基于小波分析的电缆行波故障定位仿真研究
基于小波理论的电力系统故障分析研究
科技视界Science &TechnologyVisionScience &Technology Vision 科技视界0引言电力系统发生故障后,电流、电压、功率等各电气量将发生剧烈变化,这些电气量中含有大量非工频暂态分量。
它们属于非平稳的随机信号,蕴涵着丰富的故障信息。
传统电力系统动、暂态信号的分析均是采用基于傅里叶变换的频域分析法,为了克服信号的非平稳性,需用平滑时间窗对信号分段截取。
虽然用窗口截取了信号,但是窗口傅氏变换对不同的频率成分,在时域上取样步长却是相同的,对不同的频率成分不能调节。
另外,在截取信号中若有突变,短时傅氏变换则将失效。
为了解决这些问题,数学家和信号处理工程师们共同建立了一种新的分析方法—小波分析方法。
作为一种尝试,本文将小波分析方法引入到电力系统故障信号的分析和数据处理上,得到了较好的结果[1-2]。
本文从研究小波理论出发,探讨了小波分析在电力系统故障信号中的应用,仿真结果验证了通过选择合适的小波函数,可以有效检测故障信号。
1小波分析理论函数ψ(x )被称为基本小波,则它满足:R∫ψ(d )dx =0(1)令ψs (x )是以尺度因子s 对ψ(x )的伸缩,即:ψs(x )=12xs[](2)则Wf (s ,x )称为信号f 的小波变换:Wf (s ,x )=f *ψs (x )(3)显然,小波变换可理解为当输入为f 时在系统ψs 下的响应。
又令s=2j,则ψ2(x )被称为二进小波,Wf 2j,x ()称为二进小波变换Wf 2j,x ()=f *ψ2(x )(4)小波变换主要的性质是它的“聚焦”性能。
假定ψ是一个基本小波,使ψ及其Fourier 变换都是窗函数,时窗宽度为Δφ,频窗宽度为Δψ^,则在时间频率平面上构成成一个矩形面积ΔφΔψ^。
设ψs 是由(2)式定义的小波函数,则因为ψs (t )=1sψts [],ψ^s(t )=1s ψ^(sω),所以ψ^s=12Δψ^,ψs =s Δψ,窗的面积仍为Δψs Δψ^s =Δψ^Δψ,但窗的长宽发生了变化。
第六章 基于小波变换的故障诊断方法
从上例中可知，虽然傅里叶变换能够将信号的时域 特征和频域特征联系起来，能分别从信号的时域和 频域进行观察，但却不能把两者有机地结合起来。
信号的时域波形中不包含任何频域信息；而其傅里叶 谱是信号的统计特性，从其表达式中也可以看出，它 是整个时间域内的积分，没有局部化分析信号的功能， 完全不具备时域信息。
f
s
(x)
1 s
f (u) ( x u )du
s
其中，*表示卷积。
因此，Wf(s，x)关于x的傅里叶变换可以表示为：
Wˆ f (s,) fˆ()ˆ (s)
连续小波变换的定义
由定义13可知，小波变换Wf（s，x）是尺度s与 空间位置x的函数。小波变换通过ψ(x)在尺度上 的伸缩和空间域（时域）上的平移来分析信号。
短时傅里叶变换定义如下：
Fg f (, )
1 f (t)g (t )eit dt 2
其中，f(t)是待分析的信号； 函数 g()是 g() 的复共轭函数； g(t)是固定的紧支集函数，称为窗口函数。
随着时间τ的变化，g(t)所确定的“时间窗”在t轴上移 动，使f(t)“逐渐”进行分析。
1992年，Daubechies的《小波10讲》系统论述 了正交小波的紧支性、正则性、对称性及时频特性， 介绍了离散小波变换和连续小波变换等。
到此，经典小波理论已基本成熟，1992年以后，在国 际上，重点转向小波的推广和应用。
在国内，由于对小波的研究起步较晚，20世纪90年 代以来，可以说小波的理论研究和应用研究几乎同时 开始。 1994年，形成国内的小波高潮。
定义8：
把希尔伯特空间（Hilbert space）中的可测的、 平方可积的两维函数构成的子空间记作：L2(R2)。
小波变换和自相关分析法在电力电缆故障测距中的应用
研究与开发年第期6小波变换和自相关分析法在电力电缆故障测距中的应用王建立张志利（第二炮兵工程学院兵器发射理论与技术国家重点学科实验室，西安710025）摘要在深入分析电力电缆故障测距特点的基础上，本文采用电感式脉冲反射电流冲闪法取得故障信号。
运用Daub4小波变换对原始故障信号进行分解、重构、消噪，得到分解后的高频信号和低频信号。
对低频信号应用自相关分析技术提供约束条件，得到粗略的脉冲时刻，再根据模极大值搜索法，逐层向高频信号进行搜索，达到放电脉冲与反射脉冲时刻精确定位，从而实现故障的自动精确测距。
仿真实验结果表明，此方法可取得较高的故障测距精度。
关键词：电力电缆；故障测距；脉冲电流法；小波变换；自相关分析The Application of Wavelet Transform and AutocorrelationAnalysis to Fault Location on Power C ableW ang Jianli Zhang Zhili（State Key Subject Lab of Weapon ’Launching Theory and Technology,the Second ArtilleryEngineering Institute,Xi ’an 710025）Abstr act Fault signal is obtained by using the inductance pulse electric current impulse methodon the base of analyzing the characteristic of power cable fault location.Daub4wavelet transform is used for disassembling 、reconstructing 、realizing wavelet de-noising for original fault signal to attain the high frequency signal and the low frequency signal.The autocorrelation analysis technique for restriction condition