[发明专利]一种基于暂态扰动的配网电缆早期故障定位系统及其控制方法

权利要求书

1.一种基于暂态扰动的配网电缆早期故障定位系统，其特征在于，所述系统包括信息传输模块、暂态扰动信号检测模块、暂态扰动信号识别模块、故障预警模块、故障数据处理模块和电缆故障定位模块；所述信息传输模块将测量点的信息传输给所述暂态扰动信号检测模块和所述故障数据处理模块；所述暂态扰动信号检测模块连接到所述暂态扰动信号识别模块，所述暂态扰动信号识别模块对检测到的暂态扰动信号进行识别，并初步判断发生故障的可能性；所述暂态扰动信号识别模块连接到所述故障预警模块，所述故障预警模块在所述暂态扰动信号识别模块识别出发生故障可能性过高时发出预警信号；所述暂态扰动信号识别模块还连接到所述故障数据处理模块，所述故障数据处理模块对识别出的疑似故障信息进行进一步判断和处理；所述故障数据处理模块连接到所述电缆故障定位模块，所述电缆故障定位模块对所述故障数据处理模块判断出的电缆故障进行定位，以快速获取电缆故障点的具体位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于暂态扰动的配网电缆早期故障定位系统，其特征在于，所述暂态扰动信号检测模块与暂态扰动信号识别模块是基于专家系统的干扰信号的统计模式辨识的运行，将有效的故障信号进行采集。

3.根据权利要求1所述的一种基于暂态扰动的配网电缆早期故障定位系统，其特征在于，所述信息传输模块能够将测量点采集到的故障信号在各模块之间进行信号转换及数据传递。

4.根据权利要求1所述的一种基于暂态扰动的配网电缆早期故障定位系统，其特征在于，所述暂态扰动信号检测模块能够检测电缆的接地线电流、零序电压、零序电流等反映电缆电气特性的电气特征量。

5.根据权利要求1所述的一种基于暂态扰动的配网电缆早期故障定位系统，其特征在于，所述暂态扰动信号识别模块能够利用神经网络、支持向量机等对信号进行多类扰动的识别。

6.根据权利要求1所述的一种基于暂态扰动的配网电缆早期故障定位系统，其特征在于，所述故障数据处理模块和电缆故障定位模块对基于暂态扰动信号的电缆早期故障进行判断和定位。

7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的基于暂态扰动的配网电缆早期故障定位系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：针对安装的暂态电压、电流信号互感器，采用建模分析和试验测试相结合的方法对早期故障产生的暂态行波信号传变特性进行系统的理论分析；

步骤2：根据暂态电压、电流信号互感器的基本原理，建立其等值电路模型，对故障暂态行波进行传变测试，根据测试得到互感器对信号的传变增益、响应时延、波形畸变等参数；

步骤3：对一、二次侧的暂态行波信号进行处理，对比分析揭示暂态行波通过互感器时二次侧信号发生变化的本质，对二次侧故障信号处理，辨识早期故障产生的暂态行波首波头信号蕴含的信息；

步骤4：确定配网发生故障后，各个测量点处电流行波首波头高频分量ω_i的极性η和能量E在故障线路区段和非故障线路区段分布的差异性，据此构建故障线路区段辨识指示因子ξ_f如下式所示：

其中，ξ_f为各电流行波测量点检测得到的故障区段辨识指示因子，η_i和γ_i为相应的权值，该值可根据实际故障情况以及互感器对行波传播特性的影响而预先确定；选择前3个最大的故障区段辨识因子值对应的测量点所围成的即为故障线路所在区段；

步骤5：利用故障区段线路上所有测量点测得的早期故障暂态信号，考虑其传播最短路径和信号突变点对应时刻，合理确定信号计算数据窗长度以及所要提取的高频分量所在频谱范围，采用S变换提取各测点暂态行波信号首波头高频分量的幅值和相位信息；任一测量点A检测到的行波首波头中频率为ω_i的高频信号可由下式表示：

其中，和θ_Ai＝-β_ix为测量点A得到的行波首波头信号中频率为ω_i的高频信号的幅值和相位；

步骤6：采用虚设母线法，考虑不同测量点之间线路某一位置发生故障时，按照上式计算得到的理论上高频分量幅值比和S变换计算得到的实际同一高频分量幅值比之间的差异，采用迭代搜索的思想，求解出最小差异对应的假设位置，则此位置对应实际真实的故障精确位置；

步骤7：考虑到采用单一幅值信息求解出的结果可能会存在伪根，因此在计算相应测量点幅值比的同时计算相应测量点同一高频分量的理论相位差和实际相位差，采用同样的方式求解故障精确位置，然后取两种方式计算出结果的交集，这样足以保证在各种情况故障精确定位结果不含伪根。