[发明专利]一种利用故障特征频带和TT变换的电缆单端行波测距方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用故障特征频带和TT变换的电缆单端行波测距方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

传统的电力电缆故障测距一般以离线测量为主，而离线法最大的问题是有部分故障难以在高压冲击作用下再现，从而造成故障测距失败。此外，多次注入高压脉冲，会伤及电缆绝缘有缺陷部分，影响整根电缆的寿命。相比之下，在线行波测距更有应用前景。行波波头到达量测端的时刻标定和行波波速的确定是行波测距的关键。线路故障时沿线路传播的暂态故障行波具有从低频至高频的连续频谱，不同频率分量的传播速度不同，频率越高的分量传播速度越快，因此行波中频率最高的分量将最先到达测量点，其它频率的分量则经过一定的时延后才到达测量点，故在测量点检测到的行波波头并非理想的阶跃信号，而是表现为斜拉函数，导致波头到达量测端标定的时刻误差较大。某一频率分量的行波传播速度可以根据此频率下的线路参数求解，但时域行波测距中使用的波速并不是单一频率下的波速，行波分量在输电线路上传播会发生色散并产生衰减，且不同频率分量的衰减程度不一致，行波波头所包含的频率成分不同，致使在时域上很难统一刻画行波波速。

由于存在上述因素，在实际行波测距时行波起始点的确定和行波波速的选取存在任意性，由此带来的测距误差架空输电线路故障定位尚可接受，但对于频率相关性更强、色散更严重的电缆线路，此误差是不可忽略的。 

发明内容

本发明的目的是克服现有电缆单端行波测距技术存在的行波波速选取任意性带来误差的问题，提出一种利用故障特征频带和TT变换的电缆单端行波测距方法，将单端行波暂态信号进行小波分解并重构为多个频带的时域信号，在各频带内，电缆线路的衰减系数和波速相对固定，采用相关分析计算每一个频带下故障后的初始行波波头(首波头)和故障点反射波波头的相关系数，定义相关系数最大的频带为特征频带，并利用特征频带的中心频率计算行波波速。在特征频带内利用时域变换的TT算法，对行波波头的到达量测端的时刻进行精确标定。由此构建了基于故障特征频带和TT变换的电缆线路单端行波测距方法。

一种利用故障特征频带和TT变换的电缆单端行波测距方法的具体步骤是：

第一步、故障信号的小波分解与重构；电缆线路发生故障时，将量测端M故障行波暂态信号采用db10小波对故障电流行波进行分解并重构为多个频带的时域信号，频带划分的示意图如图2所示；

第二步、故障特征频带的选取；根据初始行波波头与故障点反射波波头的相似性，利用自相关来度量初始行波波头与故障点反射波的相关程度，自相关表达式为

                          (1)

在式(1)中，为量测端电流，，为选取的数据窗长度；对每个频带下的小波重构系数进行自相关分析，每个频带得到一个相关系数，选择相关系数最大所在频带为特征频带；

第三步、行波波速计算；利用特征频带下的中心频率计算行波波速，相波速的表达式为：

                                

                      (2)

式中R为该频率下的单位长度电缆线路的电阻，L为该频率下的单位长度电缆线路的电感，G为该频率下的单位长度电缆线路的电导，C为该频率下的单位长度电缆线路的电容，为相位系数，ω为选取的特征频带的中心频率；

第四步、利用TT变换精确标定波头到达时刻；TT变换中对角元素的能量要比远离对角线位置的元素高，以对角线元素为中心的分布范围越窄，而低频分布较宽，如图3所示。将TT变换的对角元素标定为行波波头到达时刻，并且利用式(2)计算所得到的波速，计算故障距离

                             (3)

式中利用TT变换标定的初始行波到达量测端M的时刻记为，故障点反射波到达量测端M的时刻记为，从而完成利用故障特征频带和TT变换的电缆单端行波测距。

上述第四步中利用TT变换精确标定波头到达时刻，TT变换来源于S变换:

                     (4)

式(4)中，表示信号x(t)的S变换；为高斯窗函数；k为尺度因子；为控制高斯窗口在时间轴t的位置参数；f为频率；j为虚数单位。 

                        (5)