基于HHT小电流接地电力电缆在线故障测距方法.pdf
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1、第 5 2卷第 l 3期 2 0 1 5年7月 l 0日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s ur e m e nt I n s t r u m e n t a t i o n V0 I 5 2 No 1 3 J u 1 1 0, 2 01 5 基 于 H H T小 电流接地 电力 电缆在线故 障测距方法 王建元 , 鞠默欣 , 鞠默然 , 徐志璇 , 马雪珂 ( 1 东北电力大学, 吉林 吉林 1 3 2 0 1 2 ; 2 吉林大学,长春 1 3 0 0 2 5 ) 摘要 : 使用 电力 电缆进行 电力传输已经逐渐被推广 , 在小 电流接地系统发生单相接地故障
2、时 , 系统可 以带故 障 运行 1 2小时 , 在此期间 , 需要检测出故障的位置 。文章提 出一种基于 HH T小电流接地系统电力电缆单端在 线故障测距 的方法 , 在电缆参数未知的情况下 , 采用合 闸的方法在线测量行波波速 , 单相接地故障发生后 , 利用 HH T寻找行波瞬时频率突变的时刻 , 并运用单端测距法实现 电力 电缆故障测距。最后 , 对算例进行数值仿真 , 仿真结果验证了该方法 的可行性和实用性。 关键词 : H H T; 小电流接地系统 ; 电力 电缆 ; 在线故障测距 中图分类号 : T M7 2 6 文献标识码 : B 文章编号: 1 0 0 1 1 3 9 0 (
3、 2 0 1 5 ) 1 3 0 0 0 7一 o 4 A m e t h o d o f o nl i ne f a ul t l o c a t i o n f o r s ma l l c u r r e n t g r o un di n g p o we r c a bl e b a s e d o n HHT Wa n g J i a n y u a n ,J u Mo x i n ,J u Mo r a n ,Xu Z h i x u a n ,Ma Xu e k e ( J N o r t h e a s t D i a n l i U n i v e r s i t y ,
4、J i l i n 1 3 2 0 1 2 , J i l i n , C h i n a 2 J i l i n U n i v e r s i t y ,C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 5, C h i n a ) Abs t r a c t:P o we r c a b l e f o r po we r t r a n s mi s s i o n h a s b e e n g r a d u a l l y e x t e n d e dTh e s y s t e m c a n be s t i l l r u n n i n g 1 - 2 h o u
5、 r s wh e n s i n g l e p h a s e t o e a r t h f a u l t o c c u r s ,wh i c h r e q u i r e s t h e l o c a t i o n o f t h e f a u l t i s d e t e c t e d i n t h e c a s e o f U P S A me t h o d o f o n l i n e f a u l t l o c a t i o n for s ma l l c u r r e n t gr o u n di ng o n e t e r mi n
6、a l p o we r c a b l e b a s e d o n HHT i s p r o p o s e d i n t h i s pa pe r Un d e r t h e c o n d i t i o n t h a t t h e pa r a me t e r s o f c a bl e a r e u nk n o wn,t h e v e l o c i t y o f t r a v e l i ng wa v e i n c a b l e c a n b e me a s u r e d b y u s i n g o f s wi t c hi ng o
7、 v e r v o ha g e wa v e wh i c h i s g e n e r a t e d wh e n t h e c l o s i n g o c c u r s W he n s i n g l e p h a s e t o - e a rth f a u l t ha pp e ns ,HHT i s u s e d t o fin d t h e mu t a t i o ns mo me n t s o f i ns t a n t a n e o u se q ue n c yT he n t h e l o c a t i o n o f p o w e
8、 r c a b l e f a u l t i s d e t e rm i n e d by o n e t e rm i n a l f a u l t l o c a t i o n me t h o dF i n a l l y,t h e d i g i t a l s i mu l a t i o n r e s u l t s o f a n e x a mpl e s ho w t h e e f f e c t i v e n e s s a nd p r a c t i c a bi l i t y o f t h i s me t h o d Ke y wo r d s