is used to get coarse time of the low frequency signal pulse arrival;then gradually search the high frequency signal on the base of Modulus maximum searching method to realize automatic and accurate fault location.The results of simulation show that this method can obtain high precision of fault location.Key words ：power cable ；fault location ；impulse current experimentation ；wavelet transform ；autocorrelation analysis1引言目前，行波法是电力电缆故障测距中广泛应用的方法。
(完整word版)基于行波测距法的配电网故障定位技术的研究
基于行波测距法的配电网故障定位技术的研究一、目的和意义随着我国工业的发展，电力网络规模逐渐加大，网络结构逐渐复杂，用户对供电稳定的要求也越来越高。
一方面，在系统正常运行时要防止故障的发生；另一方面，在故障发生后尽快进行故障定位，迅速排除故障，保证系统运行安全，将损失最小化。
现阶段我国10kV配电网大多数采用中性点非有效接地系统(中性点不接地或经消弧线圈接地)，其特点是单相接地故障时不会形成短路回路,故障线路流过电流为所有非故障线路对地电容电流之和，数值小，不必立刻切断线路，允许带故障运行一段时间。
但随着馈线的增多，电容电流增大，长时间运行就容易单相接地变成多点接地短路，弧光接地还会引起系统的过电压，损坏设备，破坏系统的安全运行，所以必须及时找到故障线路和故障地点。
然而，配电网故障定位一直是电力系统中亟待解决的难题。
这是由配电网络自身的特点决定的。
配电网络与输电网络相比有以下三大特点：(1)供电半径小。
较短的线路使得在输电网故障定位中应用广泛的经典阻抗法在配电网络中误差明显加大。
(2)末端随机负荷多。
这一特点使得阻抗法在配电网中无法精确定位。
(3)线路分支多。
从结构上来说，分支多本身给精确某个分支带来了困难从算法上来说，分支多所带来的信息就多，其中包含的真伪信息都多，混杂在一起，难于理清。
因而，配电网故障定位问题一直没有得到有效的解决。
国内大多仍然采用人工巡线的方法，由于配电网络分支复杂，又不可能同时派出大量巡线工人，所以故障发生后停电时间较长，自动化水平低。
如果能够找到一种合适的技术方法，能够在故障发生后迅速精确的定出故障位置，一方面节省了人力物力，另一方面也提高了系统运行的长期稳定性。
二、项目研究的背景国内外的研究现状1)阻抗法阻抗法以线路为均匀传输线为基础，当发生单相接地故障时，根据线路的电压、电流的数值计算故障回路的阻抗，再利用已知的线路单位阻抗获得故障点距测量点的距离。
应用阻抗法设备投资很少，易于工程实现，但受到路径阻抗、电源参数和线路负荷的影响很大。
电缆线路故障仿真与测距算法实现分析
电缆线路故障仿真与测距算法实现分析摘要：如果想要测试结果的精确度很高,就必须要能准确的知道故障行波的再传播过程中的时间及速度。
因为故障波的频率范围很宽,这样就导致不同频率的波形传播的熟读也不一样,这样就为我们准确定位增加了难度,所以现在的重点在于选取合适的频率区间来进行查找研究,但是如果频率选的太小传播的速度就很慢,若果选取的频率区间太高传播速度快了但是它的衰减量却增加了。
选取相对合适的频率区间,使得各频率分量在传播过程中区别又不大,这样就为故障查找的准确性做了不少贡献。
关键字：电缆；线路故障；仿真；测距算法1.单相接地故障仿真在电为系统中针对10kV-35kV之间的电力系统中,存在着多种多样的中性点接地方式巧,一般情况下分为不接地、通过小电阻接地、经消弧线圈接地、直接接地、等几种类型。
中性点的接地方式最主要的是影响到了故障暂态信息的传播,所以必须要对其进行仔细的研究。
如果中性点直接接地和经小电阻接地系统,故障暂态信息收到的影响不大,很直观。
因为产生的故障电流较大,在传播过程中很难消弱。
但中性点不接地系统及经消弧线圈接地系统的单相接地电流是比较小的,这样就要考虑其携带的故障暂态信息能不能有效的传播过来,或者说到达采集信号处时还能不能被识别这是日后研巧的主流。
2.故障点过渡电阻对行波的影响电绳线路发生故障时,故障点如果存在过渡电阻,它的大小也会影响行波的特征因此要进行仿真分析。
应用电力系统故障分析的叠加原理可知,故障分量和正常分量会叠加到故障情况中。
如图2-1所示,(a)、（b)、(c)分别为故障等值网络、正常情况和故障分量王个不同故障情况的电路图。
我们想要通过这个来研究巧渡电阻民的值的变化对故障电流的大小W及行波的影响。
为使研究能够直观有效,我们要对不同阻值的R,的故障波形进行仿真,这里选取电阻值分别为10Ω、50Ω和500Ω,波形图为2-2与图2-3所示,由图可以看出当R较小时,反射现象直观,故障信息很容易找到。
小波分析在输电线路故障检测中的应用
２ １年 ２月 ０１
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Ｖｏ． ２ Ｎｏ Ｉ３ ．１ Ｆｅ ｂ．２０ｌ １
Ｊ ｕ ａ ｆ ａ ｈ ｎ ｎ ｔ ｕ ｅ ｏ ａｅ ｏ ｓ ｒａ ｃ ｎ ｄ ｏ ｌｃ ｒ ｏ ｅ ｏ ｒ ｌｏ ｎ Ｎｏ ｈ Ｃ ｉａ Ｉ ｓ ｔ ｔ ｆ ｉ Ｗ ｔｒ Ｃ ｎ ｅｖ ｎ ｙ ａ ｄ Ｈｙ ｒｅｅ ｔｉ Ｐ ｗ ｒ ｃ
第３ ２卷 第 １ 期
王 爱 军 ， ： 小 波 分 析 在 输 电线 路 故 障 检 测 中 的 应 用 等
５ ５
窗 的面积 恒定 ， 形 状 可 变． 但 当尺 度 因子 ｎ增 大 时 ， （） ｆ 的时 窗变 宽 ， 应 地频 窗变 窄 ， 示 以伸展 了 相 表 的 （ ） ｔ 波形 去 观察 整 个 ｆ ｔ ， （ ） 时频 窗 往 低 频 移 动 ， 对应 于低 频分 析 ； 反之 ， 用小 波变 换 的窗 口具有 自 利
