一种基于小波差分算法的电缆故障测距方法技术

本发明专利技术公开了一种基于小波差分算法的电缆故障测距方法，包括步骤：一、信号实时检测及同步上传；二、信号采集；三、电缆故障测距，其测距过程如下：信号预处理，其预处理过程包括归一化处理、去噪处理和故障信号模量变换；小波包熵故障区域判别；故障点确定，其故障点确定过程包括一维信号选取、小波变换及小波系数求解、模极大值点检测、极大值点后的奇异点排序、一阶差分运算、差值比较和采用不受波速影响的单端故障测距法对电缆故障位置进行测距运算；四、处理结果同步输出。本发明专利技术设计合理、操作简便、实现方便且测距精度高，有效解决了现有电缆故障检测方法存在的无法识别故障所在区域、测距精度较低且易受多种因素影响的实际问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电缆故障测距
，尤其是涉及一种基于小波差分算法的电缆故 障测距方法。
技术介绍
由于电力电缆网络结构日益复杂以及自然条件、制造质量、运行维护等方面的影 响，电缆故障越来越多，电缆线路事故对社会造成的影响将越来越大，这就对如何快速、准 确的实现电缆故障的检测有了更高的要求。现如今现场所使用的电力电缆故障测距装置， 都是在电力电缆故障停电后，解开电力电缆，再通过相关的设备离线测量故障距离。实际使 用过程中，上述离线故障测距方法存在很多弊端，如测距时间过长，电力电缆在运行中发生 的故障有相当一部分是瞬时性的故障，利用离线故障测距方法查找故障点前，要用高压设 备将故障点击穿，而高电压对测试设备、电缆和工作人员造成安全隐患等，因此迫切需要电 力电缆在线故障测距方法来弥补离线测距的缺陷和不足。目前，电力电缆故障的在线检测技术迄今尚未成熟，国内外一些相关公司还在不 断研究测试当中。近几年来，国内外学者将数字信号处理技术，特别是小波分析理论引入 电力电缆故障诊断、测距中，在很大程度上提高了诊断的准确性和测距的精度，但是，还存 在以下不足1.在近区存在无法识别反射波区域的问题；2.故障发生初始相角、行波波速、 母线的接线方式的不确定性等影响了测距精度；3.线路两端非线性元件的动态时延对影 响了测距精度；4.电缆故障测距中不可避免地存在的各种电磁干扰，给故障定位带来了误 差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于小波 差分算法的电缆故障测距方法，其设计合理、操作简便、实现方便且测距精度高，有效解决 了现有电缆故障检测方法存在的无法识别故障所在区域、测距精度较低且易受多种因素影 响的实际问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是一种基于小波差分算法的电缆 故障测距方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、信号实时检测及同步上传通过电流检测单元对被测试三相电缆始端的 ABC三相电流分别进行实时检测，并将实时所检测的三相电流信号、、和分别经信号调 理电路进行I/V转换且将经I/V转换后对应获得的三路电压信号uA、uB和同步上传至数 据采集卡；所述被测试三相电缆的总长度为L ；步骤二、信号采集数据采集卡对三路电压信号％、4和％进行采集并相应进行A/ D转换后，同步传送至主控机；同时，通过主控机对三路电压信号uA、uB和的采样点数量、 所有采样点和各采样点所对应的采样时刻进行记录；步骤三、电缆故障测距当被测试三相电缆发生故障时，数据采集卡传送而来的三路电压信号UA、Ub和Uc为故障信号，此时通过主控机对由数据采集卡传送而来的三路电压 