電力電纜故障定位及檢測(cè)信號(hào)去噪分析

洪炎森

摘 要：全面分析電力電纜故障行波信號(hào)，積極采用小波分析將能夠起到良好的效果，其能全面表現(xiàn)出信號(hào)的局部特征，并且具有多分辨率的優(yōu)勢(shì)，因而當(dāng)前充分結(jié)合小波分析信號(hào)的優(yōu)勢(shì)和行波法的簡(jiǎn)單高效，是電力電纜故障定位研究工作的重要內(nèi)容。文章主要是從電力電纜故障行波定位原理分析入手，針對(duì)電力電纜故障定位具體方法進(jìn)行全面細(xì)致的研究，并提出了一定的檢測(cè)信號(hào)去噪方式，為保證電力電纜的正確運(yùn)行提供良好前提。

關(guān)鍵詞：電力電纜；故障定位；檢測(cè)信號(hào)；去噪

1 電力電纜概述

電力電纜是電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的重要組成部分，主要是用于傳輸和分配電能，其在實(shí)際使用的過程中，容易受到外界自然條件的影響，出現(xiàn)一定的故障。對(duì)此，準(zhǔn)確有效地尋找到故障發(fā)生的具體位置，是保證電力迅速恢復(fù)的重要前提。現(xiàn)階段，針對(duì)電力電纜故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位的過程中，定位精度較高的是行波法，其具有免于故障類型、線路不對(duì)稱等方面條件限制的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用程度較高。

2 電力電纜故障行波定位原理

電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行的過程中，其電力電纜內(nèi)部的電流和電壓都能夠以波的形式進(jìn)行傳播。通常情況下，電力電纜保持著正常的運(yùn)行狀態(tài)，其波形的實(shí)際運(yùn)行形式是正余弦波，而一旦電力電纜出現(xiàn)了運(yùn)行故障，電壓和電流的波形，在某個(gè)不確定的位置會(huì)出現(xiàn)突變，這種突變一般包含著大量的故障信息。全面提取和利用這些故障信息，是準(zhǔn)確定位故障發(fā)生范圍和區(qū)域的重要前提，能夠有效保證供電系統(tǒng)維持正常的運(yùn)行工作。需要注意到，電力電纜出現(xiàn)一定的運(yùn)行故障，行波將會(huì)傳輸?shù)絻啥说哪妇€，并且在具體的傳輸環(huán)節(jié)中，行波將會(huì)表現(xiàn)出反射和折射的情況，這些現(xiàn)象的出現(xiàn)，一般會(huì)表現(xiàn)在波阻抗出現(xiàn)改變的位置之中，具體情況如圖1所示。

針對(duì)故障波形的波形成分進(jìn)行全面分析，能夠發(fā)現(xiàn)其不是以單一頻率呈現(xiàn)的，當(dāng)波形傳輸?shù)倪^程中，每一種頻率對(duì)應(yīng)著一種傳播速度。波形中的高頻分量，傳播速度越快，相應(yīng)的衰減情況越偏大，而對(duì)于波形中的一些低頻分量來說，當(dāng)其傳播速度較慢的時(shí)候，其本身的衰減情況也就呈現(xiàn)出了偏小的特點(diǎn)，這些特征的存在，直接導(dǎo)致了故障波形在實(shí)際傳播過程中，容易出現(xiàn)一定的色散問題。

針對(duì)電力電纜的運(yùn)行故障進(jìn)行定位的過程中，采用行波法，能夠發(fā)現(xiàn)行波的波速并不是永恒確定的，其通常是保持在150～20 m/μs的范圍內(nèi)，屬于一個(gè)不確定值。傳統(tǒng)形式上，針對(duì)電力電纜的故障距離進(jìn)行計(jì)算，首先，需要獲取入射波、反射波之間的時(shí)間差t1t0；其次，需要將時(shí)間差和波速進(jìn)行相乘，求解其平均值，這樣才能夠得出測(cè)量端到具體故障點(diǎn)之間的距離。從計(jì)算的過程來看，能夠發(fā)現(xiàn)波速自身的不確定性會(huì)對(duì)電力電纜的故障定位工作產(chǎn)生一定的影響，容易出現(xiàn)一些誤差，因而這種方式在現(xiàn)階段應(yīng)該已經(jīng)無法滿足切實(shí)有效的需求[1]。

3 電力電纜故障定位具體方法探析

3.1 小波變換模極大值法

在針對(duì)電力電纜故障進(jìn)行定位分析的過程中，主要是研究電纜中的行波信號(hào)，為開展后續(xù)的分析工作奠定良好基礎(chǔ)。通常情況下，電力電纜出現(xiàn)了運(yùn)行故障，會(huì)容易產(chǎn)生暫態(tài)行波，當(dāng)其傳遞到相應(yīng)的檢測(cè)位置時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出一些明顯的特性。針對(duì)波形進(jìn)行全面細(xì)致的研究，能夠更好地得到電流、電壓的極性，電纜故障的具體產(chǎn)生位置等一些關(guān)鍵性的信息，這些信息在實(shí)際檢測(cè)過程中是否保持著較高的準(zhǔn)確性，將會(huì)直接影響到故障定位是否精確。因而，通過行波法，針對(duì)電力電纜的故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，就需要全面細(xì)致檢測(cè)出波形的奇異性。當(dāng)前，在分析電力電纜故障信號(hào)的時(shí)候，采用以小波變換為基礎(chǔ)的模極大值法，能夠起到積極的效果，這種檢測(cè)工具，能夠從故障信號(hào)的時(shí)域中獲取到準(zhǔn)確的奇異點(diǎn)，從而能夠針對(duì)信號(hào)到達(dá)的時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確判定。故障信號(hào)的突變點(diǎn)和小波變換模極大值點(diǎn)存在著較大的對(duì)應(yīng)性，當(dāng)故障信號(hào)的突變點(diǎn)的值越大，相應(yīng)的，小波變換模極大值也就逐漸變大，對(duì)此，需要全面分析和處理好小波變換模極大值點(diǎn)，這樣能夠針對(duì)故障突變點(diǎn)的情況進(jìn)行全面充分的反映，這樣就為判斷出具體電力電纜運(yùn)行故障范圍情況提供了良好的前提條件[2]。

