电工文摘／设备检修某型号电缆故障定位系统的原理及应用一中山火炬开发区电气安装工程有限公司梁健宁
摘要：系统阐述了小波分析的基本理论，以小波变换在电
缆故障行波信号分析中的作用为基础，进行了电缆故障检测
系统的总体结构，完成了电力电缆故障点在线监测系统的硬
件设计，通过实践应用检验了该方案的可行性。
关键词：电缆故障定位；小波变换；检测系统；ＤＳＰ；ＧＰＲＳ
突发的断电事故不仅会给人们的正常生产和生活造成严重混乱，也会给电力公司造成巨大的损失。人们己经不能接受因电缆线路故障造成工矿生产事故，或银行系统、铁路运输系统、机场调度系统和生活供电的中断。另一方面，电缆线路的故障检测比架空输电线路故障检测任务要艰巨很多，因为电缆线路不像架空线路那样具有直接可观测性。如果电缆故障点的检测结果与实际故障相差较大，那么也就失去了意义。所以，电缆故障检测要求精确度更高的方法。基于此，本文对电力电缆故障暂态信号和电力电缆在线故障测距技术进行研究，利用小波模极大值理论对电缆故障行波的奇异点进行检测，得到初始行波和反射行波的准确到达时间，并构建了基于ＧＰＲＳ的无线通信电力电缆故障检测系统。
电缆故障定位的关键是准确获得表征故障信息的局部极值点序列，而有用的故障信息都包含在原始数据的高频部分，为了准确分析原始信号，可先将其分解到不Ｉ司的频率段，再求取信号高频部分的局部极值点序列。小波变换克服了传统Ｆｏｕｒｉｅｒ变换的缺点，在时频域ｌ：具有良好的分析能力。通过多尺度分析，能将信号分解到不同的频率范围，聚焦到信号的任意细节：通过小波变换模极大值，能够准确找出信号中的奇异点，这些对电缆在线故障定位有着十分重要的意义。
２．１小波变换在电缆故障行波信号分析中的作用
近年来，小波分析技术应用于电缆故障测距的研究已经展开，虽然分析和处理行波信号还是一个新课题，但它已在电缆故障测距中显示出了其优越性和广阔的应用前景。
将小波变换引入电缆故障暂态行波信号分析中，其作用主要有以下几个方面：
（１）对电缆故障信号进行小波变换，提取有用的故障信息。将电缆故障信号分解到不同的频带中去，某个频带或几个频带中会包含所需解决问题的有用信息。以实现信号的提取。
（２）压缩电缆故障信号，用数据蹙较少的小波系数去记忆大量的原始信号。
（３）利用小波变换模极大值确定出故障初始行波和故障点反射行波到达测量端的时间。
（４）去掉电缆故障信号中的噪声。故障和噪声都会导致信号奇异，而噪声的模极大值会随着尺度的增加而衰减，所以经过适当的尺度分解后，即可消除噪声的影响，从而得到较理想的故障行波信号。
２．２小波分析在输电线路奇异点检测中的应用
行波法故障定位系统的关键是准确获得表征故障信息的局部极值点序列，而有用的故障信息都包含在原始数据的高频部分，为了准确分析原始信号，可先将其分解到不同的频率段，再求取信号高频部分的局部极值点序列。基于小波的
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万方数据
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某型号电缆故障定位系统的原理及应用
作者：梁健宁
作者单位：中山火炬开发区电气安装工程有限公司
刊名：
电工文摘
英文刊名：ELECTRICIAN ABSTRACTS
年，卷(期)：2010，""(2)
被引用次数：0次
1.蔡桂荣应用光纤传感器定位电缆故障的方法 2000(6)
2.任艳霞电力电缆故障诊断与监测 2007
3.徐长发.李国宽实用小波方法 2004
4.禹水琴基于小波分析电缆故障点定位方法研究 2006
5.郑继明.周宗放.杨春德基于小波变换的信号奇异性检测 1998(1)
6.陈泽鑫小波基函数在故障诊断中的最佳选择 2005
1.期刊论文李明.刁彦华.段勋基于小波分析的电缆故障行波测距-中国科技博览2008,""(17)
在电力系统中,电缆故障是不可避免的,如何精确的定位一直是研究的热点.传统的测距方法,是对反射信号进行检测,从而定位故障点.我们知道检测到的反射信号包含有重要的故障信息,通过对反射信号处理提取出故障信息,是测距的关键.但是由于信号在传输的过程中自身存在衰减并且有噪声的干扰,信号会发生畸变,使得故障信息的提取有很大的难度.建立合适的信号模型和综合分析方案对于故障信息的提取是很重要的.本文在小波分析的基础上,并利用小波变换模极大值理论提出方案,提高故障点测距的精度.
