基于行波理论的输电线路盗割在线检测研究.pdf

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1、河南大学硕士学位论文基于行波理论的输电线路盗割在线检测研究姓名：张磊申请学位级别：硕士专业：应用数学指导教师：赵建军20090501河南大学研究生硕士学位论文第t 页摘要高压输电线路是电力系统传输电能的大动脉、是联接电厂和用户的纽带。输电线被犯罪份子盗割后，如果能够快速、准确的查找出盗割点，就可以严厉打击盗割电力输电线路的犯罪行为，同时还可以将经济损失降低的最低点。传统的方法是利用巡防队员巡线的方式，查找时间长，人力物力消耗很大，两且还不能及时的找出电线被盗割的点，不能及时的向有关部门报警，使犯罪分子有机会逃脱。本文利用重合闸行波脉冲来实现对盗割点检测，该方案能在第一时闻发现盗割电线故障，并发

2、出警报信号。为国家电力部门挽回很大的经济损失。其研究内容主要包括：(1)输电线发生盗割故障后，启动重合闸，重合闸行波脉冲到达盗割点后发生折反射，行波脉冲中包含有丰富的故障信息，利用检测反射行波脉冲行波波头达到检测点的时间来实现对盗割点的定位。(2)利用小波变换模极大值奇异性检测原理分析输电线路的电流行波信号，提出通过检测故障点的初始反射行波来实现故障点的检测。剩用淞羊泌B 对输电线路发生盗割事故的情况进行了仿真研究，并对仿真波形进行了小波变换，计算出了盗割点的位置，验证了该方法的正确健和准确性。(3)使用T I 公司生产的T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 数字信号处理芯片，以满足

3、系统快速进行数据处理的要求，当输电线发生故障时，扇动系统，测得故障点的位置，并通过G S M 模块发出报警信号。关键词：输电线路；行波波头；小波变换；凇，l 泌B 仿真A b s tr a c t碰醇一v o l t a g ee l e c t r i c i t yt r a n s m i s s i o nl i n e si st h em a i na r t e r yo ft h ee l e c t r i c i t yt r a n s m i s s i o ns y s t e mi Sc o n n e c t e dt ot h ep o w e rs t a t

4、 i o na n dt h eu s e r Sl i n k C r i m i n a l st os t e a lp o w e rl i n e s，i fa b l et oq u i c k l ya n da c c u r a t e l yf i n do u tt h ec u t-p o i n t1，w ec a nc r a c kd o w no nt h e f to fe l e c t r i c i t yt r a n s m i s s i o nl i n e sc u tc r i m e，b u ta l s or e d u c et h e

5、e c o n o m i cl o s s e sc o u l db et h el o w e s tp o i n t。T r a d i t i o n a lm e t h o d si st h eu s eo fG u a r d 黻e l 麓b e f sp a t r o l l i n gt h el i n ew a yt of i n dal o n gt i m ea n dag r e a th u m a na n dm a t e r i a lr e s o u r c e sc o n s u m e d,b u ta l s ou n a b l et

6、Oi d e n t i f yt h ew i r e sw e r ec u ti nt h ep o i n t，c a l ln o tb eat i m e l yw a r n i n gt ot h ea u t h o r i t i e s，S Ot h a tc r i m i n a l sh a v eac h a n c et oe s c a p e I nt h i sp a p e rR e c l o s i n gt r a v e l i n gw a v ep u l s et oa c h i e v et h ed e t e c t i o no

7、fi l l e g a lc u t t i n g，t h ep r o g r a mc a l lb ef o u n da tt h ef i r s tf a i l u r et os t e mw i r ec u t t i n g，a n da l la l a r ms i g n a l R e s t o r et h ee l e c t r i c i t ys e c t o rf o rt h ec o u n t r yg r e a te c o n o m i cl o s s e s I t sr e s e a r c hi n c l u d e：

8、F i r s t，s t a r tR e c l o s i n ga f t e ro ft h ep o w e rl i n e st os t e a lf a i l u r eo c c u r r e d，t r a v e l i n gw a v ep u l s eR e c l o s i n gt or e a c hb r e a kp o i n tC a t a d i o p t r i ca f t e r,t r a v e l i n gw a v ep u l s ec o n t a i n saw e a l t ho ff a u l ti n