初始 行波信 号波 头可 检测 到故 障发生 的时 刻． 传统 Ｆ ｕｉ 变 换可 研究信 号 的奇 异 性情 况 ， ｏｒ ｒ ｅ 但 变换 只能 确定信 号 奇 异性 的整 体 性质 ， 而不 能 确 定 奇 异点 的具体 分 布 情况 ¨ ］ 小 波变 换 具 有 良好 的 ． 时频 局部 化特性 ， 过 伸 缩 平 移运 算 对 信 号逐 步 进 通
节， 这非 常适合 于 突变信 号和非 平稳 信号 的分析 ． 小
波 变换 用于奇 异性 检测不 仅能 够有 效地分 析 出信号
是 否具 有奇异性 ， 而且 还 可 以 检测 到 奇 异 点 的位 置 及 奇异 度 的大小 ． 因此 利 用 小 波分 析 法 进 行 信号 的 故 障检 测更具 完备 性 。 ．
基于小波变换的煤矿电缆行波故障测距的研究
年第期3基于小波变换的煤矿电缆行波故障测距的研究王晓丽1，2董爱华1（1.河南理工大学电气工程与自动化学院，河南焦作454150）（2.河南省煤炭技工学校，郑州451150）摘要矿井配电网是单端供电系统，其中性点不接地或通过消弧线圈接地，当出现单相接地故障时，由于故障电流微弱，故障点位置很难查找。
为解决这个问题，采用行波测距法通过检测故障点初始行波和故障点二次反射波分别到达母线检测点的时间来进行故障测距，该算法极大的提高了测距的可靠性。
仿真结果证实了该方法的有效性和可行性。
关键词：煤矿；电缆；行波；故障测距；小波变换Study of Traveling Wave Fault Location in Mine Power Cable Based on Wavelet Transfor mW ang Xia oli 1，2Dong A ihua 1(1.School of Electrical Engineering and Automation of HPU,Jiaozuo He ’nan 454150；2.The Coal Craft School of henan province,Zhengzhou 451150）Abstr act The mine distribution network is a one-terminal power network,when faults occur,fault current is weak,and it is very hard to locate the fault position.Inn order to solve the problem of fault location in mine power network,single-end traveling wave fault algorithm is presented ，which uses the time difference between initial fault traveling wave and reflected wave from the fault point that get to the detecting bus,this algorithm raises the dependability of the fault location.Simulation results confirmed the effectiveness and feasibility of the fault location method.Key words ：mine ；cable ；traveling wave ；fault location ；wavelet transform1引言煤矿配电网运行方式一般采用中性点非有效接地方式，为中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统，发生单相接地故障时电流较小，一旦发生故障，寻找起来十分困难[1]，往往要花大量的人力和物力，所以能够迅速而准确地切除故障线路并能确定线路故障点所在位置是十分必要的，它可以减轻巡线负担，加快线路恢复供电，减少因停电造成的综合经济损失，提高煤矿安全，具有重大的意义。
电缆故障测试信号的小波去噪问题探讨
电缆故障测试信号的小波去噪问题探讨摘要电缆测距过程中受到噪声信号的干扰,存在波形失真和噪声干扰的问题,为了提高测距的精度和便于判断波形,必须有效地消除噪声信号,保留真实信号。
利用小波分析理论在消噪方面的优势,引入小波消噪方法,达到很好的消噪效果。
关键词电缆故障;测试信号;小波去噪;算法改进由于不经处理的原始测试信号容易畸变,现场测试人员很难通过此信号判断出故障距离。
所以,各电缆故障测试仪的厂家在仪器里都有对信号进行处理,使得有用的信号得以保留,无用的信号得以屏蔽,最后得到的波形尽量与典型波形接近,便于测试人员判断。
小波分析作为一种新型的时频分析方法,由于其具有良好的时频局部性,并且具有Mallat快速算法,因此受到了越来越多的关注。
运用小波进行一维信号消噪处理是小波分析的一个重要应用之一,小波变换可以同时进行时频分析,具有时频局部化和变分辨率特性,因此特别适合于处理非平稳信号。
由于信号和噪声的模极大值在小波变换下呈现出的不同的变换趋势,因此小波去噪是基于模极大值原理的。
Mallat利用奇异信号和随机噪声在小波变换各尺度空间中模极大值的不同传播特性,提出了基于模极大值的小波消噪方法,该方法经过对模极大值的处理之后,存在一个由模极大值重构小波系数的问题,计算比较复杂。
另外一种比较简单的方法是对各个尺度上的小波系数进行重新整定,然后进行小波重构。
1小波消噪方法的改进探讨1.1软阈值消噪法的基本原理对于信号f(t)L2(R),如果在t0附近满足(1)(k为正常数),则称α是f(t)在t。
处的李氏指数,它是表示信号奇异性的一个数字特征。
如果信号变化越平滑,李氏指数α就越大。
如果信号的李氏指数α>0,则该信号的小波变换系数模极大值随着尺度的增大而增大,如果α0,小波变换系数模极大值随着尺度的增大而增大。
小波系数经过这样处理后就可以认为经过处理的小波系数是由信号引起的,对处理后的小波进行重构就可以得到消噪后的信号,具体过程如下:1)对含有噪声的信号进行二进小波分解,得到各尺度的小波系数;2)取,对小波系数进行如下处理:3)经过处理后的系数进行重构得到去噪声后的信号。
