摘 要
随着电力电缆在我国越来越广泛的应用，近年来电力系统出现了大量电缆与架空线混合的电力线路，因此电力线路故障也越来越复杂。故障定位技术能缩短故障的查找时间，对于快速恢复供电具有重要的作用。
本文首先分析了行波法故障测距技术的原理，利用 ATP/EMTP 软件对典型的电缆-架空线混合线路故障进行仿真，并总结了故障波形的变化规律。然后针对测试信号小波消噪法中阈值的确定问题，对比不同阈值法的消噪效果，提出了一种基于传统软、硬阈值法的改进的阈值计算方法。接着阐述了小波分析法中模极大值线搜索算法寻找故障信号奇异点的原理，针对电缆-架空混合线路上行波信号在连接处发生突变的特点，提出了一种适合电缆-架空混合线路故障的行波测距方法。最后设计了电力电缆-架空线混合线路故障测距系统，包括硬件部分和软件部分，实现了故障测试信号的消噪、分析处理、故障距离计算和测试数据保存等功能。
关键词：故障定位；电缆-架空线混合线路；仿真；消噪；奇异点检测
Abstract
Along with the power cable is used more and more widely in our country recent years, Power system appeared a lot of power cable and overhead line mixed electric transmission lines, therefore the fault of electric transmission lines is also more and more complicated. Fault location technology can shorten the finding time of electric transmission line troubles, which has the vital role for quick restore power.
Firstly, the principle of Traveling wave method fault location technology is analyzed in this paper, emulate to all kinds of cable-overhead line mixed electric transmission line fault with the software, and summarize the change rule of fault waveform. Secondly, for the problem of threshold determination in wavelet threshold de-noising of the test signal comparing the effects of different threshold value de-noising method, for the problem of threshold determination in wavelet threshold de-noising of the test signal, an improved threshold value calculation method is proposed, which is based on traditional soft and hard threshold value method. Thirdly, the theory that how to check fault signal singularities with modulus maxima line search algorithm in wavelet analysis method is expound, according to the characteristics of traveling wave signal happens in the joints of cable-overhead line mixed electric transmission lines, we proposed a new Traveling wave method fault location method on cable-overhead line mixed electric transmission line. Finally, a system is designed for cable -overhead lines fault location, and program modules such as de-noising and analysis of fault signal and calculation of fault distance and data retention are realized.
Keywords: fault location; cable-overhead transmission line; simulation; de-noise; singularity detection