9、 f o r m a t i o n,t h eu s eo fd e t e c t i o no fr e f l e c t i o no ft r a v e l i n gw a v ep u l s eh e a db a l ll i n ea c h i e v et h ed e t e c t i o np o i n to ft i m et oa c h i e v et h ep o s i t i o n i n go fs t e a lp o i n t。S e c o n d，u s i n gw a v e l e tt r a n s f o r mm o

10、 d u l u sm a x i m aa n a l y s i so ft h ep r i n c i p l eo fs i n g u l a r i t yd e t e c t i o no fe l e c t r i ct r a n s m i s s i o nl i n e sp o p u l a rw a v es i g n a l，t ot h ep o i n to ff a i l u r eb yd e t e c t i n gt h ei n i t i a lt r a v e l i n gw a v er e f l e c t i o nt

11、oa c h i e v ef a u l td e t e c t i o n T h eu s eo fM A T L A Bo nt h et r a n s m i s s i o nl i n es t e a li n c i d e n t so c c u r r e di ns i m u l a t i o ns t u d i e s,t h e nc a r r i e do u tt h es i m u l a t i o nw a v e f o r mo fw a v e l e tt r a n s f o r m。t oc a l c u l a t et

12、量l el o c a 匹o no ft h ep o i n to fs t e a l i n gc u tt ov e r i f yt h ec o r r e c t n e s so ft h ea l g o r i t h ma n da c c u r a c y T h i r d,P r o d u c e db yt h eu s eo fT Id i g i 翻s i g n a lp r o c e s s i n gc h i pT M S 3 2 0 L F 2 4 0 7t om e e tt h en e e d so ff a s td a t ap r

13、o c e s s i n gs y s t e mr e q u i r e m e n t s，w h e nt h et r a n s m i s s i o nl i n ef a i l u r e，r e s t a r tt h es y s t e m，m e a s u r e dt h el o c a t i o no ft h ep o i n to ff a i l u r e，a n ds e n tt h r o u g ht h eG S Mm o d u l ea l a r ms i g n a l K e yw o r d s：T r a n s m i

14、 s s i o nl i n e s，t r a v e l i n g w a v er a n g e，w a v e l e tt r a n s f o r m,M A T L A Bs i m u l a t i o n关于学位论文独立完成和内容创新的声明本人向河溺大学提出硕士学位申请。本人郑重声明：所星交的学位论文是本人在导师酌指导下独立完成酌，对所研究酌课题有新的见解。据我所知，除文中特别加暇说明、标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过酌研究盛果，也不包括其他人为获得任何教育、科研机构翻学位或证书褥使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文

15、中作了明确的说明并袁示了谢毒。学位申请人(学位论文作者)鍪名_ 至蕴磊2 0 驴甲年Z 月日关于学位论文著作权使用授权书本人经河南大学审核批准援子硕士学位。作为学位论文的作者，拳人完全了解并同意河南大学有关保留、使用学位论文酌要求，嚣P 河南大学有权向国家图书馆、科研信息机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文(纸质文本争电子文本)以供公众检索、奎溷。本人授权河南太擎交于宣扬、曩览擎校学术发展和进行学术交流等目的，可以采取影印、缩印、扫描和拷贝等复制手段保存、汇编学位论文(纸质文本和电子文本)。(涉及保密内容卉奄学位论文在解密詹适用本授权书)学位获得者(学位论文作者)签名I 毯磊2 0 秽

16、?年多月日学住论文指导教师签名：2 0河赢大学秘究生硕士学位论文第l 贾1。1 引言第_ l 章绪论电力输电线是电力系统的大动脉，是连接发电厂与终端用户的纽带，是电网中的一个重要琢节。弱对由予架空输电线会经过诲多偏远，道路蟪蜒的地方，使犯罪分子盗割输电线有机可乘，当输电线路被盗割后，继电傈护使断路器跳闸，自动重合闸装置经短时间间隔后使断路器重薪合上。输电线路被盗割，给生产、生活和经济发展带来极大昀影噙。所以，在输电线路被盗割后能够及时逐遽的检测到被盗割点，不仅能够大大减轻巡线员的艰辛，及时修复线路、保证供电可靠毪，雨且对电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的作震。对打击电力电缆盗割犯罪提供

