基于s变换法的输电线路行波故障测距及研究

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1、孽中国电机工程学会电力系统专业委员会２０１４年学术年会基于Ｓ变换法的输电线路行波故障测距研究商立群刘培（西安科技大学电气与控制工程学院陕西省西安市雁塔路中段５８号７１００５４）ＳｔｕｄｙｏｆＦａｕｌｔＬｏｃａｔｉｏｎｉｎＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＬｉｎｅＵｓｉｎｇＳＴｒａｎｓｆｏｒｍＳｈａｎｇＬｉｑｕｎＬｉｕＰｅｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００５４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｋｅｙｏｆｆａｕ

2、ｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｒａｖｅｌｉｎｇ间来进行测距。它不受线路结构、故障类型ｗａｖｅｓｉｓａｃｃｕｒａｔｅｌｙｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｏｆｗａｖｅｆｒｏｎｔ．Ｔｈｅ和过渡电阻的影响，在理论上有其优越性。ｅｘｉｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｒｅｃｏｇｎｉｚｅｗａｖｅｆｒｏｎｔ行波测距的关键是正确识别故障行波波头ｗｈｅｎｈｉ。曲ｉｍｐｅｄａｎｃｅｆａｕｌｔａｎｄｓｍａｌｌａｎｇｌｅｆａｕｌｔ及其对应时刻。文献【ｌ】采用小波分析法来实ｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎ

3、ｅ．Ａｎａｃｃｕｒａｔｅｆａｕｌｔ现测距，通过对故障信号在不同尺度下的测ｌｏｃａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎＳｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｔ距结果进行对比分析来选取合适小波进行ｃａｎｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅ测距，但尺度的选择与故障暂态信号中所含ｓｉｇｎａｌ’Ｓａｍｐｌｉｔｕｄｅｃｈａｎｇｅｏｖｅｒｔｉｍｅｏｎｅａｃｈ的频率成分及采样频率有很大关系，尺度ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙｊｕｄｇｅ

4、ｔｈｅ选择太小，则受噪声影响大，无法正确识别ｍｕｔａｔｉｏｎｓ．Ｉｔｈａｓｃｌｅａｒａｄｖａｎｔａｇｅｓｃｏｍｐａｒｅｄ、Ⅳｉｔｈ波头，尺度选择太大，则波头突变不明显，ｗａｖｅｌｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｉｔｓ甚至消失。尺度选取不恰当，就会导致测距Ｃ０１ＴｅＣｔｎｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎ；ｗａｖｅｆｒｏｎｔｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ：Ｓｔｒａｎｓｆｏｒｍ；Ｗａｖｅｌｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍ摘要：输电线路行波故障定位的关键是行波波头的准确识别，现有的波头识别方法在发生

5、超高压输电的高阻故障和小故障角故障时，行波波头识别困难。对此，本文提出一种基于Ｓ变换的行波波头识别方法，ｓ变换可以独立地分析信号各个频率分量上的幅值随时间变化的特征，从而准确判断出行波信号的突变时刻，达到对波头进行准确标定的目的。与现有的小波变换波头识别方法相比较有明显的优势，ＥＭＴＰ及ＭＡＴＬＡＢ仿真计算也验证了这一点。关键字：故障测距；波头识别：ｓ变换；小波变换０引言输电线路故障测距方法主要有阻抗法和行波法。行波法是在线路发生故障时，通过测量故障信号暂态行波到达测量端的时１６０失败。文献［２】利用形态学信号奇异性检测的故障测距，虽然计算简单

6、，实时性好，但选取与故障信号匹配度高的结构元素很难，会直接影响监测的精度和动态响应的速度，导致故障测距计算结果不准确。本文提出基于Ｓ变换法的输电线路故障测距算法，此方法是一种加时窗傅氏变换时频可逆分析方法，它继承和发展了连续小波变换和短时傅氏变换的局部化思想【３１，具有良好的时频分析和特征提取特性，同时它克服了短时傅氏变换窗口高度和宽度固定不变的缺陷，而在高频部分比连续小波变换分解更细致，尤其是应用在远距离输电线路上，它比小波变换法的优势更为明显。簟中国电机工程学会电力系统专业委员会２０１４年学术年会１行波法测距原理及Ｓ变换法的基本原理１．１行波

7、法测距原理行波法按照测距所需信息来源可分为单端法和双端法。目前，己提出的行波测距法有Ａ型、Ｂ型、Ｃ型、Ｄ型、Ｅ型、Ｆ型６种，其中Ａ、ｃ、Ｅ、Ｆ型属于单端法；Ｂ、Ｄ型属于双端法。输电线路行波故障测距的发展经历了早期和现代两个阶段。早期行波法利用电子计数器或者阴极射线示波器来测量暂态行波的到达时刻和传播时间；而现代行波法则利用各种数字信号处理算法来测当故障发生时，将产生向线路两端传递的电流行波，而根据电流行波在各点的反射系数，可知故障点反射波与初始行波极性相同，而对端母线反射波与初始行波极性相反。当母线测量点处测得来自故障线路方向的第二个行波波头与

8、初始行波波头极性相同时，第二个行波波头是故障点反射波，此时，故障点位置在线路中点以内，利用式（１）进行计算；当母线测量点处测得来自故障线