基于在线小波变换的三端输电线故障定位方法
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第３ ５卷 第 ３期
２ ０ １
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Ｖｏ １ ． ３ ５ Ｎｏ ． ３
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基 于在 线小 波变 换 的 三端 输 电线 故 障定 位 方 法
梁 捷 ， 覃 昊
ｆ ｏ ｒ ｍ． Ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ａ ｎ ｔ ｉ ｍ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｏ ｆ ３ ５ ｋ Ｖ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ｈ ｏ ｗ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｏ ｊ ｕ ｄ ｇ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ —
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基于小波理论的电力系统故障分析研究
基于小波理论的电力系统故障分析研究【摘要】本文介绍了小波变换的基本原理，通过检测奇异性，采用Harr小波变换对电力系统故障信号进行分析判断。
仿真结果表明，小波变换能够很好地消除电力系统故障信号噪声，并准确检测出故障点。
【关键词】小波变换；奇异性；Harr小波；故障检测0 引言电力系统发生故障后，电流、电压、功率等各电气量将发生剧烈变化，这些电气量中含有大量非工频暂态分量。
它们属于非平稳的随机信号，蕴涵着丰富的故障信息。
传统电力系统动、暂态信号的分析均是采用基于傅里叶变换的频域分析法，为了克服信号的非平稳性，需用平滑时间窗对信号分段截取。
虽然用窗口截取了信号，但是窗口傅氏变换对不同的频率成分，在时域上取样步长却是相同的，对不同的频率成分不能调节。
另外，在截取信号中若有突变，短时傅氏变换则将失效。
为了解决这些问题，数学家和信号处理工程师们共同建立了一种新的分析方法—小波分析方法。
作为一种尝试，本文将小波分析方法引入到电力系统故障信号的分析和数据处理上，得到了较好的结果[1-2]。
本文从研究小波理论出发，探讨了小波分析在电力系统故障信号中的应用，仿真结果验证了通过选择合适的小波函数，可以有效检测故障信号。
1小波分析理论函数ψ（ｘ）被称为基本小波,则它满足：若选用合适的小波基，小波变换的模极大值点与信号的奇异点一一对应，模极大值点的位置对应信号的奇异点跳变的边缘，模极大值的极性指示信号跳变的方向，模极大值的幅度指示信号跳变的强度。
小波变换是将信号与一个时域和频域均具有局部化性质的平移伸缩小波基函数进行卷积，将信号分解成位于不同频带-时段上的各个成分。
2 电力系统故障点检测2.1 奇异性检测在电力系统中影响供电质量主要有4种情况，即电压突降、电压突升、瞬间间断、瞬间振荡。
这些现象都表现为电压信号的突变，可通过小波分析对信号的奇异性检测来找出故障或扰动信号发生的起始点和终止点。
当小波函数可看作某一平滑函数的一阶函数时，信号小波变换模的局部极值点对应于信号的突变点；当小波函数可看作某一平滑函数的一阶函数时，信号小波变换的过零点对应于信号的突变点。
基于小波模极大值理论的HVDC输电线路行波故障定位方法的研究
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文 章 编 号 ： １０ ．８ ７２ ０ ） １ ０ ３０ ０ ３４ ９ （０ ７０ － １障测 距原 理 因其测 距精 度 高 、
适 用 范 围广 ，一 直 为 国 内 外 继 电保 护科 研 工 作 者 所 关 注 “ 。 目前 ， 世 界 上 广 泛 采 用 行 波 保 护 （ｒｖ ｌ ｇＷａ ｅＰｏｅ ｔ ｎ 作 为高 压直流 线 路保 护 Ｔ ａ ｅ ｎ ｖ ｒｔ ｉ ） ｉ ｃｏ 的主保 护 ，它是 利用 故 障瞬 间所传 递 的 电流 、电压 行 波 来构 成超 高速 的线路 保 护 。当直流 线路 发 生故 障 时， 从故 障 点 到两 端换 流 站会 分 别反 射 不 同 的故 障 电压 、 电流行 波 ， 据此 可 以检测 出故障 。 高 压 直 流 线 路 保 护 同 时 也 采 用 低 电 压 保 护 （ｏ Ｌ ｗＶｏｔｇ Ｐ ｏｅｔ ｎ 、斜 率保护 （ ｒ ａ ｖ ｄ ｌ ｅ ｒｔｃ ｏ ） ａ ｉ Ｄｅｉ ｔ ｅ ｎ ｖｉ ａ
小波变换用于故障定位的原理
小波变换用于故障定位的原理介绍
电力系统中的故障有四种情况：三相接地短路、两相接地短路、单相接地短路以及两相相间短路。
考察的对象就是系统的三相电流。
该电流在故障发生时将经历一个复杂的由暂态至稳态的过渡过程，我们这里只关心暂态过程，因为暂态电流特征中含有丰富的故障信息可以提取，可以最短的时间判断故障的发生，克服稳态故障定位方法的不足。
小波变换适合于探测暂态突变信号，能对具有奇异性、瞬时性的故障暂态电流信号进行更准确的检测。
根据小波变换的模极大值理论可知, 出现故障或噪声会导致信号奇异, 而小波变换的模极大值点对应着采样数据的奇异点, 由于噪声的模极大值随着尺度的增加而衰减, 所以经过适当的尺度分解后可忽略噪声干扰而得到较理想的暂态短路信号，用于故障定位。
输电线路故障行波仿真及故障定位研究讲解
Secondly,this studyisbasedonPSCADHVDCtransmission line faulttraveling wavesimulation.Single-stagehigh-voltagedirect current transmissionsystemas the research object,thecontrol variableanalysisofwaveform characteristicsofitsfailurepoint of failure, andtransmission line faulttraveling waveis simulated and analyzed.