9、: HHT,s ma l l c u rre n t g r o u n d i n g s y s t e m ,p o we r c a b l e,o n l i n e f a u l t l o c a t i o n 0引 言 随着配电网的发展 , 电力电缆优势 的 F t 益显现 , 电力 电缆逐渐被 广泛在 1 1 0 k V以下配 电系统 中, 但 由于电缆一般埋在地下 , 当发生故 障时, 与架 空线相 比, 观察巡检难度 大, 故 障排除 困难 。因此 , 选择 一 种好的电力电缆故障测距方法, 对排除故障、 恢复 供电有重要的意义。 电力电缆测距 的方 法 主要 分 为
10、行波 法 和阻抗 法 J , 由于小电流接地系统发生单相接地故障时, 系 统可 以带故障运行 1 2个小时, 在此期间 , 需要确定 故障位置, 即实现在线故障测距。 目前, 主要是利用 小 波 分 析 的方 法 - 4 获 取 故 障行 波 波 头 到 达 时 刻_ 5 j , 实现在线故障测距 , 但小波分析有一定 的局 限 性 , 其结果受小波基函数种类 的影 响, 如果选择不 当, 将会影响测距结果。 希尔伯特 黄变换 ( HH T ) 是 近年来应用 于非平 稳信号的一种新方法 , H H T不需要设定变换尺度 和范围 , 并且具有很好 的完备性和可重构性 , 本文采 用 H H T
11、实现小电流接地系统 电力电缆单端在线故障 测距。 1 希尔伯特 一黄变换 1 1 希 尔伯特 一黄变换( HH T ) 现实 中存在 的信 号大多数是非 平稳信号 , 处理 非平稳信号, 需引入瞬时频率的概念。 设 ( ) 为一时间序列 , y ( ) 是其希尔伯特 黄变 换 , 即: 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 l 3期 2 0 1 5年7月 l 0日 电测 与仪表 El e c t r i c a i M e a s ur e m e nt& I n s t r u m e nt a t i o n V0 1 S 2 N0 1 3 J
12、 u1 1 0, 2 01 5 y = Jf t d 丁 1 T 下 其反变换为: ) = 1 t d r 1 r J 丁 一 得到 的解析信号为: 2 基于 H H T故障测距 ( 1 1 2 1 相 模 变换 ( 2 ) Z ( t )=X( t )+i Y ( t )=A( t ) e ( 3 ) 式 中 A( t ) 为 瞬 时 幅 值 ; 0( t )为 相 位 ;A( t ) = 万 而; ) c t a n 。 瞬时频率可定义为 : )= 1 d 0 ( t ) ( 4 ) 对于实信号 , 利用 HH T可求 出该信号的瞬时特 征参数 , 即瞬时幅值 、 瞬时相位和瞬时频率 。式
13、 ( 4 ) 中给出的瞬时频率 与时间满足单值 函数 的关 系, 采 用 Hi l b e r t 变换进行瞬时频率分析的信号需要满足只 含一种振动模态 、 且没有复杂叠加波 , 但大部 分的信 号都包含不止一种振动模态 , 需要采用经验模态分 解 ( E MD) 。 1 2 经验模态分解( E MD) 复合信号在某些时刻具有各 自的瞬时频率, E MD 通过将信号分解成为若干个固有模态函数( I MF ) 分量 之和, 分析各分量的时频特性, 可有效地对非平稳信号 中的各频率成分进行分离 , 实现速度快 , 提取波形精度 高 , 对非平稳、 非线性信号具有良好的时频聚集性。 E M D 方法
14、实现的步骤如图 1 所示。 一 8 一 图 1 E MD方法实现步骤 F i g 1 F l o w c ha r t o f EMD 电力系统各 相导 线 间存 在 复杂 的 电磁 耦合 关 系 , 为了简化 分析计 算 , 需要用 相模 变换 方法 实现 解耦 : = I 1 ( 5 ) i = i ( 6 ) 式中 “ 和 i 分别称为模电压向量和模电流向 量; u = u 0 “ B 、 i = 0 i i B , 0 、 M 和 “ B 称为 0模 电压 、 仪模 电压和 p模 电压 , i 。 、 i 和 i B 称为 0模 电流、 模电流和 13 模 电流。 式( 5 ) 和式(
15、 6 ) 说明了相电压向量 u 和模电 压向量 u m 、 相电流向量 i 和模 电流向量 i 之 间的关系, 称为相模变换 。 为相模变换矩阵 , 其值 不是单一 的, 这里选用的变换矩阵 。 为: r 5 5 5 1 T I = 5 1 4 l (7 ) L 5 4 1 J r 1 1 1 =l 1 2 3 f ( 8 ) L 1 3 2 j 2 2 电缆行 波 波速 的测量 准确测量行波 在电缆 中的传播速度 , 对精 准故 障测距具有十分重要 的意义 。通过 电缆参数计 算行 波波速 : 1 V= = L C ( 9 ) 式中 和 C分别为每单位长度电缆的电感及电容 。 在电缆参数 已
16、知 的情况下 , 采用公式 法计算 的 行波波速 , 往往与实 际相 比有 一定 的偏差 J 。为 了 解决这一问题 , 采用合 闸时产生 的操作过 电压行 波 在线测量电缆中的行波波速。 如图 2所示 , 设已知母线 MN之间的电缆长度为 f , 以母线 M端为测量 端 , 从合 闸瞬 间产生过电压开 始计时 t 。当合闸过电压行波传输到末端 N时会发 生反射 , 记下合 闸过 电压行波在线路末端 的反射波 到达母线 M时刻 t m。即由此过 电压行波在此段输 电线路中单程传播 的时间为 : 一 f A t= ( 1 0 ) 由此可得 , 此段输电线路 中行波传播速度为: 2 学兔兔 w w
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