17、巨大的帮助【lJ。弱麓，我国每年发生大量嚣电线盗窃案 孛，给我鋈藿民经济带来巨大的损失，同时，电线被盗后引起的电力中断而导致的间接损失和对社会秩序的影响更是无法估囊1 2】。电线盗割事件频繁发生，公安部f 3 不能及时获锝窃贼的作案信息，不能及时蹬警。输电线路防窃报警系统的研制成功可以使相关部门及时的获取电力输电线盗割点的信息，对打击电力输电线盗割犯罪提供巨大的帮助。同时，也可以对其他原因零|起的电力输电线断线、短路敲障进行准确定蹙，缩短故障修复时阉，提高供电可靠性，减少停电损失【3】。从现实中我稍可潋知道，盗割输毫线路给国家和人民靛生活带来重大豹损失，针对这种现象专家也对其进行了探讨与研究。

18、本文针对这现象提出了利用重合藏行波脉冲来快速检测电力输电线盗割点熬位置。著对该系统进行仿真试验。试验结鬃表明该方法的有效性，能够快速的检测盗副故障点的位置并发出报警信号。2 国内外研究的现状目前在国内，对偷盗电线豹分析与检测技术发展相对起步较晚，无论从理论或实践上来说都不成熬。露前，在国内对防止瑜盗电线行为主要有以下凡种：l、在地下敷设输电线路输电电线堙敷于地下，在电线上包裹层雳于保护的硬塑管或者包裹后震混凝土包于表面。由于埋设在地下具有很好的隐蔽性，犯罪分子不能很好的知道线路第2 页河南大学研究生硕士学位论文的埋设路线，偷盗时需要先把线路挖出来，增强了偷盗的难度。同时埋设这样的输电线路工程量

19、也会大大增加，成本高，当线路出现故障的时候，检查维护起来也不方便，因此限制了其应用的范围。2、利用巡防队员进行夜间巡线的方法该方法有其弊端，不能有效的在长距离输电线的情况下应用，只能在小范围的使用，而且需要投入大量的人力物力，灵活性相对比较差，有一定的规律可循，不能做到及时发现盗割电线的行为。因此，此种方法应用起来也很困难3、利用电子设备进行监测在电力输电线路上安装用于监测输电线电流电压的报警仪装置，当电力输电线被盗割后，监测仪表检测不到电流电压信号就发出报警信息，这种方法在一定程度上能起到输电线防盗割的目的，但是需要时时检测电力输电线上的电压电流，也不能被广泛的应用。4、国内一些公司生产的一

20、种电力设施防盗报警器，此类电力设施防盗报警器的工作原理是防盗线路的一端安装一个发射器，在线路的另一端安装一个接收器，该线路连通，接收器便正常地接收到发射器发出的信号，未启动报警程序。一旦该线路被盗割，从而使其不再连通，接收器便收不到发射器发出的信号，从而启动报警程序。这类报警器需要在线路两端都增加装置，增加输电线路成本。以上的几个防止偷盗电线行为的方法，对于防止偷盗起了一定的作用，本文针对输电线路防盗割这一课题，提出利用重合闸行波脉冲来检测输电线是否被盗割的一套系统。并及时向相关部门报警，对该系统进行仿真试验。试验结果表明该方法的有效性。应用到现实系统中将能很好的起到防盗报警作用。在各发达国家

21、，由于地区差异，各国文化背景、价值观和国民素质等都与国内有很大的差别。在国外，盗割电线几乎很少发生。另外，2 0 0 7 年0 6 月0 8 日美国麻省理工学院的科学家们完成了一项无线电力(W i T r i c i t y)传输实验，利用这套系统，电力可以在无线的状况下传输，这就从根本上杜绝了偷盗电线的行为。1 3 研究的意义和内容1 3 1 研究的意义根据我国现行电线故障分析与检测系统的实际情况，完整可行的系统很少，盗窃电线的现象时而发生，犯罪分子盗窃金属电线出售，从中获取非法利益。而作河南大学研究生硕士学位论文第3 页为电线金属本身的直接经济损失是有限的，但是由于偷剪电线后造成了局部大面