2.学位论文李明基于小波变换的电缆故障测距研究2009
电力电缆在运行中易受到多种因素的影响而发生故障，威胁系统的安全可靠性，因此迅速、准确地探测出电缆故障及其发生的位置，对提高供电可靠性、减少故障修复费用及停电损失具有重要理论意义和实用价值。目前，线路保护已经进入微机保护时代，电力系统继电保护中的信号处理仍以分析为主，小波变换作为新型的更为效的数学分析工具，已经在电力系统电缆故障定位中得到应用。
本文在综述电缆故障成因和电缆故障检测各种方法的基础上，根据低压脉冲反射法原理，引入小波分析理论，运用小波变换的多分辨率和模极大值特性，采用“软”阈值消噪和改进了的“硬”阈值消噪相结合的办法，实现对脉冲反射信号的滤波处理和故障定位。仿真证实这种方法能有效促进信噪分离，提高故障定位精度，取得较好的效果。
在仿真的过程中，运用了MATLAB7.0中的Simulink软件创建了电缆故障模型，并运用MATLAB语言强大的编程功能结合GUI（图形用户界面），建立一个仿真系统，即demo测试系统。该系统实现了可视化和人机交互，可计算出故障点据测量点的距离。证明了本文提出算法的有效性。在本文最后，分析了在实际测量过程中影响故障测量精度的因素，并针对波速的不确定性影响电缆故障测距精度问题，提出并推导了一种不受波速影响的测距公式，在理论上消除了波速对故障精度的影响。
3.期刊论文江晋剑.JIANG Jin Jian一种基于SoPC技术的煤矿井下电缆故障定位片上系统-电子技术应用
2010,36(2)
提出以脉冲电源作用下的故障相与健全相的电流差为测量信号,运用小波变换对其作多尺度分解,并利用SoPC技术构建的煤矿井下电缆故障定位片上系统.系统具有具有体积小、成本低、灵敏度高、扩展容易、易于操作等优点,在不同程度上解决了目前煤矿井下电缆故障测定方法存在的问题.
4.学位论文汪梅基于小波和神经网络的电缆故障诊断方法研究2006
社会的飞速发展使得电缆线路已延伸至社会的各个角落。保障电缆线路安全运行是一个急待解决的问题，实现电缆绝缘状态的监测及电缆故障的在线诊断，是我国近年的热门研究领域，具有迫切的现实意义。本文在综述了电缆故障诊断的国内外现状的基础上，以小波和神经网络理论为基础，对电缆故障的精确定位方法、故障识别方法、系统建模、故障诊断系统检测数据的融合算法等方面进行了深入研究。论文的主要工作有：
针对波速的不确定性影响行波故障定位精度问题，以小波分析为理论基础，定义了层次时间、层次波速和中心距离三个新的概念，提出并证明了中心距离定理。建立了行波时间与行波速度之间的对应关系，排除了其它频率成分对电缆故障行波定位的干扰。在此基础上，引出了中心距离定理推论1和推论2，即基于中心距离定理的脉冲电流差电缆行波故障定位方法及零序分量差电缆行波故障定位方法，不仅实现了电缆故障的精确定位，而且克服了盲区、接头或介质不均匀造成的故障信号难以辨识的问题。仿真表明用中心距离定理及其推论1和推论2对电缆故障定位的误差远远小于常用的选择波速行波故障定位方法的误差。
针对电缆故障的在线识别问题，以小波神经网络理论为基础，提出并推导了以电缆故障行波为故障原始信号、以小波包分解子频带能量函数为二次特征、以最小距离为准则的多重小波神经网络电缆故障识别方法。实现了电缆故障的短路与断路、单相接地、两相短路、三相短路及故障电阻范围等模式的准确识别。仿真表明零序电流差等电缆故障行波的子频带能量是理想的电缆故障特征，多重小波神经网络能够实现短路与断路、单相接地和两相短路及三相短路、单相接地和两相短路故障电阻范围等模式的准确识别。
针对电缆故障电阻影响阻抗故障定位精度问题，提出并推导了一种不受故障电阻影响的两端阻抗定位方法，在理论上消除了过渡电阻对故障定位精度的影响，研制了新型电缆故障定位装置。在新装置的实测数据的基础上，建立了以多个检测点电位为输入向量、故障距离为输出量的神经网络模型。设计了以多个检测点电位为输入向量的神经网络分类器，实现了电缆故障诊断系统对故障模式的识别。仿真表明系统模型有效，分类器性能良好。
针对提高电缆故障诊断系统中检测数据质量问题，提出并证明了基于小波变换的反误差加权数据融合方法。该方法在剔除了实测数据中的粗大误差数据后，用小波变换检测出有效实测数据的误差趋势，构造出反误差趋势的权值序列，按照平均值处理原则对加权后的数据进行融合。将基于小波变换的反误差加权数据融合方法应用于电缆故障诊断系统，所建立的系统模型的性能优于数据融合前建立的系统模型的性能。仿真表明用融合后数据建立的系统模型对故障距离的测试误差远小于融合前数据建立的系统模型的测试误差。
5.学位论文张俊乐基于小波的电缆故障在线定位分析研究2009
随着电网规模的不断扩大，电缆故障造成的影响和损失也愈来愈大。为了保障电力系统的正常运行，实现对电缆故障的快速、准确定位，电缆故障在线定位研究的重要性日渐凸显。本文以小波分析为理论基础，研究探讨了电缆故障的在线定位方法、电缆故障的系统建模、仿真数据的处理分析和虚
