电力电缆故障定位及检测信号去噪分析

洪炎森

摘 要：全面分析电力电缆故障行波信号，积极采用小波分析将能够起到良好的效果，其能全面表现出信号的局部特征，并且具有多分辨率的优势，因而当前充分结合小波分析信号的优势和行波法的简单高效，是电力电缆故障定位研究工作的重要内容。文章主要是从电力电缆故障行波定位原理分析入手，针对电力电缆故障定位具体方法进行全面细致的研究，并提出了一定的检测信号去噪方式，为保证电力电缆的正确运行提供良好前提。

关键词：电力电缆；故障定位；检测信号；去噪

1 電力电缆概述

电力电缆是电力系统运行过程中的重要组成部分，主要是用于传输和分配电能，其在实际使用的过程中，容易受到外界自然条件的影响，出现一定的故障。对此，准确有效地寻找到故障发生的具体位置，是保证电力迅速恢复的重要前提。现阶段，针对电力电缆故障进行准确定位的过程中，定位精度较高的是行波法，其具有免于故障类型、线路不对称等方面条件限制的优势，应用程度较高。

2 电力电缆故障行波定位原理

电力系统在实际运行的过程中，其电力电缆内部的电流和电压都能够以波的形式进行传播。通常情况下，电力电缆保持着正常的运行状态，其波形的实际运行形式是正余弦波，而一旦电力电缆出现了运行故障，电压和电流的波形，在某个不确定的位置会出现突变，这种突变一般包含着大量的故障信息。全面提取和利用这些故障信息，是准确定位故障发生范围和区域的重要前提，能够有效保证供电系统维持正常的运行工作。需要注意到，电力电缆出现一定的运行故障，行波将会传输到两端的母线，并且在具体的传输环节中，行波将会表现出反射和折射的情况，这些现象的出现，一般会表现在波阻抗出现改变的位置之中，具体情况如图1所示。

针对故障波形的波形成分进行全面分析，能够发现其不是以单一频率呈现的，当波形传输的过程中，每一种频率对应着一种传播速度。波形中的高频分量，传播速度越快，相应的衰减情况越偏大，而对于波形中的一些低频分量来说，当其传播速度较慢的时候，其本身的衰减情况也就呈现出了偏小的特点，这些特征的存在，直接导致了故障波形在实际传播过程中，容易出现一定的色散问题。

针对电力电缆的运行故障进行定位的过程中，采用行波法，能够发现行波的波速并不是永恒确定的，其通常是保持在150～20 m/μs的范围内，属于一个不确定值。传统形式上，针对电力电缆的故障距离进行计算，首先，需要获取入射波、反射波之间的时间差t1t0；其次，需要将时间差和波速进行相乘，求解其平均值，这样才能够得出测量端到具体故障点之间的距离。从计算的过程来看，能够发现波速自身的不确定性会对电力电缆的故障定位工作产生一定的影响，容易出现一些误差，因而这种方式在现阶段应该已经无法满足切实有效的需求[1]。

3 电力电缆故障定位具体方法探析

3.1 小波变换模极大值法

在针对电力电缆故障进行定位分析的过程中，主要是研究电缆中的行波信号，为开展后续的分析工作奠定良好基础。通常情况下，电力电缆出现了运行故障，会容易产生暂态行波，当其传递到相应的检测位置时，会表现出一些明显的特性。针对波形进行全面细致的研究，能够更好地得到电流、电压的极性，电缆故障的具体产生位置等一些关键性的信息，这些信息在实际检测过程中是否保持着较高的准确性，将会直接影响到故障定位是否精确。因而，通过行波法，针对电力电缆的故障进行准确判断，就需要全面细致检测出波形的奇异性。当前，在分析电力电缆故障信号的时候，采用以小波变换为基础的模极大值法，能够起到积极的效果，这种检测工具，能够从故障信号的时域中获取到准确的奇异点，从而能够针对信号到达的时间进行准确判定。故障信号的突变点和小波变换模极大值点存在着较大的对应性，当故障信号的突变点的值越大，相应的，小波变换模极大值也就逐渐变大，对此，需要全面分析和处理好小波变换模极大值点，这样能够针对故障突变点的情况进行全面充分的反映，这样就为判断出具体电力电缆运行故障范围情况提供了良好的前提条件[2]。

3.2 良好优化和改进电力电缆故障定位算法

以小波变换作为重要前提和基础的模极大值法，在寻找行波指测量端的时刻方面具有良好的效果，充分结合其和故障电缆中行波的传播规律，将能够有效推导出一种故障定位方法，其主要是用于有效解除波速限制的方法。针对电力电缆来说，其任何位置都会存在着发生故障的概率，如图2所示，可以展现出电缆故障点的具体发生位置情况。

从图2可知，这是一条电力电缆线路图的抽象情况，D点是整条线路的中点，以此为具体的参照对象来说，前半程的某个位置会容易出现一定的故障点，比如说G1点，同时在线路的后半程，同样可能会出现一定的故障点，比如说G2点。

当故障出现在电力电缆的前半段中，不论其处在任意一个位置，由于故障点的反射行波比对端反射行波的传递速度较快，其会先到达相应的检测端，能够得出理论层面的消除波速限制的故障定位公式，即

L是电力电缆的总长度，而将故障点和检测端的距离设置为l1，行波的传播速度设置为v。当故障发生时候的初始行波传递到检测端的时间为t1，相应的反射行波到检测端的时间设为t2，端母线反射行波经过故障点所透射到测量端的时间设为t3。而在此基础上，针对电缆总长度的前1/4处进行研究，针对故障行波折射和反射的传播过程进行标示，能够发现检测段相应获取到的模极大值点，可以被设置为j1，j2，j3，j4，以此类推，分别代表着故障初始行波的模极大值点、故障点反射行波的模极大值点、端母线反射行波的模极大值，相应的其对应的时刻点，即为t1，t2，t3，t4。从而，能良好确定出具体的故障点位置。

4 故障信号的去噪处理

在周围环境的影响下，电力电缆的实际铺设和使用，都会容易夹杂着大量的噪声，其波形也不是理想状态下的正余弦波。针对这种情况，需要积极开展原始故障信号方面的消噪处理工作。首先，针对小波函数进行选择，保证其能够良好适应电缆故障的信号特性，对于含噪信号来说，需要选择合适的层数开展小波分解工作。其次，需要通过软阈值的作用，针对每一层分解过后的高频系数进行充分处理。再者，需要在小波的作用下，重新开展处理和构建相应的小波系数，这种新的小波系数，将能够建立起去噪之后的新的信号。在电力电缆故障区域现场检测到的故障信号，其存在着不同的噪声结构，通过噪声自身的频率特性，能够处理好各个不同尺度下的小波系数，从而得到消噪信号。

5 结语

电力电缆的实际运行状态，会直接影响到电力系统运行的安全性和稳定性，本文积极采用小波变换的方式和手段，全面开展电力电缆的故障定位工作，寻找到具体的故障区域，积极采用模极大值点的定位方法，能够准确判断出电力电缆实际运行过程中的故障情况，并分析故障信号的时域频域，积极进行故障信号的去燥处理，减少电力电缆实际运行过程中的信号噪声情况，充分提升电力电缆的整体运行水平。

[参考文献]

[1]王新，王建顺，周涛.电力电缆故障定位与检测信号去噪研究[J].计算机仿真，2015（11）：137-140.

[2]高俊山，穆旭明，邓立为.电力系统电缆线故障点信号定位仿真研究[J].计算机仿真，2017（8）：151-156.