3.2 良好優(yōu)化和改進(jìn)電力電纜故障定位算法

以小波變換作為重要前提和基礎(chǔ)的模極大值法，在尋找行波指測(cè)量端的時(shí)刻方面具有良好的效果，充分結(jié)合其和故障電纜中行波的傳播規(guī)律，將能夠有效推導(dǎo)出一種故障定位方法，其主要是用于有效解除波速限制的方法。針對(duì)電力電纜來說，其任何位置都會(huì)存在著發(fā)生故障的概率，如圖2所示，可以展現(xiàn)出電纜故障點(diǎn)的具體發(fā)生位置情況。

從圖2可知，這是一條電力電纜線路圖的抽象情況，D點(diǎn)是整條線路的中點(diǎn)，以此為具體的參照對(duì)象來說，前半程的某個(gè)位置會(huì)容易出現(xiàn)一定的故障點(diǎn)，比如說G1點(diǎn)，同時(shí)在線路的后半程，同樣可能會(huì)出現(xiàn)一定的故障點(diǎn)，比如說G2點(diǎn)。

當(dāng)故障出現(xiàn)在電力電纜的前半段中，不論其處在任意一個(gè)位置，由于故障點(diǎn)的反射行波比對(duì)端反射行波的傳遞速度較快，其會(huì)先到達(dá)相應(yīng)的檢測(cè)端，能夠得出理論層面的消除波速限制的故障定位公式，即

L是電力電纜的總長(zhǎng)度，而將故障點(diǎn)和檢測(cè)端的距離設(shè)置為l1，行波的傳播速度設(shè)置為v。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)候的初始行波傳遞到檢測(cè)端的時(shí)間為t1，相應(yīng)的反射行波到檢測(cè)端的時(shí)間設(shè)為t2，端母線反射行波經(jīng)過故障點(diǎn)所透射到測(cè)量端的時(shí)間設(shè)為t3。而在此基礎(chǔ)上，針對(duì)電纜總長(zhǎng)度的前1/4處進(jìn)行研究，針對(duì)故障行波折射和反射的傳播過程進(jìn)行標(biāo)示，能夠發(fā)現(xiàn)檢測(cè)段相應(yīng)獲取到的模極大值點(diǎn)，可以被設(shè)置為j1，j2，j3，j4，以此類推，分別代表著故障初始行波的模極大值點(diǎn)、故障點(diǎn)反射行波的模極大值點(diǎn)、端母線反射行波的模極大值，相應(yīng)的其對(duì)應(yīng)的時(shí)刻點(diǎn)，即為t1，t2，t3，t4。從而，能良好確定出具體的故障點(diǎn)位置。

4 故障信號(hào)的去噪處理

在周圍環(huán)境的影響下，電力電纜的實(shí)際鋪設(shè)和使用，都會(huì)容易夾雜著大量的噪聲，其波形也不是理想狀態(tài)下的正余弦波。針對(duì)這種情況，需要積極開展原始故障信號(hào)方面的消噪處理工作。首先，針對(duì)小波函數(shù)進(jìn)行選擇，保證其能夠良好適應(yīng)電纜故障的信號(hào)特性，對(duì)于含噪信號(hào)來說，需要選擇合適的層數(shù)開展小波分解工作。其次，需要通過軟閾值的作用，針對(duì)每一層分解過后的高頻系數(shù)進(jìn)行充分處理。再者，需要在小波的作用下，重新開展處理和構(gòu)建相應(yīng)的小波系數(shù)，這種新的小波系數(shù)，將能夠建立起去噪之后的新的信號(hào)。在電力電纜故障區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的故障信號(hào)，其存在著不同的噪聲結(jié)構(gòu)，通過噪聲自身的頻率特性，能夠處理好各個(gè)不同尺度下的小波系數(shù)，從而得到消噪信號(hào)。

5 結(jié)語

電力電纜的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)直接影響到電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，本文積極采用小波變換的方式和手段，全面開展電力電纜的故障定位工作，尋找到具體的故障區(qū)域，積極采用模極大值點(diǎn)的定位方法，能夠準(zhǔn)確判斷出電力電纜實(shí)際運(yùn)行過程中的故障情況，并分析故障信號(hào)的時(shí)域頻域，積極進(jìn)行故障信號(hào)的去燥處理，減少電力電纜實(shí)際運(yùn)行過程中的信號(hào)噪聲情況，充分提升電力電纜的整體運(yùn)行水平。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王新，王建順，周濤.電力電纜故障定位與檢測(cè)信號(hào)去噪研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2015（11）：137-140.

[2]高俊山，穆旭明，鄧立為.電力系統(tǒng)電纜線故障點(diǎn)信號(hào)定位仿真研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2017（8）：151-156.