利用暂态电流行波的输电线路故障测距研究

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本文首先介绍了暂态电流行波距离特征的小波变换模极大值表示，其次概述了基于小波变换模极大值的“波形比较法”；最后探讨了小波变化法，希望为解决高压输电电路故障提供帮助。

【关键词】暂态电流行波 输电线路 故障测距 研究

之所以能够利用暂态电流行波来测定输电电路故障测距，只要是因为当输电线路出现异常时，发生故障的地方就会生成暂态行波，这种行波会形成反射波，之后通过反射波的特点就能够判定出故障点，进而对其进行检测，以保证输电线路正常运行，这是故障检测技术的重大进步。

1 暂态电流行波距离特征的小波变换模极大值表示

电流行波距离的传输需要一种信号，该信号也被称为电流行波信号，这种信号有一定的特性，其表现出来的主要特征是突变，不平稳，一般情况下，突变点就代表着检测点，要想精确的分析出突变信号，准确的找到突变点，有一个效果非常的手段，那就是利用小波变换。

电流行波信号转换结束之后，各个不同的故障点就会产生不同的反射波，而在这一过程中，就会出现模极大值，这一极大值能够体现出信号的强弱，从某种程度上来说，模极大值能够非常明确的反映出信号的极性，这样在分析信号时就更加的方便，其计算也相应的简化。经过实践研究表明，小波变换模极大值与尺度因子有着密切的关系，前者随着后者的增大也减少，也就是说两者是负相关的关系，但是这只是使用与噪声信号，如果是其他信号，两者之间的则成正相关，如果能够充分的利用这种正相关的关系，就可以采取相应的措施消除噪音，将信号有效的提取出来。通常情况下，零模也存在一定的行波分量，如果遇到这种问题，可以利用空间线模行波的方式来进行距离的测量，这样产生的直接影响就是零模分量会不断地出现，这时就可以利用反射行波来避开，这是所说的反射行波主要是中间换位点产生的，正是因为这种反射行波具有幅值比较小的特点，所以完全可以利用这一优势之后选择适宜的门槛避开。通过上述这些阐释我们可以知道，电流行波要想能够实现故障测距，就需要解决两个问题，一个是能够精确的判定出故障点反射波，而另一个问题就是能够精确的判定出相邻母线之间存在的反射波。

2 基于小波变换模极大值的“波形比较法”

众所周知，在三相电路中，存在很多的电流行波，其中最重要的就是三相电流行波，如果三相电路通过施行模进行转换之后，还存在其他的行波，我们将之称其为模量行波，但是如果利用行波来测距，因为行波的类型不同，所以就会影响测距性能，因此我们要选择更加合适的电流行波来进行测距，通过实践证明，模量行波测距效果比较好。

而这里涉及到的“波形比较法”就是通过电流波形，区分开反射波的类型，即：是故障点反射波，还是相邻母线反射波。而之所以能够采用这种方式，主要是因为以下几点：

一方面，如果是故障点反射波，其在故障线路上就会最大程度的幅值，而在没有发生故障的线路上其幅值相对来说就比较小，而与之相对应的小波变换模极大值也会出现相应的变化；另一方面，因为故障点生成的行波与没有发生故障线路相比，前者的极性与后者的透射分量完全相反，但是后者各个透射分量极性确是统一的，基于此，其模极大值也会呈现出相同的特点。

对照以上基本事实，可以进一步引伸：由相邻母线反射波透入到故障线路的透射分量的幅值将小于相邻母线反射波本身。相应地其小波变换模极大值幅值也小于相邻母线反射波的小波变换模极大值幅值；由一非故障线路的相邻母线反射波透入到另一个非故障线路的透射分量幅值也将小于前者的幅值；由一非故障线路相邻母线反射波透入到故障线路和其它非故障线路的透射分量极性相同。

基于此，可以这样构造特征行波：以故障线路模量电流行波作为基本行波，以最长非故障线路模量电流行波作为比较行波；观察基本行波和比较行波波形和小波变换下的模极大值分布；对于处于相同位置且极性相反者：若基本行波小波变换模极大值大于比较行波对应值，则保留基本行波中对应的模极大值，反之则在基本行波的模极大值分布中去掉该模极大值，因为它是相邻母线的反射波；对于处于相同位置且极性相同者：若基本行波小波变换模极大值等于比较行波对应值，则在基本行波的模极大值分布中去掉该极大值，因为它是另一回非故障线路相邻母线反射波在基本行波和比较行波中的透射分量。

3 小波变换法

小波变换法是根据行波信号在小波变换下的模极大值实现故障测距的一种方法。小波变换法的主要特点在于它能够同时在时域和频域考察行波信号的变化规律实现精确故障测距。

在上面的分析中，实际上已经使用了小波变换法的主要思想，即根据在某一尺度下的小波变换模极大值检测初始行波及来自于故障点的反射波，但尚未明确测距在哪个尺度下进行。实际上，小波变换下的模极大值与尺度（即频率）是密切相关的，在不同的尺度下，小波变换的模极大值的分布是不同的。在某一尺度下存在的小波变换模极大值，在另一个尺度下其模极大值未必出现。因此，根据任意尺度下的模极大值确定故障距离还未必可靠，必须考察行波信号在各个尺度下的模极大值的变化，最终确定真正的初始行波和故障点反射波出现的位置，即同时利用行波信号中的时域特征和频域特征，这是小波变换法区别于其它测距方法的最显著的特点。实施小波变换法测距时，可按下述步骤进行：构造特征行波并施行小波变换，以消除相邻母线反射波的影响；考察小波变换模极大值在不同尺度下的变化情况，以消除噪声干扰；通过设置门槛，去除其它非故障点反射波所产生的模极大值，如换位点产生的模极大值。

4 结语

综上所述，可知使用暂态电流行波来对高压输电线路故障进行测距有着非常大的优势，比如这种测距方式能够判定出电流行波方向，而传统的测距方式都没有方向性，无法判定是故障点出现的行波，还是在母线出现的行波。

参考文献

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[2]李幼仪，董新洲，孙元章.基于电流行波的输电线横差保护[J].中国电机工程学报，2002（11）.

[3]葛耀中，董杏丽，董新洲，索南加乐. 基于小波变换的电流行波母线保护的研究（一）―原理与判据[J].电工技术学报， 2003（02）.

作者单位

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