tài)下電 流的盒維數(shù)特征值Dim(Sr)，
計(jì)算出非故障狀態(tài) 下電流的盒維數(shù)特征期望值EUin^);其中，r=l，2,…，m，m為不小于3的正整數(shù)；
[0014] 步驟3022、故障狀態(tài)下電流的盒維數(shù)計(jì)算:首先，假設(shè)電源側(cè)A相電流波形是歐氏 空間的非空有界點(diǎn)集Sa，用邊長(zhǎng)為η的小方格覆蓋該點(diǎn)集S A時(shí)，假設(shè)Nn(SA)為邊長(zhǎng)為η時(shí)其中
包含點(diǎn)集Sa的點(diǎn)的最小盒子數(shù)，所述主控計(jì)算機(jī)先根據(jù) 算出故障狀態(tài)下電源側(cè)A相電流的盒維數(shù)特征值Dim(SA)，
出A相分形維數(shù)Fa;接著，假設(shè)電源側(cè)B相電流波形是歐氏空間的非空有界點(diǎn)集SB，用邊長(zhǎng)為η 的小方格覆蓋該點(diǎn)集Sb時(shí)，假設(shè)Nn(SB)為邊長(zhǎng)為η時(shí)其中包含點(diǎn)集SB的點(diǎn)的最小盒子數(shù)，所 述主控計(jì)算機(jī)先根據(jù)公式
計(jì)算出故障狀態(tài)下電源側(cè)B相電流的 盒維數(shù)特征值Dim(SB)，再根據(jù)公式
計(jì)算出B相分形維數(shù)FB;然后，假設(shè)電源 偵忙相電流波形是歐氏空間的非空有界點(diǎn)集&，用邊長(zhǎng)為η的小方格覆蓋該點(diǎn)集SC時(shí)，假設(shè)Nn (Sc)為邊長(zhǎng)為η時(shí)其中包含點(diǎn)集SC的點(diǎn)的最小盒子數(shù)，所述主控計(jì)算機(jī)先根據(jù)公式
-計(jì)算出故障狀態(tài)下電源側(cè)C相電流的盒維數(shù)特征值D i m (S c)，再
計(jì)算出C相分形維數(shù)FC;
[0015] 步驟303、電流信號(hào)空間變換:所述主控計(jì)算機(jī)調(diào)用電流信號(hào)凱倫布爾變換模塊將 電源側(cè)A相電流信號(hào)ia、電源側(cè)B相電流信號(hào)i b和電源側(cè)C相電流信號(hào)i。從相空間變換到模空 間，得到電源側(cè)電流信號(hào)的〇模電流分量i〇、電源側(cè)電流信號(hào)的α模電流分量ia和電源側(cè)電流 信號(hào)的β模電流分量ie;
[0016] 步驟304、對(duì)?？臻g的電流信號(hào)進(jìn)行離散小波變換及小波系數(shù)求解:首先，所述主 控計(jì)算機(jī)選取電源側(cè)電流信號(hào)的〇模電流分量i〇作為一維信號(hào)f (no)并調(diào)用離散小波變換模 塊對(duì)一維信號(hào)f(n〇)進(jìn)行離散小波變換，相應(yīng)求得離散小波變換后的各層小波系數(shù)，各層所 述小波系數(shù)包括各層近似系數(shù)和各層細(xì)節(jié)系數(shù)，各層細(xì)節(jié)系數(shù)記作c^, k，其中，η〇 = 0，1， 2,…N-1且N為一維信號(hào)f (no)的米樣序列中的米樣點(diǎn)數(shù)量，一維信號(hào)f (no)的米樣序列中的 采樣點(diǎn)數(shù)量、所有采樣序列點(diǎn)和各采樣序列點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)刻均與步驟二中主控計(jì)算機(jī) 所存儲(chǔ)的電源側(cè)A相電流信號(hào)ia、電源側(cè)B相電流信號(hào)i b和電源側(cè)C相電流信號(hào)i。的采樣點(diǎn)數(shù) 量、所有采樣點(diǎn)和各采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)刻一一對(duì)應(yīng);j = l，2,…，J且J為離散小波變換 的層數(shù)，1^ = 0，1，2-"-1且1^為一維信號(hào)汽11())的采樣序列中的~個(gè)采樣序列點(diǎn)的序號(hào)；接 著，所述主控計(jì)算機(jī)選取電源側(cè)電流信號(hào)的α模電流分量i a作為一維信號(hào)f(na)并調(diào)用離散 小波變換模塊對(duì)一維信號(hào)f(na)進(jìn)行離散小波變換，相應(yīng)求得離散小波變換后的各層小波 系數(shù)，各層所述小波系數(shù)包括各層近似系數(shù)和各層細(xì)節(jié)系數(shù)，各層細(xì)節(jié)系數(shù)記作d、, k，其 中，ηα = 0，1，2，···Ν-1且N為一維信號(hào)f(na)的采樣序列中的采樣點(diǎn)數(shù)量，一維信號(hào)f(na)的采 樣序列中的采樣點(diǎn)數(shù)量、所有采樣序列點(diǎn)和各采樣序列點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)刻均與步驟二中 主控計(jì)算機(jī)所存儲(chǔ)的電源側(cè)A相電流信號(hào)i a、電源側(cè)B相電流信號(hào)ib和電源側(cè)C相電流信號(hào)i。 的采樣點(diǎn)數(shù)量、所有采樣點(diǎn)和各采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)刻一一對(duì)應(yīng)；j = l，2,…，J且J為離 散小波變換的層數(shù)，k = 0，l，2~，N-l且k為一維信號(hào)f(na)的采樣序列中的N個(gè)采樣序列點(diǎn) 的序號(hào);然后，所述主控計(jì)算機(jī)選取電源側(cè)電流信號(hào)的β模電流分量b作為一維信號(hào)f(n e)并 調(diào)用離散小波變換模塊對(duì)一維信號(hào)f(ne)進(jìn)行離散小波變換，相應(yīng)求得離散小波變換后的 各層小波系數(shù)，各層所述小波系數(shù)包括各層近似系數(shù)和各層細(xì)節(jié)系