[發明專利]一種利用故障特征頻帶和TT變換的電纜單端行波測距方法

在審

• 申請號: 201210539698.5
• 申請日: 2012-12-14
• 公開（公告）號: CN103018636A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 束洪春;董俊;楊競及
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種利用故障特征頻帶和TT變換的電纜單端行波測距方法，屬于電力系統繼電保護技術領域。

背景技術

傳統的電力電纜故障測距一般以離線測量為主，而離線法最大的問題是有部分故障難以在高壓沖擊作用下再現，從而造成故障測距失敗。此外，多次注入高壓脈沖，會傷及電纜絕緣有缺陷部分，影響整根電纜的壽命。相比之下，在線行波測距更有應用前景。行波波頭到達量測端的時刻標定和行波波速的確定是行波測距的關鍵。線路故障時沿線路傳播的暫態故障行波具有從低頻至高頻的連續頻譜，不同頻率分量的傳播速度不同，頻率越高的分量傳播速度越快，因此行波中頻率最高的分量將最先到達測量點，其它頻率的分量則經過一定的時延后才到達測量點，故在測量點檢測到的行波波頭并非理想的階躍信號，而是表現為斜拉函數，導致波頭到達量測端標定的時刻誤差較大。某一頻率分量的行波傳播速度可以根據此頻率下的線路參數求解，但時域行波測距中使用的波速并不是單一頻率下的波速，行波分量在輸電線路上傳播會發生色散并產生衰減，且不同頻率分量的衰減程度不一致，行波波頭所包含的頻率成分不同，致使在時域上很難統一刻畫行波波速。

由于存在上述因素，在實際行波測距時行波起始點的確定和行波波速的選取存在任意性，由此帶來的測距誤差架空輸電線路故障定位尚可接受，但對于頻率相關性更強、色散更嚴重的電纜線路，此誤差是不可忽略的。?

發明內容

本發明的目的是克服現有電纜單端行波測距技術存在的行波波速選取任意性帶來誤差的問題，提出一種利用故障特征頻帶和TT變換的電纜單端行波測距方法，將單端行波暫態信號進行小波分解并重構為多個頻帶的時域信號，在各頻帶內，電纜線路的衰減系數和波速相對固定，采用相關分析計算每一個頻帶下故障后的初始行波波頭(首波頭)和故障點反射波波頭的相關系數，定義相關系數最大的頻帶為特征頻帶，并利用特征頻帶的中心頻率計算行波波速。在特征頻帶內利用時域變換的TT算法，對行波波頭的到達量測端的時刻進行精確標定。由此構建了基于故障特征頻帶和TT變換的電纜線路單端行波測距方法。

一種利用故障特征頻帶和TT變換的電纜單端行波測距方法的具體步驟是：

第一步、故障信號的小波分解與重構；電纜線路發生故障時，將量測端M故障行波暫態信號采用db10小波對故障電流行波進行分解并重構為多個頻帶的時域信號，頻帶劃分的示意圖如圖2所示；

第二步、故障特征頻帶的選取；根據初始行波波頭與故障點反射波波頭的相似性，利用自相關來度量初始行波波頭與故障點反射波的相關程度，自相關表達式為

??????????????????????????(1)

在式(1)中，為量測端電流，，為選取的數據窗長度；對每個頻帶下的小波重構系數進行自相關分析，每個頻帶得到一個相關系數，選擇相關系數最大所在頻帶為特征頻帶；

第三步、行波波速計算；利用特征頻帶下的中心頻率計算行波波速，相波速的表達式為：

????????????????????????????????

??????????????????????(2)

式中R為該頻率下的單位長度電纜線路的電阻，L為該頻率下的單位長度電纜線路的電感，G為該頻率下的單位長度電纜線路的電導，C為該頻率下的單位長度電纜線路的電容，為相位系數，ω為選取的特征頻帶的中心頻率；

第四步、利用TT變換精確標定波頭到達時刻；TT變換中對角元素的能量要比遠離對角線位置的元素高，以對角線元素為中心的分布范圍越窄，而低頻分布較寬，如圖3所示。將TT變換的對角元素標定為行波波頭到達時刻，并且利用式(2)計算所得到的波速，計算故障距離

?????????????????????????????(3)

式中利用TT變換標定的初始行波到達量測端M的時刻記為，故障點反射波到達量測端M的時刻記為，從而完成利用故障特征頻帶和TT變換的電纜單端行波測距。

上述第四步中利用TT變換精確標定波頭到達時刻，TT變換來源于S變換:

?????????????????????(4)

式(4)中，表示信號x(t)的S變換；為高斯窗函數；k為尺度因子；為控制高斯窗口在時間軸t的位置參數；f為頻率；j為虛數單位。?

????????????????????????(5)