一种海底电缆故障测距方法、终端设备及存储介质技术

本发明专利技术涉及一种海底电缆故障测距方法、终端设备及存储介质，在该方法中包括以下步骤：S1：根据单端测距法在测量点提取故障发生时的正向行波和反向行波；S2：通过小波变换分别计算正向行波和反向行波中的模极大值发生的时间；S3：计算故障点的位置Lx。本发明专利技术提出用小波变换和单端测距结合的海底电缆故障测距方法，在MATLAB/Simulink搭建的海底电缆短路故障测距模型进行仿真，并利用小波变换识别故障行波波头信息并计算模极大值，在不同的故障距离和故障类型下验证基于小波变换的单端故障测距精度，测量结果显示该方法较低的测量误差，因此，具有较高的测量精度。

A Fault Location Method, Terminal Equipment and Storage Medium for Submarine Cable

【技术实现步骤摘要】
一种海底电缆故障测距方法、终端设备及存储介质
本专利技术涉及海底电缆测距检测领域，尤其涉及一种海底电缆故障测距方法、终端设备及存储介质。
技术介绍
随着偏远海岛的开发增多以及远洋资源开发规模的不断扩大，跨海电能需求急剧增加，需要铺设的海底电缆越来越多，人类海洋活动的增多导致海底电缆受拖锚、渔业捕捞、船只拖拽、岸基作业等因素的破坏现象频繁发生，当海底电缆受损时，必定会导致电缆供电异常甚至不能继续供电。因此，必须及时对故障点进行测距、定位，进而修复故障并恢复供电。而测距的精确度又在很大程度上影响了故障修复所用的时间。输电线路故障测距按原理划分为阻抗法和行波法，由于阻抗法测距与输电线路的参数分布密切相关，理论上要满足输电线路的参数均匀分布，但海底电缆所处海洋环境和地形十分复杂，参数分布差异性较大，不适用于阻抗法测距。而常用的行波法由于海底环境复杂的原因，检测精度不高。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术旨在提供一种海底电缆故障测距方法、终端设备及存储介质，针对海底环境提高检测精度。具体方案如下：一种海底电缆故障测距方法，包括以下步骤：S1：根据单端测距法在测量点提取故障发生时的正向行波和反向行波；S2：通过小波变换分别计算正向行波和反向行波中的模极大值发生的时间；S3：计算故障点的位置Lx：其中，t1为正向行波的模极大值发生的时间，t2为反向行波的模极大值发生的时间，v为行波的传播速度。进一步的，步骤S1的具体过程为：S11：将故障后的三相电压电流值减去故障前的三相电压电流值得到三相电压电流的暂态量；S12：将三相电压电流的暂态量转换为电压电流的线模分量和零模分量，并选择某个模分量作为待测行波信号；S13：计算待测行波信号的正向行波和反向行波。进一步的，步骤S12中通过克拉克变换进行转换，具体转换公式为：其中，ua、ub、uc分别为输电线路上的三相电压行波分量；uα、uβ、u0分别为电压行波的α、β、0模分量；ia、ib、ic为输电线路上的电流行波分量；iα、iβ、i0为电流行波的α、β、0模分量。进一步的，步骤S12中将α模分量作为待测行波信号。进一步的，故障信号的正向行波和反向行波的计算方法为：其中，S1α、S1β、S10分别为正向行波的α、β、0模分量；S2α、S2β、S20分别为反向行波的α、β、0模分量；Zα、Zβ、Z0为模分量行波对应的波阻抗。进一步的，所述小波变换为db4小波。一种海底电缆故障测距终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本专利技术实施例上述的方法的步骤。一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现本专利技术实施例上述的方法的步骤。本专利技术采用如上技术方案，提出用小波变换和单端测距结合的海底电缆故障测距方法，在MATLAB/Simulink搭建的海底电缆短路故障测距模型进行仿真，并利用小波变换识别故障行波波头信息并计算模极大值，在不同的故障距离和故障类型下验证基于小波变换的单端故障测距精度，测量结果显示该方法较低的测量误差，因此，具有较高的测量精度。附图说明图1所示为本专利技术实施例一中的故障行波产生原理图。图2所示为该实施例中的单端行波测距示意图。图3所示为该实施例中的双端法行波测距示意图。图4所示为该实施例中的电压行波折反射图。图5所示为该实施例中的电流行波折反射图。图6所示为该实施例中的Morlet小波函数。图7所示为该实施例中的db4小波的波形图。图8所示为该实施例中的仿真系统图。图9所示为该实施例中的A相接地短路故障电压波形图。图10所示为该实施例中的A相接地短路故障电流波形图。图11所示为该实施例中的A相接地故障电流行波波形图。图12所示为该实施例中的AB相间接地短路电压波形图。图13所示为该实施例中的AB相间接地短路电流波形图。图14所示为该实施例中的AB相间接地短路电流行波图。图15所示为该实施例中的三相对地短路电压波形图。图16所示为该实施例中的三相对地短路电流波形图。图17所示为该实施例中的三相对地短路电流行波图。