基于小波變換的電力電纜故障測距仿真研究

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1、基于小波變換的電力電纜故障測距仿真研究摘要隨著電力電纜在日常生活當中廣泛的應(yīng)用，對電力電纜的故障測距準確度的要求也愈來愈高，精準的電力電纜故障測距不僅能夠縮短發(fā)現(xiàn)故障點的時間，同時也能夠減少一定的損失。本文通過使用Matlab軟件進行仿真，先組建電力電纜的故障模型，通過故障仿真可以采集到仿真波形；然后利用小波變換的原理對仿真波形進行分析，采用搜索模極大值的方法確定行波起始脈沖和反射脈沖時間點，應(yīng)用單端行波在線故障測距方法進行測距。得出不同位置的不同故障仿真數(shù)據(jù)相對誤差小于1%，實驗結(jié)果表明，基于小波變換的電纜故障測距不受故障

2、類型的影響，測距誤差小，可取得較高的故障定位精度。關(guān)鍵詞電力電纜；小波變換；模極大值；單端故障測距中圖分類號：TM755文獻標識碼：A文章編號：1671-7597（2014）20-0040-025在電力系統(tǒng)中，與架空線路相比來說，電力電纜的供電可靠性要高，并且所占空間小，尤其在城市配電網(wǎng)中受天氣等因素的影響較小，有利于城市的總體電網(wǎng)規(guī)劃和布局，因此電力電纜在城市配電網(wǎng)中使用的最為普遍。但是電力電纜在實際使用過程當中不免受到外界各種因素的影響，會出現(xiàn)各種電纜故障，因此如何精確、快速的確定故障點位置并及時的處理故障，對提高供電可

3、靠性有著十分重大的意義。1小波變換原理小波函數(shù)的定義[1]：設(shè)函數(shù)，表示平方可積的實數(shù)空間，即能量有限的信號空間，其傅立葉變換為。當滿足允許條件式（1）時，那么稱為一個基本小波，或者稱為小波母函數(shù)。（1）將小波母函數(shù)進行伸縮和平移，可以得到連續(xù)小波基函數(shù)。如果，存在常數(shù)A和B，且，使得穩(wěn)定條件，成立，則函數(shù)序列稱為的二進小波變換，其中（2）上式相對應(yīng)的逆變換為：（3）在尺度下的逆變換，（4）用于二進小波變換在特定尺度下重構(gòu)的時間信號，也就是保持該尺度不變，僅對平移因子進行積分，對這種重構(gòu)信號分析就可以排除其他頻率成分的干擾。

4、5根據(jù)實際需要，最后選用的是4階Daubechies小波6層分解的方法對用MATLAB軟件采集到的仿真波形進行小波分析。2單端行波在線故障測距方法電力電纜故障測距法有阻抗法和行波法。與阻抗法相比較而言，行波法原理較簡單，精確度不易受到實際電纜線路的種類以及故障電阻和兩側(cè)系統(tǒng)的影響，是就目前來說應(yīng)用在電力電纜故障測距當中最普遍的一種方法。圖1電力電纜故障分布圖由于故障可能發(fā)生在電力電纜的任何位置，電力電纜故障模型如圖1所示，電纜線路MN總長為L，O點為MN中點，以O(shè)點為參考點，電纜故障可能發(fā)生在MO段（比如點F1處），也可能發(fā)

5、生在NO段（比如點F2處）。圖2電纜故障在前半段時的行波分析圖若故障發(fā)生在F1處，記錄F1點的初始行波到達左端點M的時間為，初始行波返回故障點然后再次到達左端點M的時間為，此時，F(xiàn)1到左端點M點的距離L1的計算公式如下：（5）若故障發(fā)生在F2處，同樣的方法可得到故障點到測距點M的距離L1的計算公式如下：（6）3基于小波變換測距的仿真分析5利用Matlab/Simulink建立電纜模型仿真，然后再對仿真圖形進行小波分析，并對故障進行測距。圖3仿真模型中，設(shè)電源為理想電源，三相變壓器T1為Y/Δ連接方式，變壓器T2為Y/Yg型連

6、接方式；三條線路分別標記為cb1，cb2，和cb3，長度分別為30km，20km，30km，其中后兩條線路為正常工作線路，cb1為故障線路，分別標記故障前后兩段為cb1-1和cb1-2，長度分別為10km和20km。故障相總長不變，可以改變故障點位置進行不同故障點的仿真分析，也可以對同一故障點位置處所出現(xiàn)的不同的故障類型仿真分析。仿真模型如圖3所示。圖3Matlab仿真模型圖采用模極大值法搜索起始脈沖和反射行波的起始點之前，要首先確定其大概位置。對于脈沖變化比較平滑的信號，通常取起始點和結(jié)束點。應(yīng)用此方法采集到的起始點是10

7、88點，終止點是1263點。然后采用公式（5）計算可以得到故障距離：當L1的距離大于15km時，應(yīng)采用公式（6）計算故障距離。從表1中可以看出，電纜的故障測距沒有收到故障類型的影響，而且測量的誤差都在1%以下，精確度得到了提高。4結(jié)論5本文采用Matlab仿真軟件工具箱提供的常用電力元件模型，建立了電力電纜故障系統(tǒng)模型。通過本次軟件仿真分析可以看出：采用小波分析法對電纜暫態(tài)行波進行采樣信號處理，然后再使用局部模極大值法確定此行波的起始點和終止點，最后通過相關(guān)公式進行計算分析，這樣可以減少外界其他因素對電力電纜故障測距所帶來的

8、誤差；而且不受電纜故障類型影響，可以確保電力電纜故障距離的精確性測量。表1電纜故障仿真測距結(jié)果參考文獻[1]何正友.小波分析在電力系統(tǒng)暫態(tài)信號處理中的應(yīng)用[M].西安：中國電力出版社，2011.[2]吳天明，謝小竹.MATLAB電力系統(tǒng)設(shè)計與分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004.[3