一种基于时域特征和小波分析的电缆故障自动测距方法技术

技术编号:13928257 阅读:21 留言:0更新日期:2016-10-28 11:14
本发明专利技术涉及一种基于时域特征和小波分析的电缆故障自动测距方法,属于电缆故障诊断探测技术领域。该方法包括信号采集器,用于对信号进行数据采样;信号处理器,用于缓存数据,并对数据进行处理,其特征是,方法步骤如下:本发明专利技术首先采用自适应形态滤波算法对采集的电缆故障行波原始信号进行消噪预处理;考虑到冲闪法得到的波形回波部分具有周期性特点,本发明专利技术再采用基于故障行波的时域特征,结合微分和小波分析的算法来确定相邻两个回波的起始点,最后计算出故障距离,实现电缆故障的自动测距。

一种基于时域特征和小波分析的电缆故障自动测距方法

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于时域特征和小波分析的电缆故障自动测距方法,属于电缆故障诊断探测

技术介绍
随着中国城市化建设步伐的加快,越来越多的架空线路已被地下电缆所取代,随之而来的电缆故障也会不断增加。如果不能及时地确定地下故障点位置并对其修复,就会造成巨大的经济损失。因此,如何快速准确地进行地下电缆故障测距对电网的正常运行具有重要意义。故障行波信号中往往包含着故障点的各种信息,尤其是信号的突变点或奇异点处会包含着重要的信息。如何识别故障行波信号反射波的起始位置是电缆故障自动测距的关键。识别反射波起始点的常用方法有极大值法、相关系数法、曲线拟合法以及小波分析法等。目前学者对基于小波分析的奇异性检测方法研究的最多,其原理是根据故障行波起始点与信号奇异点存在一一对应的关系,通过对故障行波信号进行小波变换,以模极大值为依据检测出故障行波信号奇异点,找到故障反射行波起始点位置,最后根据行波法测距原理计算出电缆故障距离。目前,市场上的电缆故障测距仪需要依靠操作人员根据显示的波形进行手动卡位,然后仪器自动计算出故障距离,无法做到集高速采集、数据处理、波形显示以及自动卡位四者于一体,从而实现电缆故障的自动测距;部分高校以及科研院所的学者在研究电缆故障测距算法时主要将PC机作为主控机,运用常用软件(比如Matlab,Labview等)对采集到的数据进行算法研究实现故障测距,这种方式不能满足户外现场的实时测试要求;同时产品化硬件成本高,且算法的计算量大且不易移植。中国专利号92106797.6公开了“一种电力电缆故障自动测距方法及装置”通过设计电缆故障信号的超高速数据采集电路,由微处理器读出数据显示出波形,然后由操作人员手动卡位,微处理器根据光标位置计算出故障距离。该专利着重于装置的设计,缺少对采集数据处理方法的阐述,并且测距结果依赖手动卡位,没有实现真正的自动测距。中国专利号201110388072.4公开了一种“电力电缆故障的多踪行波测距方法”通过同时采集施加高压击穿后电力电缆的故障相和完好相的行波反射信号,将两相行波波形同时显示,以方便设备使用人员快速判断出故障位置,该方法也没有实现自动测距,并且在故障距离较远的情况下人为判断易造成较大的误差。中国专利号201010235507.7公开了“一种基于小波差分算法的电缆故障测距方法”通过信号预处理、小波包熵故障区域判别、故障点确定以及处理结果同步输出四大步骤实现电缆故障测距,数据处理计算量很大,硬件设计主要包括PCI6221数据采集卡以及PC机,该设计成本较高,并且整个算法不易移植到嵌入式设备中。
技术实现思路
本专利技术的目的在提供一种基于时域特征和小波分析的电缆故障自动测距方法,解决现有产品存在的不足之处,适用于多种故障现场,提高了电缆故障定位的实时性和准确度。本专利技术目的通过以下技术方案实现:一种基于时域特征和小波分析的电缆故障自动测距方法,包括信号采集器,用于对信号进行数据采样;信号处理器,用于缓存数据,并对数据进行处理,其特征是,方法步骤如下:(一)信号采集器对信号波形进行采样,并将数据缓存至信号处理器;(二)采用自适应形态滤波算法对采集的故障行波信号进行消噪处理;(三)运用最值法求得特征点a和b(1)的位置,根据相对位置关系识别出特征点b(i+1);(四)利用小波分解特征点b(i)到特征点b(i+1)之间的信号并重构第5层信号识别出特征点位置Pd(i);(五)根据特征点b(i)到特征点d(i)之间信号的一阶微分信号的特点识别出特征点位置Pc(i);(六)根据相邻两个回波起始点的位置Pd(i)和Pc(i+1),以及采样频率和脉冲在电缆中的传播速度计算出故障距离。作为优选,步骤(二)中的消噪处理步骤如下:对采集的故障行波信号s(t)采用自适应形态滤波,滤波后的信号y(t)为: y ( t ) = 1 2 [ F o c ( s ( t ) ) + F c o ( s ( t ) ) ] ]]>公式中,Foc为数学形态学中的开闭运算,Fco为数学形态学中的闭开运算。作为优选,步骤(三)中的识别步骤如下:(1)分析去噪后故障行波的时域特征,在行波波形中定义四个特征点分别为:a,b,c,d;每个回波中都包含特征点b,c和d,而特征点a只存在于第一个回波之前;定义以下变量名:Pa表示特征点a在回波中的位置;b(i),c(i)和d(i)分别表示第i个回波的特征点b,c和d;Pb(i),Pc(i)和Pd(i)分别表示特征点b(i),c(i)和d(i)在回波中的位置;(2)特征点a和b(1)的识别,a点和b(1)点分别是故障行波波形中的最大值点与最小值点,采用求最值点法能够快速准确地识别出特征点a和b(1);(3)特征点b(i+1)的识别;作为优选,步骤(3)的识别方法如下:首先计算出近似回波周期然后标定不同故障距离下回波波谷b(i+1)点的位置Pb(i+1),再按照公式计算出回波中b(i+1)点相对于b(i)点的位置RPb(i+1);回波中b(i+1)点的相对位置RPb(i+1)的值在最小值1.158与最大值1.364之间变化,为避免漏检,适当放大RPb(i+1)值的变化范围,在RPb(i+1)值为1.125~1.385内搜索出最小值点来定位特征点b(i+1)。作为优选,步骤(四)的识别方法如下:利用db4小波对故障行波中的b(i)点和b(i+1)点之间的信号进行5层分解,重构的d5层信号在点到点之间的最大值点对应了去噪后故障行波中的特征点d(i)。作为优选,步骤(五)的识别方法如下:从时域上可以看出特征点c的位置在b点与d点之间,分析b和d之间的一阶微分信号可确定特征点c的位置在对应一阶微分信号特征点d位置之前的第一个过零点的位置的附近,在过零点附近寻找局部极小值来精确定位c点。作为优选,步骤(六)的计算方法如下:选择Pd(i)和Pc(i+1)作为相邻两个回波起始点的位置,再根据采样率以及波速经验值便可求得故障距离L,计算公式如下: L = v ( P c ( i + 1 ) - P d 本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于时域特征和小波分析的电缆故障自动测距方法,包括信号采集器,用于对信号进行数据采样;信号处理器,用于缓存数据,并对数据进行处理,其特征是,方法步骤如下:(一)信号采集器对信号波形进行采样,并将数据缓存至信号处理器;(二)采用自适应形态滤波算法对采集的故障行波信号进行消噪处理;(三)运用最值法求得特征点a和b(1)的位置,根据相对位置关系识别出特征点b(i+1);(四)利用小波分解特征点b(i)到特征点b(i+1)之间的信号并重构第5层信号识别出特征点位置Pd(i);(五)根据特征点b(i)到特征点d(i)之间信号的一阶微分信号的特点识别出特征点位置Pc(i);(六)根据相邻两个回波起始点的位置Pd(i)和Pc(i+1),以及采样频率和脉冲在电缆中的传播速度计算出故障距离。