22、积停电，并影响了当地正常的供电秩序，失。本系统是在传统盗窃电线的基础上，给电力部门和用户带来了巨大的经济损结合当前各种盗窃行为而完成的一种新的检测与报警系统。利用本系统能够在第一时闻内发现盗窃电线行为，及时反馈报警，为国家电力部门和用户挽回了巨大的经济损失。1 3 2 研究的内容本论文的研究题曩是“基于行波大小理论的输毫线路盗割在线捡测麴研究。电力输电线路防盗割的关键是能及时发现电线被盗割及时报警。本文利用重合闸行波脉冲技术，透过监测行波脉冲来判断线路是否被盗割。本文的主要工作如下：通过对行波测距法的分析研究，提出利用重合闸行波脉冲来检测断线点故障的方法。当输电线被盗割后，重合阚动作，重合闸行

23、波脉冲到达盗割点后发生折反射，通过检测反射行波脉冲波头初次到达检测点的时间来判定断线故障点。利用淞T 乙怂对输电线路发生盗割事故的各种情况进行了仿真研究，并对仿真波形进行了小波变换，计算出了盗割点的位置，验证了该方法的正确性和准确性。使照T 王公司生产l 携T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 数字信号处理芯片，以满足系统快速进行数据处理的要求，一旦D S P 检测到输入信号发生突变，则经过预定的继续采集时间后，通过对地址总线控制器和数据总线控制器给出控制信号停止自动地址发生和模拟量采集，由D S P 读取数据存储器中的数据，进行数据分析处理，确定故障发生的准确时刻，计算出故障距离，

24、并通过G S M 模块发出报警信号。1 4 本文的写作安排第一章绪论部分，首先提出本谋题研究的现实背景；针对故障的特点，提出了新的解决方法。然后介绍了国内外的研究现状；进而介绍了本论文的主要研究意义及其研究内容；最嚣给出了本文的内容安排。第二章电力系统行波理论分析，本章介绍了行波的基本概念，运用数学模型列出波动方程及等值电路。然后，阐述了行波的反射和折射及波在传输过程中发生衰减和变形。最后，介绍了现代行波测距原理，并着重介绍了重合闸行波脉冲的测距原理。并对各种测距方法进行了比较，总结出各自的优缺点。第4 页河南大学研究生硕士学位论文第三章小波变换奇异性检测理论在行波测距中的应用，本章详细介绍小

25、波变换的基本概念，系统地介绍了连续小波变换、离散小波变换、多分辨率分析等基本理论。讨论了利用小波分析信号时的离散快速算法，这为小波变换在行波故障测距中的具体应用打下了坚实的理论基础。第四章基于小波变换的重合闸行波脉冲对故障点的检测，本章首先介绍了行波测距信号源的选取原则和行波信号的提取方法，并给出了利用小波变换系数模的极大值来确定信号奇异点的方法。然后详细介绍了重合闸行波脉冲测距的基本原理，建立了M a t l a b 仿真模型，通过仿真，可以实现精确测距的结论。第五章系统硬件设计及软件框架，本章首先介绍了故障定位系统硬件实现方案的总体结构，由于系统要求较高的数据处理和传输能力，所以采用了D

26、S P 芯片作为系统的核心控制器。详细地说明本设计中各模块的功能、选用芯片的特点、硬件电路的设计方案等这部分是硬件设计的主要容，完成信号的处理、存储和报警等功能，并简要介绍了系统的整体软件设计框架。1 5 本章小结在本章中，首先提出本课题研究的现实背景，并对故障的特点，提出了新的解决方法；进一步介绍了国内外的研究现状；最后介绍了本论文的主要研究意义及研究内容。海南大学研究生磺士学位论文繁5 贾第2 章电力系统行波理论的分析2。行波的基本概念在输电间加上电压并有电流流过的同时，电输线及其周曝空间建立了电场和磁场如果激励电压随对闻的变讫边纯，电场和磁场也将随时闻变化。时变电磁场懿普遍规律决定传输线

