结合小波变换及曲线拟合的电缆故障定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力线路控制领域，尤其设及一种结合小波变换及曲线拟合的电缆故 障定位方法。
【背景技术】
[0002] 目前电力电缆故障定位中主要采用的是行波法，但行波法还存在难W解决的问 题，即反射波的识别和反射波头对应时间的确定。电力电缆存在有分支接头的情况，当运种 电缆线路故障时不仅故障点将产生反射波，分接头也会产生反射波，此时对反射波的辨识 将变得非常困难，甚至无法识别。运就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。
【发明内容】
[0003] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种结合小 波变换及曲线拟合的电缆故障定位方法。
[0004] 为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种结合小波变换及曲线拟合的电缆 故障定位方法，其包括如下步骤：
[0005] S1，利用小波变换的模极大值及奇异性检测方法，并且通过多尺度分析，对故障信 号进行处理，从而确定反射波和反射波到达时间；
[0006] S2,建立反射波形与脉冲衰减距离的脉冲波形-衰减距离规律曲线，通过实测反射 波形与衰减规律中的数据对比，剔除不相干的干扰波形，正确辨别故障点的反射波，从而实 现电缆故障的准确定位。
[0007]所述的结合小波变换及曲线拟合的电缆故障定位方法，优选的，所述S1的小波变 换包括：
[000引对于任意的函数f(t)EL2(R)，它的连续小波变化为：
[0009]
[0010]上式中，a称为尺度因子，b称为平移因子，护(t)为母小波；
[0011] 经过小波变换，函数变成一个二维函数，从而可W从时域和频域对信号进行分析； 连续小波变换实现了原始函数在时间和频率域上的分解，即信号多分辨率分析;为了调整 时域和频域的宽度，只需要改变尺度因子和平移因子，运样便实现了根据不同信号的处理 要求在不同时频域局部化的目的；
[0012] 连续小波变换能够准确的提取信号的特征，但在每个可能的尺度离散点都需要去 计算小波系数，运样处理起来费时费力，因而连续小波变换实际中应用的并不多；离散小波 变换(DWT)是实际应用中的常用形式;对a，b取离散值：" = <，Α= ;m，k为整数，则离 散小波变换其定义为：
[0013]
[0014] 信号在经过离散化后不会改变它的完整性，但是经过小波离散化计算误差变小 了，因此通过离散小波变换将更好的反映出信号在时频上的性质。
[0015] 所述的结合小波变换及曲线拟合的电缆故障定位方法，优选的，所述S1多尺度分 析包括：
[0016] 从函数的空间角度出发研究信号的多尺度表示就是信号的多尺度分析;多尺度分 析的实质就是在不同的尺度不同的空间上对信号进行分解;假设信号f(t)EL2(R)平方可 积，对它的多尺度分析就是对其用平滑函数作平滑，实质上就是通过一些不同的分辨率一 层层的逼近信号，通俗讲多尺度多分辨率就是对一定目标粗略或精细，整体或局部的的观 察分析;多分辨分析为不同尺度下的函数分析提供可能，在一定的采样条件下，通过高低频 滤波将信号分为高低频两部分，低频部分对应信号概貌，高频部分则显示信号具体特征;继 续分解低频信号，又可得到该层上的信号细节，运样一层层的分解就是信号的多分辨分析。
[0017] 所述的结合小波变换及曲线拟合的电缆故障定位方法，优选的，所述S1小波变换 的模极大值及奇异性检测包括：
[0018] 如果函数f(t)ER在某处间断或某阶导数不连续，则称该函数在此处有奇异性，称 该点为奇异点；如果函数f(t)无限次可导，则其是平滑的没有奇异性;突变的信号在其突变 点处必然是不平滑的，也即此点是奇异的;信号的一些特征，比如故障时的故障信息都包含 于信号的奇异点中，而应用小波变换的时频局部化能力可W对信号的奇异性进行分析，通 过合适的变换使故障特性显现出来。
[0019] 所述的结合小波变换及曲线拟合的电缆故障定位方法，优选的，所述S2包括：
[0020]S2-1，确定好本次定位中对应电缆故障情况下的脉冲衰减规律库，根据定位前对 电缆故障情况的初步判断，调用与之匹配的脉冲衰减规律；
[0021]S2-2,对采集到的故障反射波形信号分类编号S1，S2，S3…Sn，并记录；
[0022]S2-3,运用小波变换方法，提取该反射波头S1的对应时间，由定位公式Δ=^Δ/ ·ι' 求出故障距离L1，如果该故障距离是我们已知的该电缆中分接头的距离，则该反射波肯定 是由电缆分接头处反射得到的，将它剔除掉不予考虑;如果不是，则计算该波形的半幅值脉 宽Pwl，并记录下来；
[0023]S2-4,在脉冲衰减规律中查寻距离L1对应下的反射波形脉冲半幅值脉宽PwO,记录 下来；
[0024]S2-5,反射波形的判断;将第四步中记录的数据PwO与第Ξ步中的数据Pwl相比较， 如果两者吻合，则该波即为脉冲经故障点反射回来的反射波形；W该波形求得的故障距离 L1为电缆的故障发生距离。
[0025] 所述的结合小波变换及曲线拟合的电缆故障定位方法，优选的，所述S2还包括：
[0026]S2-6，如果两者相差较大，则该反射波为干扰带来的不相干反射波形，选取下一反 射波S2重复S2-1到S2-5中的操作，直到选出正确的故障点反射波形，实现电缆的故障测距。
[0027] 所述的结合小波变换及曲线拟合的电缆故障定位方法，优选的，所述S1还包括：
[0028] 采用LipscMts指数对函数的局部奇异性进行描述，设信号f(t)ER，在to附近如 果满足：
[0029] |f(t〇+h)-Pn(t〇+h) I <K|h|n，n<a<n+l
[0030]则称信号f(t)在to处的Lipschits指数为α;当α= 1时，函数f(t)在to处可微，函数f(t)没有奇异性；当α= 〇时，函数f(t)在to点是间断的，如果0<α<1，则函数的光滑性下降；α 越大，函数f(t)就越平滑，α越小，函数f(t)在to点处的变化就越尖锐；
[0031]函数的奇异性通过指数lipischitza表示，α的数值对应于小波变换模极大值的不 同尺度下的分解系数;对于尺度孔to的某一邻域内，如果：I取>,/叫坤则to点就是 小波变换的模极大值点，|Ws,,/^^)1是小波变换的模极大值;小波变换模极大值W-种数学 形式反映出有突变信息的信号的突变程度和突变时刻；当电缆故障发生时，故障暂态信号 具有奇异性，奇异点就是对应的故障发生时间点；准确的寻找故障信号中的奇异点便可找 出故障的对应时刻;小波变换的模极大值点可W确定信号的奇异点，因而，通过小波分解， 检测信号中高频分量的模极大值点就能确定故障的发生时刻。
[0032]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0033]针对电缆离线测距中经常发生的反射波形有多个，难W正常区分出定位所需的故 障点对应波形问题，提出了一种基于脉冲衰减距离经验库的波形辨识方法。首先从外加注 入脉冲在电缆中传播的衰减情况入手，说明脉冲在不同传输距离下反射波形有一定规律 性，可W建立反射波形和原始脉冲在不同衰减距离的对应关系，基于此，提出了本方法的基 本原理