信号UA、UB和Uc进行分析处理，并相应得出被测试三相电缆中的故障点位置，其分析处理过 程如下301、信号预处理，其预处理过程如下3011、去噪处理主控机调用信号去噪处理模块且按照小波去噪方法对三路电压 信号UA、Ub和Uc分别进行去噪处理，并将三路电压信号UA、Ub和Uc中所含有的噪声部分去 除；3012、故障信号模量变换主控机调用模量变换模块且根据公式u = S ·ιν对经去 噪处理后的三路电压信号UA、Ub和Uc进行模量变换，并相应获得被测试三相电缆的零模电 压分量UmQ、l模电压分量Uml和2模电压分量Um2 ；式中U= (uA Ub 11乂且其中的％、叫和叫 分别为去噪处理后且模量变换之前被测试三相电缆的原始三相电压分量UA、Ub和叫，Uffl = (uffl0 Uffll Uffl2) τ且其中的Um(l、Uml和Um2分别为模量变换之后被测试三相电缆的零模电压分量、1模电压分量和2模电压分量，S为三阶相模变换矩阵且S =S11 S12 S13S21 S22 S23S3〗 S32 S33，其中S11 =)21—s3i' s12+s22+s32 — 0 且 s13+s23+s33 — 0 ；302、小波包熵故障区域判别主控机调用故障区域判别模块对被测试三相电缆中 的故障区域进行判别，其判别过程如下3021、辨别阈值Htl确定根据被测试三相电缆以往所发生的故障记录或通过在实 验室进行仿真试验确定辨别阈值Htl ；当根据被测试三相电缆以往所发生的故障记录时，以故障点位于被测试三相电缆 的中点时，所测得并记录的被测试三相电缆电压信号的小波包熵值为辨别阈值Htl ；当通过在实验室进行仿真试验确定辨别阈值Htl时，采用仿真软件对被测试三相电 缆及电缆上所发生的故障点进行仿真，通过仿真试验所测得的当故障点位于被测试三相电 缆的中点时，被测试三相电缆电压信号的小波包熵值为辨别阈值Htl ；3022、故障信号小波包熵值计算主控机调用小波包熵值计算模块且按照小波包 的香农信息熵计算方法，计算得出零模电压分量um(l、1模电压分量Uml或2模电压分量um2中 任一路信号的小波包熵值Hi;3023、小波包熵值差值比较主控机调用差值比较模块将步骤3022中计算得出的 所述故障信号的小波包熵值Hi与步骤3021中所述的辨别阈值Htl进行差值比较，当Hi > Htl 时，说明此时故障点位于被测试三相电缆的前半区域上，所述前半区域为所述被测试三相 电缆的始端与中点之间的线路；当Hi < H0时，说明此时故障点位于被测试三相电缆的后半 区域上，所述后半区域为所述被测试三相电缆的中点与末端之间的线路；303、故障点确定，通过主控机且采用小波差分处理方法确定被测试三相电缆的故 障点位置，其确定过程如下3031、一维信号f(n)选取选取零模电压分量um(l、1模电压分量Uml或2模电压分 量um2中的任一路信号作为一维信号f(n)，其中η = 0、1、2. . . N-I且N为一维信号f (η)的 采样序列中的采样点数量，一维信号f (η)的采样序列中的采样点数量、所有采样序列点和 各采样序列点所对应的采样时刻均与步骤二中主控机所记录的三路电压信号uA、uB和U。