第 1 章 绪 论
1.1 选题背景及意义
电力工业作为国民经济的支柱产业，是其它产业稳定发展的保障，电力系统运行的安全、可靠是国民经济稳定快速发展的关键。在电力系统中，电力线路担负着传输电能的重要任务，是电力系统安全、稳定运行的命脉，其故障直接威胁到电力系统的安全运行。所以，及时发现线路故障、迅速锁定故障点位置，并排除隐患具有重要的意义。
随着我国经济的迅速发展，城网、农网的改造，电力电缆因其安全、可靠、有利于美化城市、优化厂矿布局等优点，在我国获得了广泛的应用，并在原有线路的基础上发展了越来越多的电缆-架空线混合线路。由于制造工艺不完善、运行环境恶劣和产品质量缺陷等原因，经常会引起电缆的绝缘水平下降，造成电缆运行故障。因为架空线上的绝缘子质量不过关、遭到外力破坏等原因，也常常造成线路故障，这些故障多为永久性故障。
当电力线路发生故障后，对故障进行快速定位，准确地测定出故障点的位置，对于尽快恢复供电、提高供电企业经济效益具有重要作用。随着现代电网建设，电缆越来越多的出现在城市供电中。电力线路发生故障后，通过测距技术寻找故障点，对于快速故障排查是一种有效的措施。但是电缆-架空线混合的线路的大量应用，由于混合线路的参数在各段不统一，已有的测距方法的应用受到了一定的局限。因此，深入研究混合线路故障测试方法，开发相应的测试系统具有重要的意义和实用价值。
1.2 国内外研究动态
电力线路担负着传输电能的任务，由于地理环境和气候等因素，实际上已经成为电网中最薄弱的环节。许多技术手段可以发现线路故障，起到了保障输电线安全、可靠运行的作用。
最初的线路故障判断是人工巡线，通过观察寻找故障点，或通过测试判断故障的性质，这种方法费时、费力。
到了20世纪末，由于测试技术的出现以及计算机技术的进步，故障测距技术有了进一步发展，出现了许多利用计算机完成故障测距的方法。随着故障录波器的应用，可通过电信号来粗略估计故障点位置[1]。其中有利用单端信息，根据各自算法求得故障距离的方法，但这种方法无法克服故障电阻对测距精度的影响[2~4]。2004年，武汉大学的陈允平教授和龚庆武、肖文峰等提出基于全球定位系统GPS的双端电气信息故障测距方法。该故障测距方法不会受到故障电阻的影响，逐渐成为近期测距研究的热点。
近年来，随着小波分析的广泛应用，许多学者提出了许多基于小波分析的测试信号处理和故障测距方法。电力线路故障时，对测试信号的消噪处理直接影响到故障测距的精确程度，电缆故障测试信号含有大量高频非平稳信号，利用传统的消噪方法效果不是很理想[5]，小波分析由于良好的时频局部性，适合于处理电缆测试中的非平稳信号。非线性小波变换阈值消噪方法具有广泛的适应性和较快的计算速度，但阈值选取直接关系到信号处理的质量，阈值的选取是小波阈值消噪研究中的一个重要问题[6]。文献[7]提出通过设定先验因子确定各层小波系数阈值来进行消噪的方法，但此方法的消噪效果会受到先验因子的影响。
在利用行波测量电缆故障测距离时，文献[8]提出用二进小波变换对放电脉冲和反射脉冲进行分析实现故障测距的方法；文献[9]提出了基于小波变换模极大值的行波法与阻抗法相结合的单端故障测距方法。文献[10]提出了一种基于分布参数模型的区段故障定位法，该方法实现较为简单，但没有考虑伪根问题，使故障测距的精度降低。文献[11]提出了基于波速归一算法的双端测距法，理论上排除了由于线路参数引起的波速度不一致的影响，加大了行波测距法的应用范围，但对于电缆和架空线接头处的故障无法判断。
综上所述，电力线路故障测距研究主要集中在利用单端或双端电气量测距，电缆的测距方法集中在利用小波变换对信号奇异点的敏感性，通过对电缆不同类型的电信号进行变换，以模极大值描述电缆的故障特征，最后求出故障距离。上述电缆故障测距方法的研究取得了一定的成果，但因电缆-架空线混合线路参数与单一的电缆和架空线不同，对行波法来说存在波阻抗改变、输电线材质不同导致波速不一致等问题。另外，信号在传播过程中发生衰减，造成信号脉冲上升沿的平缓，此时小波分析法的测距精度会下降，并可能出现较大偏差的情况。因此，深入研究电缆-架空线混合线路的模型，根据其测试信号波形的特点，寻找合适的行波测试信号消噪算法，提高故障测距的精度具有重要的意义和实用价值。
1.3 论文的主要工作
电缆-架空线混合线路故障测距是电力线路故障点定位的重要内容，是保证故障能否快速排除的关键。针对行波测距在电缆-架空线混合线路应用中存在的问题，本文将展开以下的研究工作：
（ 1）分析行波在电缆-架空线混合线路中的传播规律以及目前行波测试方法的原理，利用 ATP/EMTP 对不同故障类型及测试方法进行仿真和分析，为进一步的故障测距研究打下基础。
（ 2）研究小波阈值去噪的方法及阈值的确定问题。通过对比分析不同阈值时候的消噪效果，寻找适合线路故障测距的小波阈值确定方法。
（ 3）研究故障点距离的计算方法。针对电缆-架空混合线路上行波信号在连接处发生突变的特点，找到合适的计算电缆-架空混合线路故障距离的方法。
（ 4）搭建电力电缆-架空线故障测距系统，实现故障信号的消噪和奇异点检测，实现电缆-架空线混合线路的故障测距。
