基于小波分析的电缆故障行波测距仿真研究

基于小波分析的电缆故障行波测距仿真研究

第27卷第6期2010年12月

文章编号:1007 2322(2010)06 0016 05

现 代 电 力

ModernElectricPower

Vol 27 No 6

Dec 2010文献标识码:A

基于小波分析的电缆故障行波测距仿真研究

马士超,刘永强

1

2

(1.华南理工大学电力学院,广东广州 510640;2.广东省绿色能源技术重点实验室,广东广州 510640)

ResearchonTravellingWaveFaultLocatingforCable

BasedonWaveletAnalysis

MaShichao,LiuYongqiang

1

2

(1.SchoolofElectricPower,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou 510640,China;

2.GuangdongKeyLaboratoryofCleanEnergyTechnology,Guangzhou 510640,China)

摘 要:为了实现电缆故障的精确定位,将小波变换模极大值与信号奇异性关系的理论应用于检测电缆故障行波信号。借助电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,以35kV交联聚乙烯单芯电缆为原型,建立电力电缆故障仿真测试模型。采用Daubechies小波对故障测试波形进行多尺度、多分辨率分析,仿真结果表明利用小波变换的时频局部化特性能够有效聚焦到电缆故障行波信号中脉冲的起始点,为提高电缆故障定位精度提供了有效的检测方法。

关键词:电力电缆;故障测距;行波;小波分析

Abstract:Inordertolocatecablefaultaccurately,thetheo ryofmodulusmaximumofwavelettransformationandtherelationsofsignalsingularityisappliedindetectingthetrav elingwavesignalofpowercable.SimulationtestmodelforpowercableisestablishedbytheelectromagnetictransientssimulationtoolPSCAD/EMTDC,inwhichtheonecoreXLPEpowercableof35kVistakenastheprototype.Dau bechieswaveletmethodisusedtocarryoutmulti dimen sionedandmulti resolutionanalysisonfaulttestingwave.Thesimulationresultshowsthattheinitialpointofimpulseincablefaulttravellingwavecanbedetectedbyusingoflo calizedtime frequencycharacteristicofwavelettransforma tion,whichprovidesaneffectivetestmethodtoimprovethelocatingaccuracyofcablefault.

Keywords:powercable;faultlocation;travellingwave;waveletanalysis

缆故障测距中,不管是离线测距还是在线测距,普遍存在的问题就是如何精确识别行波信号的起始位置,来自测试系统内外的高频干扰、测试现场空间的电磁场干扰以及电缆中间接头的影响都会增加测试波形的识别难度,使测试波形变得很随机。当故障行波在电缆中以接近光速的速度来传输时,如果不能做到精确识别行波的起始点,当故障电缆的长度较长时,就很有可能引起 差之毫厘谬以千里 的错误,拖延故障抢修时间,造成巨大损失。

小波变换具有很好的时频局部特性,对分析信号上奇异点的位置非常有效,这一特性适用于电缆故障放电脉冲与反射脉冲的准确定位。本文通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立离线式行波测距模型,对小波分析用于电缆故障行波测距的正确性和有效性加以验证。

[1]

1 行波故障测距仿真模型

1 1 电缆模型的选择

在PSCAD/EMTDC中有3种基本的输电线路和电缆模型: 型等值模型、Bergeron模型和频率相关模型。

型等值模型主要用来仿真长度很短的架空线路。它能够准确表征基波频率阻抗特性,主要用在输电系统的稳态研究,如负载流量,而不能准确表征基波频率以外的频率的阻抗特性,更不适于全频域瞬态响应的研究。

Bergeron模型使用分布参数方式来表征线路的电感、电容参数,相当于无穷多个 型等值模型的串联,但是它的电阻仍然是集中参数(线路电阻的1/0 引 言

目前,行波测距方法已经被广泛应用到电力电

基金项目:广东省绿色能源技术重点实验室资助项目(2

基于小波分析的电缆故障行波测距仿真研究

第6期马士超等:基于小波分析的电缆故障行波测距仿真研究17

除基波频率以外的其他频率的阻抗特性。

频率相关模型采用分布式R、L、C参数,包含了所有频率相关参数,用模量分析技术(Modaltechniques)和相域(Phasedomain)技术进行求解,能够准确表征线路在全频率范围内的特性。频率相关模型在PSCAD/EMTDC中分为两种:Frequen cyDependent(Mode)Model和FrequencyDepend ent(Phase)Model。后者是目前最精确和最稳健的传输线模型[2]。

由于电缆自身的结构特性,导致电缆的频率相关特性十分明显,本文选择FrequencyDependent(Phase)Model模型。

1 2 电缆模型的建立

通常电力电缆的结构比较复杂,其截面参数也比较多,没有必要完全按照实际电缆截面来建立电缆模型。由于电缆中的行波速度只与电缆绝缘材料的相对介电系数和相对磁导率有关,因此在满足电缆频率相关参数的要求下,将电缆模型抽象等效为6层模型,即在电缆配置中将导体和绝缘材料的组合选择为c1-l1-c2-l2-c3-l3。本文以35kVYJVXLPE(铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆)电缆为原型,导体标称截面500mm,导体直径26 7mm,XLPE绝缘厚度10 5mm,PVC外护套厚度2 8mm,电缆近似外径59 8mm[3]。建立电缆仿真模型截面图如图1所示。图中,

假设电缆

2

埋设深度为10m,在模型各层中用到的一些参数为:铜的电阻率为1 75!10率为1 447!10

-7

-8

m,钢丝的电阻

m,XLPE的相对介电常数为

2 3,PVC的相对介电常数为5 5。

1 3 测距电路模型的搭建

目前,在现场普遍使用的电力电缆故障行波测距法有低压脉冲法、脉冲电压法、脉冲电流法和二次脉冲法[4 5]。针对这些方法,经过等效、抽象之后可以建立两大电路模型:电压采样模型和电流采样模型,如图 …… 此处隐藏：4000字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……