基于電流行波圖像的輸電線故障類型識(shí)別

張洪偉 何 義

（貴州大學(xué) 電氣工程學(xué)院,貴州 貴陽(yáng)550000）

1 概述

目前在輸電線路故障的研究中有了許多的成果，如：文獻(xiàn)[1]中提出了小波變換法，可以獲取行波信號(hào)的頻率信息，但此方法不具有自適應(yīng)性，難以采取小族一波對(duì)所有的故障類型進(jìn)行分析。文獻(xiàn)[2-3]中提到獲取的行波電壓和電流存在干擾對(duì)波頭信號(hào)產(chǎn)生影響，使得波頭不再像理想情況時(shí)那樣清晰，給波頭識(shí)別帶來(lái)困難。以上的研究中因?yàn)榇嬖诟蓴_和實(shí)際情況的問題導(dǎo)致故障的定位不準(zhǔn)確、計(jì)算量復(fù)雜、診斷的耗時(shí)長(zhǎng)的現(xiàn)象。為了提高故障測(cè)距和定位分析的正確性，本文主要的過(guò)程分為特征提取和分類器模式識(shí)別設(shè)計(jì)，本文提出了一種對(duì)故障電流行波波譜圖識(shí)別的方法。

2 故障電流行波波形模式識(shí)別流程

針對(duì)電流行波時(shí)域波形圖像的模式識(shí)別包括步驟：輸入局放時(shí)域波形圖像、局放時(shí)域波形圖像預(yù)處理、局放時(shí)域波形圖像識(shí)別。其中圖像預(yù)處理步驟中利用圖像處理技術(shù)將輸入圖像進(jìn)行較好的特征表達(dá)，有助于識(shí)別分類。

圖1 模式識(shí)別過(guò)程

3 行波圖像采集及處理

電流行波采集系統(tǒng)由電流行波傳感器，信號(hào)調(diào)理單元、示波器，圖像采集卡采集卡、控制單元等組成。本文利用供電局在輸電線路雙端安置的電流行波傳感器采集行波，在輸電線路發(fā)生故障時(shí)刻，采集1200us 的波形，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理單元，把波形傳入示波器，之后把波形采集到圖像采集卡當(dāng)中。

采集到雷擊故障中的繞擊和反擊的典型波形，另外采集到樹障、山火兩種故障典型波形。

本文應(yīng)用二值形態(tài)學(xué)的基本變換腐蝕和膨脹。若用記號(hào)B[x]表示集合B 關(guān)于向量x 的平移，則可以表示為

式（1）表明，集合B 中的每一個(gè)元素b（向量）都與向量x 相加后形成的新集合B[x]。

稀疏降噪處理：

采樣的行波信號(hào)通常容易受到各類噪聲的影響，本文中引入形態(tài)學(xué)濾波器對(duì)噪聲進(jìn)行濾除。對(duì)信號(hào)f 進(jìn)行閉- 開運(yùn)算，則可以得到兩種形態(tài)交替濾波器如下：

4 故障圖像類型識(shí)別

模式識(shí)別方法是利用模糊數(shù)學(xué)中的概念、原理與方法解決分類識(shí)別問題。模式識(shí)別的本質(zhì)特征：一是事先已知若干標(biāo)準(zhǔn)模式，稱為標(biāo)準(zhǔn)模式庫(kù)；二是有待識(shí)別的對(duì)象。

建立問題的數(shù)學(xué)模型：

設(shè)在論域X 上有若干模糊集：A1，A2，…，An∈F ( X )，將這些模糊集視為n 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式，x0∈X 是待識(shí)別的對(duì)象，討論x0應(yīng)屬于哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式Ai( i =1，2，…，n ) 。最大隸屬原則：設(shè)Ai(i=1，2，3，…，c)是論域U 上的模糊集，這里每個(gè)模糊集Ai，表示一個(gè)模糊模式類 ωi。論域中的各個(gè)元素x 對(duì)每個(gè)Ai都有隸屬度，如果對(duì)于給定的

貼近度定義：設(shè)A,B|F(U),

為A 與B 的內(nèi)積

為A 與B 的外積。

按照上面方法采集每一段的電流行波圖，利用數(shù)字轉(zhuǎn)換器軟件將每一塊塊圖像數(shù)字化處理。所以每一個(gè)不同區(qū)域?qū)τ诓煌ㄐ螆D，也會(huì)對(duì)應(yīng)不同的模糊矩陣。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

本文主要使用最大隸屬原則和擇近原則法。共討論五種線路故障原因：非雷擊（A：樹障，B：山火，C：飄浮物，D：覆冰）和E：雷擊。通過(guò)對(duì)采集到的5 種標(biāo)準(zhǔn)模式下波形圖的3 種征兆，分別為：B1：半峰值時(shí)間小于50μs，B2：波前時(shí)間小于80μs，B3：電流峰值500A。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，貼近度最大的說(shuō)明此段線路與該故障的相似度最大。根據(jù)故障電流波形實(shí)驗(yàn)分析，得出故障原因與故障征兆的隸屬關(guān)系模糊矩陣：

六段線路待測(cè)對(duì)象分別對(duì)波形圖識(shí)別，記為Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,得到數(shù)據(jù)表格

測(cè)量項(xiàng)目 B1 B2 B3 Y1 0.7 0.8 0.3 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 0.5 0.6 0.6 0.5 0.7 0.9 0.5 0.4 0.6 0.8 0.5 0.4 0.5 0.7 0.8

根據(jù)

分別計(jì)算六段格貼近度為

線路1 與故障A 貼近度：

線路1 與故障B 貼近度：

線路1 與故障C 貼近度：

線路1 與故障D 貼近度：

線路1 與故障E 貼近度：

所以線路一最有可能是故障E，即雷擊。

6 結(jié)論

本文在輸電線路故障的定位上，對(duì)比傳統(tǒng)的單端法和雙端法的基礎(chǔ)上，提出了一種對(duì)故障電流行波波譜的識(shí)別和圖像的處理，進(jìn)而對(duì)輸電線故障進(jìn)行精確的定位。