（2）线路两端的系统阻抗。有些定位算法要用到线路两端的系统阻抗，由于系统的运行方式是变化的，当给定的系统阻抗与实际不一致时，就会给这类定位算法带来误差。
（3）故障点的过渡电阻。某些定位算法会受到故障点的过渡电阻的影响，如很多利用单端电气量进行故障定位的算法，定位误差会随着故障过渡电阻的增大而增大，当过渡电阻大到一定程度后，其定位误差甚至会达到让人无法接收。
为提高故障定位的准确性，一般应从以下几个方面考虑：
（1）定位装置本身的误差。主要包括由硬件以及软件两方面引起的误差。硬件方面主要有：电压、电流互感器的精度、装置的采样频率、模数转化器的精度、字长等等。如CT在电流过大时会出现饱和，会使测得的波形畸变，干扰定位结果。电容式电压互感器传变高频分量能力较差，这就会影响某些利用故障高频分量进行定位的算法的工作。有些定位算法需要很高的采样频率，如果装置的采样频率达不到要求也会结果有较大误差。软件方面主要是软件中的数学模型、定位算法原理等引起的误差。
基于小波理论的输电线路故障信号检测的研究
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ａｆ ｒａ ｔ ｎ ｍｉｓ ｎ ｌ ｅ ｆｕｔｏ ｃ ｒ 。 ｓｔ ｖ ｌ ｇｗａ ｅｉ ａ ｍｕａｉｎ ｌａ ｄ ｓｎ ｕａ ｉｎ １ Ｗ ａ ｅｅ ｎ ｌｓｓ ｓ ｒ ｃ ： ｔ ｒ ｓ ｓｉ ｉ ａ ｌ ｃ ｕ ｓ ｉ ｒ ｅｉ ｖ ｓ ｔｔ ａ ｎ ｉｇ ｌｒｓｇ ａ． ｖ ｌｔ ａｙ ｉ ｅ ａ ｏ ｎ ｔ ａ ｎ ｏ ａ
Ｍ Ａ Ａｉｐ ｎ — ｉｇ
（ ｕｏ ｔ ｎａｄＥｅｔｃｌ ｎｉｅｒ ｇＣ ｌ ｇ ，ａｚｏ ｉｏ ｎ ｎｖｒｉ ，ａｚｏ ３０ ０，ｈｎ ） Ａ ｔ ｉ ｎ ｌｃｒ ａ Ｅ ｇ ｅｉ ｏｅｅ ＬｎｈｕＪ ｔ ｇＵ ｉ ｓｙ Ｌ ｎｈｕ７ ０７ Ｃ ｉａ ｍａ ｏ ｉ ｎ ｎ ｌ ａｏ ｅ ｔ
的 突变点位 置越精 确 。其 衰减速 度取 决 于信 号 的 突 变点的 Ｌｐｃｉ ｉｓｈｔ ｚ指数 。小波 变换不仅 可以确 定 突变位 点发 生 的 时间 ， 而且 可 以进 一步判 断 突变点 的性质 。主要 通过 检测 小波 变换 模极 大值 来找 到信 号 的奇异 点 ， 而确定 信 从
ｈａ ｏ ｓｏ ｓ ｆ ｒ ｐ ｒｉｓ Ｔｈ ｔｔｏ ａ ｉｎａ ａ ｅ ｏｖ ｄ ｉ ｌｉ ｌ — ｉ ｎ ｉｎ ｄ ｂ ｒ ｅｔｅ ｆｗａ ｅｅ ｌｉ ｓ ｌｔ ｆｕ ｅｕｌｐ ｏ ｅ ｔｅ ． ｅ ｍｕａ ｉｎ ｌｓｇ ｌｃ ｎ ｂｅｒ ｓ ｌｅ ｎ ｍｕ ｔｐ ｅ ｄ ｍｅ ｓｏ ｅ ｙ ｐ ｏ ｒｉｓｏ ｖ ｌｔｍｕ ｔ— ｐ ｅ ｒ ｓ ｌ ｔ ｎ ｒ ｔ ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｎ ｅ ｍｕ ａｉｎａ ｓｔｏ ｆｔ ｅ ｍｕ ａｉ ｎ ｌｓｇ ａ ｙ ｒ ｓ ｌ ｅ ｉｎａ ． ｉ ｓ ｈｉ ｎ ｅ ｓ ｌ ｅ ｏ ｕ ｉ ａ ｉ ｎ ｈ ｎ ｄ ｆ ｅ ｔ ｔｔｏ ｌｐｏ ｉｉｎ ｏ ｈ ｔｔｏ ａ ｉ ｎ ｌｂ ｅ ｏｖ ｄ ｓｇ １ Ｌ ｐ ｃ ｔ ｉ ｄ ｘ ｉ ｏ ｏ， ｉ ｈ ｚ
行波故障定位
当要求在时间轴上作细致分析时,在频域上就相当于用高频小 波作细致观察;而在时间轴上大范围观察时,在频域上就相当 于用低频小波作概貌观察。该特点正好符合故障点检测工作 需要
2.故障定位方法
• 故障分析法：根据故障时电压、电流录 波图估算故障距离。 • 阻抗法：通过测量阻抗来计算故障距离。 • 行波法：通过测量电压、电流行波在线 路上传播的时间，计算故障距离。
2.故障定位方法
2.1阻抗测距原理
阻抗法：通过测量阻抗来计算故障距离
根据在母线处测量到的阻抗（电 抗）值计算故障距离 Zm = Vm/Im = Rm + jLm = x.R0 + x.L0 x----故障距离 R0,L0----单位长度电阻、电抗 值
仿真总结：通过小波变换使波形出现模极大值，这样故障点的定位就更加容易 和精确。然后就通过计算公式或者软件就能得到故障距离。
定位方法总结：
• 单端法优点：只需要在线路一端安装装置，投资
少；缺点：波形分析困难，可靠性差 • 双端法优点：可靠性高，测距准确；缺点：需要 在线路 两端安装装置及通信配合。 • 利用重合闸信号的方法适用于测量永久短路及断 线故障
• 实际应用中，各种方法配合使用，确保测距可靠 性及精度。
5.仿真波形及总结
S
F
R XC-21 PC
通讯口 网络 通讯口
XC-21 PC
通讯口
S
电话网/广域网
PC 主 站
PC主站
故障定位技术和远程通信技术的结合成为智能电网不 可或缺一部分。
基于小波变换的电力线路故障行波测距
估量 的停 电损 失。 电力线 路故障的检测与准确 定位 ，能 够缩 短故 障修复时 间，提高供 电可靠性 ，减少停 电损失。 电力线 路故 障检 测装置 的具有 显著的 经济与社 会效益 。
２ 电力系统故 障概述
电力 系统 是 由生产 、输送 、分 配和消费 电能的发 电
机 、变 压 器 、 电力 线 路 和 电力 用 户 组 成 的 整 体 ， 是 将 一
收 稿 日期 ： ５ １ —０ ２０ — １ ０ ２
走 向 ，找 出故 障点 的大 体 方位 来 ，在一 个很 小 的范 围
维普资讯
仪 器 仪 表 与检 测 技 术
ｌ ｓ ｒ ｎ ｅｎ ａ ｉ ｎｄ Ｍｅ ｕ ｅ １ ｎ ｎ ｔｕ １ ｔ ｔ Ｏｎ ａ ａｓ ｒ ｎ ｅ ｔ
关键词：故障测距 ；小波变换 ；行波 ；Ｆ ＧＡ Ｐ 中图分类 号：Ｔ １ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１０ — ２ １２ ０ ）７ ０ ５ — ３ Ｍ７ ｌ ０ ３ ７４ （０ ６０ — ０ ４ ０