图18所示为该实施例中的故障点行波分析图。图19所示为该实施例中的另一故障点行波分析图。图20所示为该实施例中的单相接地故障M端电流正向行波的小波变换。图21所示为该实施例中的单相接地故障M端电流反向行波的小波变换。具体实施方式为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图。这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点。现结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。实施例一：输电线路故障测距按原理划分为阻抗法和行波法，由于阻抗法测距与输电线路的参数分布密切相关，理论上要满足输电线路的参数均匀分布，但海底电缆所处海洋环境和地形十分复杂，参数分布差异性较大，不适用于阻抗法测距。而行波测距可靠性和精度均不受线路分布参数不均影响，适用于海底电缆故障测距。利用行波法的故障测距研究的热点是单端故障测距和双端故障测距，双端故障测距虽然能避免行波在传播过程中折反射造成测量精度的影响，但其设备成本和计算复杂度比单端法测距要高。由于小波变换在提取局部信号突变特征时表现的优越性被广泛应用于电力系统扰动分析和电磁暂态分析等领域，能有效提取局部信号特征。因此该实施例中提出基于小波分析与单端法结合的海底电缆故障测距方法。1、故障行波测距理论(1)行波的基本概念行波是输电线路发生故障时产生的暂态电压、电流信号。行波法测距是目前应用最为广泛故障测距方法。当海底电缆线路的某点A发生故障时，可应用叠加原理进行分析，如图1(a)为正常负荷分量图和图1(b)为故障分量图可以等效为图1(c)的故障附加状态图。由图1(b)可见故障分量相当于在系统电势为零时，在故障点A出加一与该点正常负荷状态下大小相等、方向相反的电压。在这一电压的作用下，故障点产生的故障行波相母线两端传播。将单根无损的海缆输电线路上的电压u和电流i用在线路上的位置x和时间t为变数的偏微分方程表示，则有：其中，L和C分别为线路单位长度的电感和电容。将式(1)和式(2)分别对x、t微分，即可得到表征输电线路行波的波动方程，波动方程表达式如下：则其达朗贝尔(D’Alembert)解为其中，为x正方向传播的故障正行波，为沿着x反方向的故障反行波，是故障行波的传播速度，故障行波的波阻抗。在三相的海底电缆输电线路中，由于各相之间存在耦合，导致每相的行波分量不会相互独立。因此，需要对行波分量进行相模变换，将三相互不独立的相分量转化为相互独立的相分量，然后再利用模量行波实现行波的相应功能。相模变换的方法主要是克拉克(Clarke)变换和凯伦贝尔(Karenbauer)变换实现，由于凯伦贝尔变换不能实现根据单一量来判断故障相模，该实施例中以克拉克变换方法实现相模变换，变换方法如下：其中，ua、ub、uc分别为输电线路上的三相电压行波分量；uα、uβ、u0分别为电压行波的α、β、0模分量；ia、ib、ic为输电线路上的电流行波分量；iα、iβ、i0为电流行波的α、β、0模分量。因此，方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海底电缆故障测距方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：根据单端测距法在测量点提取故障发生时的正向行波和反向行波；S2：通过小波变换分别计算正向行波和反向行波中的模极大值发生的时间；S3：计算故障点的位置Lx：

【技术特征摘要】
1.一种海底电缆故障测距方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：根据单端测距法在测量点提取故障发生时的正向行波和反向行波；S2：通过小波变换分别计算正向行波和反向行波中的模极大值发生的时间；S3：计算故障点的位置Lx：其中，t1为正向行波的模极大值发生的时间，t2为反向行波的模极大值发生的时间，v为行波的传播速度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1的具体过程为：S11：将故障后的三相电压电流值减去故障前的三相电压电流值得到三相电压电流的暂态量；S12：将三相电压电流的暂态量转换为电压电流的线模分量和零模分量，并选择某个模分量作为待测行波信号；S13：计算待测行波信号的正向行波和反向行波。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S12中通过克拉克变换进行转换，具体转换公式为：其中，ua、ub、uc分别为输电线路上的三相电压行波分量；uα、uβ、u0分别为电压行波的α、β、0模分量；ia、i...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海峰，曾振城，王荣杰，陈景锋，陈清林，张兴杰，杨志荣，焦健，李寒林，林忠华，王亦春，林世宪，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：福建,35