基于小波及排列熵奇异性检测的行波故障测距研究

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1、第一章绪论第一章绪论1.1课题研究的背景和意义近年来，随着国内现代电力系统规模的不断扩张，电压等级不断增加，输电线路不断增长。而输电线路作为电力系统的一个核心部分，若因故障而导致供电的中断，不仅会对工业生产造成巨大的影响，还严重危及到电力系统的安全及稳定运行。所以，输电线路的故障定位极其重要。高压输电线路准确的故障定位，不仅可以节省人工大范围寻找故障点所消耗的物力、财力、人力，同时也缩短了线路故障抢修时间，供电可靠性得到了提高，停电损失也随之降低，安全用电也得到了保证。故，准确定位输电线路故障具有重大意义。目前用于故障测距的方

2、法主要有阻抗法和行波法，阻抗测距功能[1]通常作为微机保护及录波装置的附加功能，具有投资少的优点，但利用该法在测距的过程中，由于容易受过渡阻抗、线路结构和参数等因素的影响，其测距精度可靠性和准确性有待提高[2-3]。近些年来，随着输电线路行波传输理论的深入研究（如暂态数值计算，参数频变研究和模量变换技术等），以及数字滤波及相关技术的引入，尤其是小波理论和GPS技术，大大提高了暂态行波信号的提取效率，从而，为行波故障测距技术的广泛应用提供了强有力的保障。行波测距法作为一种新的故障测距技术，其测距理论依据为：输电线路故障发生后，故

3、障点产生的暂态行波，将在故障点处和其它阻抗不连续点反复发生发射和折射，根据测量的故障行波的发射和折射传输时间，结合具体的行波波速，就可以进行行波测距。该法由于不受过渡电阻、系统参数、故障距离和故障类型影响[4-5]等优点，测距精度高，定位速度快，现已广泛应用在高压输电线路中[6]。相关研究结果表明，行波故障测距在电力系统中有广泛的应用前景，是今后输电线路故障定位领域的重要发展方向。本课题就根据行波法的理论采用不同的信号处理方法和突变检测算法进行故障测距研究，对进一步提高行波测距精度具有重要的意义。1.2电力系统现代行波故障测距

4、方法概述行波法的故障定位最早是在20世纪40年代提出的，现代行波测距法主要有：①基于单条输电线路的单端法、双端法、三端法[7-8]；②基于广域行波信息的网络测距法，其中单端法包括A、C、E、F[9-12]四种类型，双端法包括B、D两种类型。1.2.1单端测距法单端测距法利用在线路一端测量到的数据进行测距，其原理图如图1-1所示，测距1第一章绪论公式[13]为：图1-1行波传播分析图Fig.1-1TravelingWavePropagationAnalysisDiagram1xvt（1-1）12vv(tt)10M0M1（1

5、-2）xvv10式中：v、v分别为线模、零模波速，t、t分别为线模、零模分量到达M端的时刻，10M1M0t为测量端M感受到的故障点初始行波与其故障点反射波之间的时间差。根据单端法测距原理研制的定位装置简单，测距精度高，但由于母线接线方式和故障类型存在着不确定性，且随着故障点过渡电阻、故障点位置的不同，故障点反射波的反射情况就不同，因此，单端法的关键在于故障点反射波波头的准确检测。针对此问题，文献[14]利用故障点反射波和对端母线反射波两者波形极性相反的关系来进行区别，但该方法只适用于特定的母线类型，不具有通用性。文献[1

6、5]给出了通过第2个反向行波中零模和线模之间的相对极性关系来识别故障点反射波的方法，但零模分量的出现与故障类型有关，仅适用于单相接地故障，且由于零模分量在传播过程中频散现象严重，利用零模分量的判别法可靠性较低。文献[16]提出一种可以统一识别各种接地故障下第2个反射波性质的方法，且该法不受母线结构、选相结果和过渡电阻的影响。针对利用线模、零模波速的单端测距法，文献[17]利用神经网络训练学习估算零模波速，利用线模分量从通过改进的单端法中测出的故障距离中识别出故障点反射波，该法可同时识别出故障点反射波、对端母线反射波和干扰波头，

7、可靠性较高，但该法在实际应用中需要获取大量的故障数据对网络进行训练才有可能得到较好的效果，而电力线路发生故障的数据不可能很多，故其应用受到了一定的局限。以上都是基于理论上的分析，目前还没有成熟可靠的自动识别方法，还需要故障后人工分析故障行波来区分，不利于故障的迅速修复[18]。单端法除了故障行波的记录分析外，还需要准确的行波波速。1.2.2双端测距法双端测距法利用第一个初始行波浪涌到达两端的时间差进行测距，其测距公式[13]为：1D[Lv(tt)]（1-3）MF1M1N122第一章绪论双端法只需检测故障点初始行波到达

8、两测量端的准确时间即可完成定位，不需要分析识别反射波，测距可靠性高。相对于单端法测距，双端法也存在着行波波速不确定影响定位结果的问题，同时还有线路长度的影响，但随着行波定位技术研究的不断深入，行波波速和线路长度对故障定位的影响越来越小[19]，目前影响双端法测距的主要因素是线