Ｆ ｕｔ ｏ ａｉａｉｎｆ ｒ ｏ ｒ ｙ ｔ ｍｓＢ ｓ ｄｏ ａ ｅｅ ｒ ｎ ｆ ｒ ａ ｌＬ ｃ ｌ ｔ ｗｅ ｓｅ ａ ｅ ｎＷ ｖ ｌｔ ａ ｓｏ ｍ ｚ ｏ ｏ Ｐ Ｓ Ｔ
海 涛 ． 高 翔 ． 骆武 宁 ． 徐 嫣
（ 西大 学 广 电气 工程 学 院 ，广 西 南 宁 ５ ０ ０ ） ３ ０ ４
摘
要 ：全文分析了电力 电缆故障定点的重要性 ，概述 目前电力电缆故障的检测方法。通过分析小波变换性质 ，给出了一种基于小 波变换的行波测距方法 。并提 出了一种应用 ＸＣ Ｓ ０ Ｆ ＧＡ及 Ａ ｍｅ ａ ６ ３ ２０ Ｐ ｔ ｇ １ 单片机的解决方 案。
Ｉ ＡＩＴ ｏ Ｇ ＡＯ ａ ， Ｉ ａ ， Ｘｉ ｎｇ ＬＵＯ ｕ ｎ ｎ ， Ｗ — ｉ ｇ ＸＵ ｎ Ｙａ
基于小波分析的电缆故障行波测距
电缆发生故障后 ，脉冲在 故障点即波 阻抗变 化点会 发生反射。我 们 定义反射系数 Ｐ，正向电压波 ｕ ，反射电压波 Ｕ， 正常电缆波阻抗 ｚ， 故障点等效 波阻抗 ｚ ，则
Ｚ，一 Ｚ ，
ｒ
（ ２）
显然 ，根据 公 式 （ ２）对 于不 同 的故 障类 型 ，ｚ 会 有不 同 的 值 ， 反射 系 数 Ｐ也会 发生 变 化 。
，
， ， （＝ 』， （ （ ） ・ ｆ｝ 旱 ＝ ） ５ ）
Ｉ＝ （ ｆ ） ・ ｆ ， ｘ ）
如果小波基 函数 ｌ （ ） Ｉ ｔ 是平 滑函数 ０（ ） ， ｔ 的一阶导数 ，即
Ｏ＝ ｏ） ） ａ ￣／ ，则 函数 ｆ ｔ 的小波变换 为 ， （）
，
ｆ ｆ （＝ ・ ） ・ ｆ ，Ｉ ： ）
Ｌ Ｖ × ／ ２ ＝ ＸＴ／ （ １）
ｈ （） ｆ （） ｆ ＝ ｆ ・ｇ（） ｆ（） ｆ ｆ＝ ｆ ・ｇ （）
（） ４
若将 函数 ｆ ｔ 看作是信号 ，ｇ ｔ 看作是滤波器，那么信号的导数 （） （） 与滤波器 的卷积 结果可 以看成是 滤波器导数 与信 号的卷积 。例如 ，如 果选 ｇ ｔ 为高斯 函数 ，则利用ａ ａ ｒ小 波 ，因此 ，小波变换 的极值 点与信号 的 ｆ ｔ 的突变点具有对应的关系， （） 利用 小波 变换可 以检测 突变信号 。 为 了数学 上 的方 便 ，常采 用 卷积 形 式定 义 小波 变换 ，
ｆ（） ｇ（） 卷 积 ，即 ｔ和 ｔ的
由此可 见，小波变换 ｗ ｓ ） ｆ（ ，ｔ 是函数 ｆ ｔ 在尺度 ｓ下 由 ０（ ） （） ｔ 平 滑后再取一阶导数 当 ｓ较小时 ，用 ０ （） ｆ（） ｔ 对 ｔ 平滑 的结果对的突 变部分的位 置和形态影响不大；当 ｓ 大时，则此平滑过程会将 ｆ ｔ 较 （） 的一些细小的突变削去 ，而只剩下大尺 寸的突变 。由此可 知，当小波 函数看作某一平滑 函数 的一阶导数 时，信号小波变换模 的局部极值点 对 应 信 号 的突 变点 。 在信号 处理中，噪声是普遍存在 的，噪声的奇异性增 加了辨 别信 号的奇 异点的复杂性。为此我们 引入 １ ｐ ｃ ｉ ｚ指数 ａ ｉ ｓｈ ｔ ，它是用来描 述 函数局部 奇异性 的… 。当 ａ ＞０时 ，其 小波交换 的模极 大值随尺度 的增大 而增 大；当 ａ ０时 ，其 小波变 换的模极 大值 随尺度的增大而减 ＜ 小：当 ａ ０时 （ ＝ 也就是 阶跃情 况） ，其 小波变换的模极大值将不 随尺度 改变 。可以证 明反射波 中噪声信号的 ｌ ｐ ｃ ｉ ｚ指数 ａ是 负的，而反 ｉ ｓｈ ｔ 射波 中的有用信号 是脉冲 信号衰减后 的信号 ，其 ｌ ｐ ｃ ｉ ｚ指数 ａ是 ｉ ｓｈ ｔ 正的，因此我们可 以在不 同尺度 下，观察 到信号和噪声 小波变 换的模 极 大值 的 不 同变 化 ，找 到信 号 的突 变 点 。 四 、 Ｍ ＡＴＬＡＢ 仿 真 在这里我们采用 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ软件进 行仿真 实验，对含有奇异 点的脉 冲 信 号 ，加 入 噪 声 干 扰 。采 用 Ｉ ａ ｔ ｒ小 波 进 行 连 续 小 波 变 换 【 ，再 对 ａ ４ ｌ Ｊ 小波 交换 系数 进行 分析 处 理 ，以便 确定 奇异 点的所 在 的时刻 。 图 ２所 示 的 就 是 对 信 号进 行 连 续 小波 变 换 后 ，相 应 系 数 绝 对 值 的 图像 图 （ ）是 高信 噪比信号小波变换 系数的 图像 ，图 （ ）是低信 ａ ｂ 噪比信号小波变换系数的图像。从 图 （ ）我们可 以很明显 的 ｎ看到两 ａ 个倒锥形区域 ，这就是奇异 点的位置 ，分别位于 ２ ０点和 ３ Ｏ点附近 。 Ｏ Ｏ 而图 （ ）由于信号信噪比过高，使得我们不能从图上直接看出奇异点的 ｂ 位置 。下面我们通过对小波变换系数进行处理，得到奇异点所在 的时刻 。 首先我们 对 （ ）图的系数进 行处理 ，假设 孵 （ ，ｎ 是小波变换 ａ ｓ ） 系数，其中 ｓ 代表分解层 次，ｎ 代表采 样点时刻 ，Ｎ代表总采样点数 ， 算法如 下：
基于小波变换和自相关分析的电缆故障测距
关键词 故障测距
电力 电缆
冲 闪法
小 波变换
自相关分析
中图法分类 号 Ｔ ７ ４ １ Ｍ ６． ；
文献标 志码
Ａ
在 电力系统 的运行 当中 ， 电缆 的安全 运行对 电力 于电力系统的可靠性起着重要 的作用 。电力 电缆发生 故 障时 ， 其故障信号包含 了具有突 出特征 的实时信号 ， 若能准确地提取这些特征信号加以分析对故障及时检 测及排除有着重要 的作用。运用小 波分 析及 自相关分 析方法对故障信号进行重构 、 去噪最后得到奇异点 ， 快 速得到故障点的准确位置 ， 及时排除故 障 。 Ｊ
第 １卷 ０
第３期 ｌ
２１ ０ ０年 １ １月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ． ０ Ｎｏ ３ Ｎ ｖ ２ ｌ １１ ． １ ｏ．Ｏ ０
１７ — １ １ ｆ０ ０ ３ —６ ８０ ６ １ ８５ ２ １ ） １７ ４ —４
Ｓｉ ｃ ｅｈ ｏ ｇ ｎ ｎ ｎ ｅ ｎ ｃ ｎｅＴ ｃｎｌ ｙａｄＥ ￣ ｅｆ ｇ ｅ ｏ ｉ
１ ２ 小 波变 换奇异 检测 理论 ．
３ ２ 信 号 的 自相关 分析 ．
