用于单芯电缆故障定位的排查方法技术

本发明专利技术涉及用于单芯电缆故障定位的排查方法，属于电力故障排查技术领域。本发明专利技术包括如下步骤：在电缆出现故障时，采用Karenbauer变换对电缆的三相暂态参数进行解耦运算，得到线模行波信号L；对线模行波信号L进行差分和变换DTS运算，获得差分和信号D，并定位差分和信号D中的奇异点；对差分和信号D进行SVD降噪处理，并获得降噪后的差分和信号D；采用通用阈值法对降噪后的差分和信号D进行阈值量化处理，量化后获得线模行波信号L首波奇异点时刻；根据获得的线模行波信号L首波奇异点时刻，采用双端行波定位方法，分别计算出故障点F距离电缆两端点的长度。本发明专利技术提出的方法具有较强的抗噪能力且定位精度较高，能够满足实际工程需要。

【技术实现步骤摘要】
用于单芯电缆故障定位的排查方法
本专利技术属于电力故障排查
，尤其是涉及用于单芯电缆故障定位的排查方法。
技术介绍
电力电缆因其安全、可靠、维护工作量小、通信容量大、使用寿命长、敷设方式美观等优点，逐步在电力系统中得到广泛应用，特别在用电需求量大、供电质量要求高、交通拥堵的城市电网中电缆化程度不断提高。虽电力电缆较架空线故障几率低，但因其一般埋于地下，故障后位于盲区，如何快速、准确、经济地定位电缆故障，对电缆线路运行维护、故障解除、保证电网持续可靠供电具有重要意义。目前对于电力电缆故障测距的方法有很多，但是很多还处于研究阶段，20世纪70年代到21世纪初，国外学者先后采用过电桥法、低压脉冲反射法、直流分量法、电桥法、电介质损耗法以及二次脉冲法等方法对电缆故障的进行诊断监测，但是检测精度差强人意。现有电缆在线故障定位方法按原理可分为行波法和阻抗法。行波法因其不受故障类型、线路长度和过渡电阻等因素影响在电缆故障定位中得到广泛应用，行波法定位的关键是精确检测出行波的奇异点。目前常用的奇异点检测法有小波变换(WT)、希尔伯特黄变换(HHT)和变分模态分解(VMD)等方法。WT的困难在于小波基函数选择且其会影响Lipschitz指数相同信号的奇异点检测效果，从而影响定位精度。HHT通过经验模态分解(EMD)将信号分为固有模态函数(IMF)，但EMD易造成模态混叠现象，导致奇异点检测失败。VMD虽克服了模态混叠，但检测的奇异点位置在不同的分解层下会发生偏移。此外，电力电缆运行情况复杂且考虑到采集装置存在固有缺陷、传输通道易受外界环境干扰等因素，故实际采集的行波信号会不可避免的引入噪声，会严重影响奇异点的检测。因此，设计一种具有较强的抗噪能力且定位精度较高的用于单芯电缆故障定位的排查方法，就显得十分必要。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中，由于电力电缆运行情况复杂且考虑到排查故障装置存在固有缺陷、传输通道易受外界环境干扰等因素，现有的电缆在线故障定位方法在实际采集的行波信号会不可避免的引入噪声，会严重影响检测精度的问题，提供了一种具有抗噪能力且定位精度高的用于单芯电缆故障定位的排查方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于单芯电缆故障定位的排查方法，包括如下步骤：步骤一，在电缆出现故障时，采用Karenbauer变换对电缆的三相暂态参数进行解耦运算，得到线模行波信号L；步骤二，对线模行波信号L进行差分和变换DTS运算，获得差分和信号D，并定位差分和信号D中的奇异点；步骤三，对差分和信号D进行SVD降噪处理，并获得降噪后的差分和信号D；步骤四，采用通用阈值法对降噪后的差分和信号D进行阈值量化处理，量化后可知差分和信号D中第一个模极大值点为首波的奇异值点位置，并获得线模行波信号L首波奇异点时刻；步骤五，根据获得的线模行波信号L首波奇异点时刻，采用双端行波定位方法，分别计算出故障点F距离电缆两端点的长度。可选的，步骤二中所述差分和变换DTS运算，还包括如下步骤：采用一阶差分，差分和定义如下：当2≤i≤N-1时，R满足：式中：i＝1，2，...，N，N为采样点数，取值范围为大于的1的正整数；R为以某一时刻为中心的最大差分半径；h为局部分析窗的宽度，L()为线模行波信号L中的具体数值，r为调节参数值。差分的实质是对离散的信号进行微分运算，分为前向差分Δf(i)＝L(i+1)-L(i)和后向差分Δf(i)＝L(i)-L(i-1)。可选的，步骤三中所述对差分和信号D进行SVD降噪处理，还包括如下步骤：对一维时间序列差分和信号D进行3行Hankel矩阵变换，得到矩阵D′；对D′做奇异值分解：D′＝USVT(3)式中，U＝(u1，u2，u3)，为左正交矩阵；V＝(v1，v2，...，vN-2)，为右正交矩阵；S＝(diag(λ1，λ2，λ3)，O)，且λ1≥λ2≥λ3≥0，均为特征值；O为零矩阵；令D′1替换D′；由SVD分解性质可得：D′＝D′1+D′2+D′3(4)对D′1做反Hankel变换获取降噪后的差分和信号D。可选的，步骤四中所述采用通用阈值法对降噪后的差分和信号D进行阈值量化处理，还包括如下步骤：采用通用阈值法对差分和信号D进行阈值量化处理，即：式中：ξ为选取的阈值；median(·)为计算中值。可选的，步骤五中所述采用双端行波定位方法，还包括如下步骤：设定电缆两端为M、N，时间监测点分别位于电缆M、N两端，采用GPS时间同步装置，得测距公式为：式中：LMF、LNF分别为故障点F距离M、N段的长度；v为行波波速，L和C分别为电缆单位长度电感和电容；tM、tN分别为故障初始行波到达M、N端所用的时间可选的，在局部分析窗h内非故障信号是连续且存在一阶导数的，由公式(1)可知非故障信号差分和为零，而故障信号差分和不为零，且奇异点差分和值随h的增大而增大。因此，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术基于差分和变换的故障行波定位方法，可以准确检测首波的奇异点时刻，通过奇异值分解和阈值量化处理，可使奇异点特征峰值更加明显；(2)相比于小波变换和变分模态分解，本专利技术提出的方法具有较强的抗噪能力且定位精度较高，能够满足实际工程需要。附图说明图1为本专利技术中的一种流程图；图2(a)为本专利技术中的一种不含噪故障行波信号以及相对应的差分和信号的波形示意图；图2(b)为本专利技术中的包含故障行波信号的波形示意图；图3(a)为本专利技术中的含噪故障行波信号的奇异点检测过程的波形示意图；图3(b)为本专利技术中的含噪故障行波的差分和信号的奇异点检测过程的波形示意图；图3(c)为本专利技术中的经过SVD降噪后的差分和信号的波形示意图；图3(d)为本专利技术中的经阈值量化处理后的差分和信号的波形示意图；图4为本专利技术中的一种采用双端行波定位方法测距的示意图；图5为本专利技术中的一种基于PSCAD/EMTDC搭建的电缆故障模型的结构示意图；图6(a)为本专利技术中的一种分别采用DST方法的奇异点检测结果的波形示意图；图6(b)为本专利技术中的一种分别采用WT方法的奇异点检测结果的波形示意图；图6(c)为本专利技术中的一种分别采用VMD方法的奇异点检测结果的波形示意图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术做进一步的描述：如图1所示为本专利技术一种用于单芯电缆故障定位的排查方法，包括如下步骤：步骤一，在电缆出现故障时，采用Karenbauer变换对电缆的三相暂态参数进行解耦运算，得到线模行波信号L；采用衰减系数小、波速近似恒定的线模行波信号L进行奇异点检测。故障定位的关键步骤是精确检测出线模行波信号L的奇异点。步骤二，对线模行波信号L进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于单芯电缆故障定位的排查方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一，在电缆出现故障时，采用Karenbauer变换对电缆的三相暂态参数进行解耦运算，得到线模行波信号L；/n步骤二，对线模行波信号L进行差分和变换DTS运算，获得差分和信号D，并定位差分和信号D中的奇异点；/n步骤三，对差分和信号D进行SVD降噪处理，并获得降噪后的差分和信号D；/n步骤四，采用通用阈值法对降噪后的差分和信号D进行阈值量化处理，量化后可知差分和信号D中第一个模极大值点为首波的奇异值点位置，并获得线模行波信号L首波奇异点时刻；/n步骤五，根据获得的线模行波信号L首波奇异点时刻，采用双端行波定位方法，分别计算出故障点F距离电缆两端点的长度。/n