的采样点数量、所有采样点和各采样点所对应的采样时刻一一对应；3032、小波变换及小波系数求解对一维信号f(n)进行小波变换，并相应求得小 波分解后的各层小波系数，各层所述小波系数包括各层近似系数和各层细节系数，其中各 层所述细节系数记作KW/) &]}，其中上=1，2... J，且J为小波分解的层数，k = b0, bp b2. . . Iv1且其表示一维信号f(n)的采样序列中的N个采样序列点的序号；3033、模极大值点检测按照所述采样系列的采样顺序，由前至后对{(W/) }的 模极大值点进行检测与记录，且检测得出当k = h时，{(Wjf) }取得极大值点，即I (w/) [bj I点，此时采样序列点h所对应的采样时刻即为故障点反射行波到达被测试三相电缆 始端的时刻、；3034、极大值点后的奇异点排序对步骤3023中所述极大值点之后的奇异点按照由大至小的顺序排列即 I (Wjf) ι > ι (Wjf) ι > ι (Wjf) ... > I (w/) I > I (w/) I，其中 ba、bb、bc, bd... br 和 bs 分别为采样序 列点h之后的多个采样序列点的序号；同时，对应获得极大值序列；3035、一阶差分运算对极大值序本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于小波差分算法的电缆故障测距方法，其特征在于该方法包括以下步骤：　　步骤一、信号实时检测及同步上传：通过电流检测单元（１）对被测试三相电缆始端的ＡＢＣ三相电流分别进行实时检测，并将实时所检测的三相电流信号ｉ↓［Ａ］、ｉ↓［Ｂ］和ｉ↓［Ｃ］分别经信号调理电路（２）进行Ⅰ／Ⅴ转换且将经Ⅰ／Ⅴ转换后对应获得的三路电压信号ｕ↓［Ａ］、ｕ↓［Ｂ］和ｕ↓［Ｃ］同步上传至数据采集卡（３）；所述被测试三相电缆的总长度为Ｌ；　　步骤二、信号采集：数据采集卡（３）对三路电压信号ｕ↓［Ａ］、点时，所测得并记录的被测试三相电缆电压信号的小波包熵值为辨别阈值Ｈ↓［０］；　　当通过在实验室进行仿真试验确定辨别阈值Ｈ↓［０］时，采用仿真软件对被测试三相电缆及电缆上所发生的故障点进行仿真，通过仿真试验所测得的当故障点位于被测试三相电缆的中点时，被测试三相电缆电压信号的小波包熵值为辨别阈值Ｈ↓［０］；　　３０２２、故障信号小波包熵值计算：主控机（５）调用小波包熵值计算模块且按照小波包的香农信息熵计算方法，计算得出零模电压分量ｕ↓［ｍ０］、１模电压分量ｕ↓［ｍ１］或２模电压分量ｕ↓［ｍ２］中任一路信号的小波包熵值Ｈ↓［ｉ］；　　３０２３、小波包熵值差值比较：主控机（５）调用差值比较模块将步骤３０２２中计算得出的所述故障信号的小波包熵值Ｈ↓［ｉ］与步骤３０２１中所述的辨别阈值Ｈ↓［０］进行差值比较，当Ｈ↓［ｉ］＞Ｈ↓［０］时，说明此时故障点位于被测试三相电缆的前半区域上，所述前半区域为所述被测试三相电缆的始端与中点之间的线路；当Ｈ↓［ｉ］＜Ｈ↓［０］时，说明此时故障点位于被测试三相电缆的后半区域上，所述后半区域为所述被测试三相电缆的中点与末端之间的线路；　　３０３、故障点确定，通过主控机（５）且采用小波差分处理方法确定被测试三相电缆的故障点位置，其确定过程如下：　　３０３１、一维信号ｆ（ｎ）选取：选取零模电压分量ｕ↓［ｍ０］、１模电压分量ｕ↓［ｍ１］或２模电压分量ｕ↓［ｍ２］中的任一路信号作为一维信号ｆ（ｎ），其中ｎ＝０、１、２．．．Ｎ－１且Ｎ为一维信号ｆ（ｎ）的采样序列中的采样点数量，一维信号ｆ（ｎ）的采样序列中的采样点数量、所有采样序列点和各采样序列点所对应的采样时刻均与步骤二中主控机（５）所记录的三路电压信号ｕ↓［Ａ］、ｕ↓［Ｂ］和ｕ↓［Ｃ］的采样点数量、所有采样点和各采样点所对应的采样时刻一一对应；　　３０３２、小波变换及小波系数求解...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪梅，熊欣，张小艳，刘嫣，曲立娜，张俊乐，周丹，韩瑶瑶，段金英，李新燕，王梨，徐金华，任青，杨梁军，张铮，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]