使用 电流冲闪发得到的故障信号厂（） ｆ经过小
波变 换去 噪后得 到 了信号 ｔ ， 信 号 做 ｔ ）对 ）自相 关 分析 ， 可得 到 自相 关 函数 辟（ ） ｒ 。对 于 ｔ ， ） 取其
在 尺度 ０下 ， ｔ 的某一邻 域 ６内 ， 在 。 对一 切 ｔ 有
斜率大于或等于 ± 的点作为其第一个脉冲的起始 １
点 和结束 点 ， 而采 用 自相关 分 析 的 方法 找 到对 应 进
的时刻 。 ３ ３ 电脉 冲与 反射脉 冲 的定位 ．
基于小波变换的高压电缆故障探测技术研究
合肥
２０ ０ ） ３ ６ １
【 摘 要】 本文研 究了基 于小波 变换的 高压 电力电缆故 障探测技 术， 阐述 了电力电缆 故障探 测理论 ， 出了小波变换在高压电力电缆故障 给 探 测 中的 实 现 方 法 。该 研 究 在 电 力 系统 中 具有 较 高的 工 程 应 用 价值 ， 高压 电缆 故 障探 测 中具 有 广 阔 的前 景 。 在 【 关键词¨、 波变换 ； 故障探测 ； 高压电缆； 行波 法 【 ｓｒｃ］ｈｓｐｐ ｒ ａ ｅｎｓ ｄｅ ａｌ ｄｔｃｉｎｏ ｇ — ｏ ａｅｐｗｅ ａｌ ａｅ ｎｗ ｖｌｔｒｎｆｒ３Ｉ ｅｐａ ａｉ ａｌｄ ｔ ｔ ｎ Ａｂｔａ ｔＴ ｉ ａｅ ｓｂｅ ｔ ｉ Ｆｕｔ ｅｅｔ ｆ ｈ ｖｌ ｇ ｏ ｒｃｂｅｂ ｓｄｏ ａｅ ａ ｓ ｎ ｔ ｘｌｎｔ ｎ Ｆｕｔ ｅｅ ｉ ｈ ｕ ｄ ｏ Ｈｉ ｔ ｅｔ ｏ ， ｏ ｃｏ
ａｈｅ ｅ ｈ ｉｈ ｖ ｌｅｉ ｒｃｉａ ｐ ｌｃｔｏ ｆｐ ｗｅ ｙ ｔｍ， ｔｈ ｓａｂｉｈ ｕｕ ｅｉ ａ ｔ ｔｃｉｎ ｓｓｅ ｏ ｉｈ ｖ ｌａ ｅｃ ｂｅ ｃ ｉｖ ｓｔ ｅｈｇ ａｕ ｎ ｐａ ｔｃ ｌａ ｐｉａｉｎ ｏ ｏ ｒｓ ｓｅ Ｉ ａ ｒｇ ｔｆｔｒ ｎ ｆｕｌｄｅｅ ｔｏ ｙｔｍ ｆｈ ｇ － ｏｔｇ ａ ｌ．
ｔ ｅ ｒ ｏ ｇ ｖ ｌ ｇ ｐ ｗｅ ａ ｌ ，ｇｖ ｎ ｔ ｅ ａ ｌ ｅｅ ｔｏ ｔ ｏ ｓ ｏ ｇ ｖ ｌ ｇ ｏ ｒ ｃ ｂ ｅ ｂ ｓ ｄ ｎ Ｗ ａ ｅ ｅ ｒ ｎ ｆ ｒ ｈ ｏ ｙ ｆ Ｈｉｈ— ｏ ｔ ｅ ｏ ｒ ｃ ｂ ｅ ｉ ｅ ｈ Ｆ ｕ ｔ ｄ ｔ ｃ ｉｎ Ｍｅ ｈ ｄ ｆ Ｈｉｈ— ｏｔ ｅ ｐ ｗｅ ａ ｌ ａ ｅ ｏ ａ ａ ｖ ｌ ｔ ｔａ ｓｏ ｍ，Ｔｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｅ ｒｓ ａｃ
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个模极大值之间的时间差作为故障行波往返的时
间。
设电缆中的行波速度为150m/μs，电缆的
特性阻抗为30Ω，可推得电缆的等效分布参数
L0=0.2μH，C0=0.2222nF。考虑到电缆线路损
耗，取R =32.568μΩ，G =8.1325pS。另外由
0
0
于采样频率为100MHz，因此设仿真输出步长为
0.01μs。
= 199.5
ìs ± 仿真结果表明：在仿真数据输出步长为0.01 的条件下，故障定位误差可以控制在 2% 以内。
七、结语
根据行波测距装置的工作原理建立了电力电
缆故障仿真模型，得到了电缆故障击穿和未击穿
是的特征波形，与理论分析结果较为吻合。
利用小波分析在时频局部特性，研制出了
基于小波奇异性检测原理的电缆故障定位技术，
然后用小波分析方法对加入白噪声的信号进行消
噪处理。仿真发现，用小波进行信号的消噪可以
很好地保存有用信号中的尖峰和突变部分。若使
用傅立叶分析进行滤波，由于信号集中在低频部
分，噪声分布在高频部分，所以，可用低通滤波
器进行滤波，但是，它不能将有用信号的高频部
分和由噪声引起的高频干扰加以有效地区分。若
低通滤波器太窄，则在滤波后，信号中仍存在大
射造成的。波形上第二个负脉冲与第三个负脉冲
之间的时间差 ∆t = 2τ 对应于电流脉冲在故
障点与测量点之间往返一次所需的时间，可用来
计算故障点与测量点间的距离。
不把电容对电缆的放电脉冲与故障点放电脉
冲的时间差，即波形上第一个与第二个负脉冲之
间的时间，作为脉冲在故障点与测量点往返一次
2τ 的时间 2τ ，是因为它比 多出了放电延时时 t t 间的电d压，、而故障d 点是破不坏确程定度的、，电它缆与绝施缘加材到料故等障因点上素
性检测更具完备性[4][5]。它在信号奇异性检测方
面的应用为电力电缆故障自动测距提供了有效的
工具。
在利用小波分析这种局部奇异性时，小波
x 系数取决于 f (x) 在 0 点的邻域内的特性及小
波变换所选取的尺度。在小波变换中，局部奇异
性 可 定 义 为 ： 设 f (x) ∈ L2 (R) ， 若 f (x) 对 ，小波ψ (x) 是满足连续可微的紧支
从仿真结果可以看出，应用这种方法进行故障测
距，误差可在±2%以内。这表明该技术完全可以
满足工程实践的需要。
该技术与以往的技术相比较，具有定位结果
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基本不受操作技术人员操作水平影响的优点。
参考文献： [1]李明华，闫春江，严璋. 高压电缆故障测距及 定位方法[J]. 高压电器，2002，38(6)：38-40 [2]熊元新,刘兵.基于行波的电力电缆故障测距方 法[J] 高电压技术,2002,28(1):8~11 [3]唐忠,廖代发, 陈永炜.基于馈路终端单元的 XLPE电缆局部放电在线检测研究[J] 上海电力学 院学报,2008,24(4):365~368 [3]Mallat. S, Hwang. W L. Singularity Detection and Processing with Wavelets[J]. IEEE Trans on Information Theory, 1992, 38(2): 617-643. [4]张正团,文锋,徐丙垠.基于小波分析的电缆 故障测距[J].电力系统自动化, 2003, 27(1): 49-52. [5]李骏，范春菊.基于小波分析的电力电缆行波 故障测距[J].继电器, 2005, 33(14): 15-18.