【技术特征摘要】
1.一种基于时域特征和小波分析的电缆故障自动测距方法,包括信号采集器,用于对信号进行数据采样;信号处理器,用于缓存数据,并对数据进行处理,其特征是,方法步骤如下:(一)信号采集器对信号波形进行采样,并将数据缓存至信号处理器;(二)采用自适应形态滤波算法对采集的故障行波信号进行消噪处理;(三)运用最值法求得特征点a和b(1)的位置,根据相对位置关系识别出特征点b(i+1);(四)利用小波分解特征点b(i)到特征点b(i+1)之间的信号并重构第5层信号识别出特征点位置Pd(i);(五)根据特征点b(i)到特征点d(i)之间信号的一阶微分信号的特点识别出特征点位置Pc(i);(六)根据相邻两个回波起始点的位置Pd(i)和Pc(i+1),以及采样频率和脉冲在电缆中的传播速度计算出故障距离。2.根据权利要求1所述的基于时域特征和小波分析的电缆故障自动测距方法,其特征是,步骤(二)中的消噪处理步骤如下:对采集的故障行波信号s(t)采用自适应形态滤波,滤波后的信号y(t)为: y ( t ) = 1 2 [ F o c ( s ( t ) ) + F c o ( s ( t ) ) ] ]]>公式中,Foc为数学形态学中的开闭运算,Fco为数学形态学中的闭开运算。3.根据权利要求1所述的基于时域特征和小波分析的电缆故障自动测距方法,其特征是,步骤(三)中的识别步骤如下:(1)分析去噪后故障行波的时域特征,在行波波形中定义四个特征点分别为:a,b,c,d;每个回波中都包含特征点b,c和d,而特征点a只存在于第一个回波之前;定义以下变量名:Pa表示特征点a在回波中的位置;b(i),c(i)和d(i)分别表示第i个回波的特征点b,c和d;Pb(i),Pc(i)和Pd(i)分别表示特征点b(i),c(i)和d(i)在回波中的位置;(2)特征点a和b(1)的识别,a点和b(1)点分别是冲闪法故障行波中的最大值点与最小值点,采用求最值点法能够快速准确地识别出特征点a和b(1);(3)特征点b(i+1)的识别。4.根据权利要求3所述的基于时域特征和小波分析的电缆故障自动测距方法,其特征是,步骤(3)的识别方法如下:首先计算出近似回波周期然后标定不同故障距离下回波波谷b(i+1)点的位置Pb(i+1),再按照公式计算出回波中b(i+1...

【专利技术属性】
技术研发人员:李文国马秉宇
申请(专利权)人:咸亨国际杭州电气制造有限公司
类型:发明
国别省市:浙江;33

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