【技术特征摘要】
1.用于单芯电缆故障定位的排查方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，在电缆出现故障时，采用Karenbauer变换对电缆的三相暂态参数进行解耦运算，得到线模行波信号L；
步骤二，对线模行波信号L进行差分和变换DTS运算，获得差分和信号D，并定位差分和信号D中的奇异点；
步骤三，对差分和信号D进行SVD降噪处理，并获得降噪后的差分和信号D；
步骤四，采用通用阈值法对降噪后的差分和信号D进行阈值量化处理，量化后可知差分和信号D中第一个模极大值点为首波的奇异值点位置，并获得线模行波信号L首波奇异点时刻；
步骤五，根据获得的线模行波信号L首波奇异点时刻，采用双端行波定位方法，分别计算出故障点F距离电缆两端点的长度。


2.根据权利要求1所述的用于单芯电缆故障定位的排查方法，其特征在于，步骤二中所述差分和变换DTS运算，还包括如下步骤：
采用一阶差分，差分和定义如下：



当2≤i≤N-1时，R满足：



式中：i＝1，2，…，N，N为采样点数，取值范围为大于的1的正整数；R为以某一时刻为中心的最大差分半径；h为局部分析窗的宽度，L()为线模行波信号L中的具体数值，r为调节参数值。


3.根据权利要求1所述的用于单芯电缆故障定位的排查方法，其特征在于，步骤三中所述对差分和信号D进行SVD降噪处理，还包括如下步骤：
对一维时间序列差分和信号D进行3行Hankel矩阵变换，得到矩阵D′；
对D′做奇异值分解：
D′＝USVT(...

【专利技术属性】
技术研发人员：田二伟，黄剑，周金邢，郑晔，
申请(专利权)人：国网浙江诸暨市供电有限公司，国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司，国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33