量的噪声，若低通滤波器太宽，则将一部分有用
信号当作噪声而滤掉了。因此，小波分析对非平
稳信号消噪有着傅里叶分析不可比拟的优点。
五、信号奇异性的检测
行波测距法就是通过测量行波在测量点与
故障点之间往返所需要的时间，来推算出故障距
离，而其关键的技术就是检测故障行波波头对应
的奇变点的位置，奇变点检测准确与否，直接关
地故障，R4阻值变得很小。
故障点直接击穿的脉冲电流仿真波形有几个
脉冲组成，其中波形的第一个脉冲是球间隙击穿
时电容对电缆放电引起的，第二个脉冲则是由故
障点传来的故障点放电电流脉冲以及在测量点反
射脉冲迭加的结果，幅值是故障点放电电流脉冲
的两倍，(考虑传播损耗，实际值要小)，以后的
脉冲则是电流行波在故障点与测量点之间来回反
εr——电缆芯线周围介质的相对介电系数。 当行波在电缆中运动到阻抗不匹配点时，会
产生全部或部分反射，出现行波回送现象。
（二）故障点未击穿时的仿真波形
当球间隙放电后，即被电弧短路，储能电
容相当于直流电源，并对高频行波信号呈短路状
态，电流波反射系数 ρi = +1 ；而电缆远端开 端路产，生电正流的波全反反射射系，数运ρi动= 到−1远。端这后样，行又波被在倒测相量反
L=200m，因此行波往返一次所需的时间为
∆t = 2L / v =2×200/150×106=2.6667
ìs ìs 仿真得到的时间差为2.6671 ，与理论计
今日科苑 134
2009·9
算值较为一致。
（三）故障点直接击穿时的仿真波形
当故障点直接击穿时，故障电阻R4将电缆分
为T3和T4两部分。当故障点击穿时，发生短路接
高频部分将信号的奇变点较为明显的现实出来。
因为突变的信号主要包含的是高频部分，因此突
变点的时域定位主要是在这两层中判断。在突变
处其小波变换后的系数具有模极大值，因而可以
很容易通过对模极大值点的检测来确定故障行波
往返所需要的时间。
六、故障行波往返时间的确定
由于第一个模极大值与第二个模极大值之间
的时间差包含着放电延时，所以取第二个与第三
极
值
，则称 点[6]。可见，
在0
为小波 信号的
奇异点处小波系数具有模极大值。
由于故障信号为正则性较差的脉冲信号，根
据正则性系数相似性原则，因此本章选取db1小
波基进行分析。
使用它来对消噪后的信号进行多尺度分析，
分解到第三层，然后对各层系数进行重构，进行
多尺度分析后发现，第一层(d1)和第二层(d2)的
系到测距的准确程度。Fourier变换是研究信号
奇异性的基本工具，但它只能确定信号是否具有
奇异性和奇异性的强弱，而不能确定奇异点的分
布情况及奇异点的位置。小波变换在时域和频域
同时具有良好的局部化特性，它不仅能检测信号
奇异性的强弱，而且能表示奇异点的分布情况及
奇异点的位置，因此用小波变换进行信号的奇异
关键词：电力电缆; 小波; 奇异性检测 一、引言 电力电缆经过敷设和长时间的运行使用，就 可能发生故障，影响电力网的安全运行。因此必 须及时准确的判断故障点，消除故障，减少因停 电而造成的损失。由于行波法具有探测速度快、 精度高、适用性强等优点，因此该类型的电缆故 障测距装置得到了广泛的应用。行波法又可分为 脉冲电压法和脉冲电流法，是测量行波在测量点 与故障点之间往返所需要的时间来推算出故障距 离[1]。本文采用行波法中的脉冲电流法对电缆故 障测距装置进行了设计，对故障波形进行仿真分 析，将小波奇异性检测原理应用于电缆故障定位 技术中，并利用计算机仿真技术对该技术进行验 证。 二、行波故障定位的基本原理 脉冲电流法是将电缆故障点用高电压击穿， 采用线性电流耦合器采集电缆中的电流行波信 号，通过分析判断电流行波信号在测量端与故障 点往返一次的时间来计算故障距离[2]。本文采用 了脉冲电流法中的冲闪法对故障测距装置进行了 设计，它适用于测量高阻及闪络性故障，其中一 个重要优点是不必将高阻与闪络性故障烧穿， 直接利用故障击穿产生的瞬间脉冲信号.该方法 测试速度快，测量过程较为简单.首先通过调压 器调节升压变压器的输入电压对电容C充电，当 电容上的电压足够高时，球间隙G击穿，电容C对 电缆放电，使故障点击穿。线性电流耦合器L放 置在储能电容C接电缆外皮的接地引线旁。线性 电流耦合器采用罗戈夫斯基线圈结构[3]。其一次 侧为电容C的接地引线，二次侧为罗戈夫斯基线 圈。根据电磁感应定律，可得罗戈夫斯基线圈输 出端的感应电压为
设在距电缆首端200米处发生单相接地故
障，线性电流互感器的输出信号经小波消噪后，
采用db1小波对其进行3层分解，并在尺度20上对
高频小波系数重构。根据重构得到的信号即可算
出，∆t = (ìs639 − 373) × 0.01µs = 2.66
因此故障距离为
S
=
1 2
v0
⋅ ∆t
=
1 150× 2
2m.66µs
射回来……，电流行波将如此来回反射，直到能
量全部消耗掉。
根据DSO2100U的采样频率，设数据的输
ìs 出 步 长 为 0 . 0 1 。 取 电 缆 中 的 行 波 速 度
v = 1ìs 50m/
， 波 阻 抗 Z0 = 30Ω ， 则
可，R0=算L320出.=5无60ìH8损.μ2 电Ω，缆G的0。=等8.考效13虑2参5到p数S电。C缆取0 线=电0路缆.2损T23n耗的F ，长取度
u2
= M di1
(1)
三、dt故障行波的仿真
（一）电缆中的波速及波阻抗
行波从电统一端传到另一端需要一定
的时间，它的波速和波阻抗可以分别表示为
v= 1 = S
L0C0
ε r µr
(2) Z0 = L0 C0 (3)
式中S——光的传播速度，S=3×108米/秒；
μ ——电缆芯线周围介质的相对导磁系数； r
集小波，并具有n阶消失矩（n为正整数），有
∀x ∈δ x0
Wf (s, x) ≤ Ksα
s 式中 ——小波变换的尺度
K——为大于0的常数