27、上的电压和电流随时闯和空间变化的规律。因此，可以说传输线上的电流和电压变纯规律，就是电磁场在空阗变化的体现。电磁场是以波翡形式向周围传播的，所以电流电匿也是以波的形式在传输线上传播的。在毫力系统没有故障的时候，电流电压的波形是5 0 赫兹的疆余弦波。当电力输电线被盗割时，毫压电流波形将发生畸变，这些畸变的电流电压行波孛，包含着丰富的系统断线点信息。若能成功提取并分析这些故障信息，这对维护系统的稳定和安全将十分有利。当电力输电线发生故障时，输电线具有分布电容和电感的存在，所以故障电压会以电场的形式以一寇速度向线鼹两端遴动，郅彤成电压行波。同时又会有与电压相对应的毫流流过，并形成磁场，这个运动的电

28、流就是电流行波。图2 1 单导线等值电路薹现以单导线等值电路为铡，在具有分布参数输电线路中，若缀设每单佼长度导线的电感及电阻为五及，每摹位长发导线的对地电容及电导为g 及g，剡线路的等值电路如图(2-1)新示。壹等僮电路黧可接述爨行波的数学表达式，得如式(2 一1)所示的如下方程f 4】：第6 页河南大学研究生硕士学位论文式中：z 为测量点的位置坐标；r 观察时的时刻；厶，C，g 为等值线路中的参数；U，f 为故障分量电压与电流。(2-1)严格地说输电线的厶，C，g 都是频率的函数。但一般输电线的对地电导g 小，而以地为回路的线路电阻：要引起波形的衰减和变形，其影响将随波的传播距离而增加，为了

29、分析方便，假设厶，C，g 均为常数，且，=0，g=0 此时线路为无损，本文仅论及无损线路的行波过程【5 1。这样对单相无损的分布参数线路的波动方程可简写为：对式(2 2)进行拉式变换求解，可得：(2-2)“=“+(r 一詈)+“一(，+考)f=。(f 一言)+tt，+号)、。2 3，i,-x)=云-1 小言)剖，一(r+亏)=一去甜一(r+言)式(2-3)中_：居称为波蹴v=击为电压和电流行波沿输电线传播的4 L C速度称为波速，U+，c 厂一分别表示正向行波电压和反向行波电压：f+，i 一分别表示正向行波电流和反向行波电流。丌目卜+甜一甜锄一西三C=抛一苏a 一缸。一一所一街抛一西三C=抛一

30、函西一缸一一河南大学研究生硕士学位论文第7 页由上述方程组可以得出无损单导线中波过程的一些基本规律。其为：导线上任何一点的电压或电流，等于通过该点的正向行波和反向行波电压或电流之和：正向行波电压与藏向行波电流之比等于正向波阻抗Z，反向行波电压与反向行波电流之比等于反向波阻抗一Z，1 6】。但均匀传输线的波阻抗和电路中阻抗的概念不同。因其具有阻抗的量纲，称为均匀输电线路的波阻抗，单位为欧姆，其值取决于单位长度线路的电感厶和对地电容C n，波阻抗与线路长度无关。在真空中，波速为3 0 0 0 0 0 k m s。X 所示：x。=圭V，=三1V(T s 2-瓦，)(2 1 2)为了实现A 型现代行波

31、故障测距原理，必须在测量端能够准确、可靠地检测到故障引点起的第1 个正向行波浪涌在返回到故障点后，又通过故障点反射回到测量点的第二次反射行波波头。9 1 1 b 一，-SRl；k 蜥渡k 簿觚射久j图2-5A 型测距原理示意图2 5 2 双端B 型测距方法B 型行波测距原理图见图(2-6)，设被测线路的波行总的时间为r，由故障点传输到M 端、N 端的行波时间分别为f。，t。，显然可知f=t，+f。在线路M，N 的两端各设有检测装置，当故障点产生的行波波头分别到达M 端、N 端时，启动检测装置，在M 端的检测装置开始计时时(设故障行波先到达M 端)，设到达M 端的时间为乙；在N 端的检测装置动作

32、后，启动通信设备进行通信。设在C 时M 端通信设备有输河南大学研究生硕士学位论文第1 3 页出信号，则停止检测装置计时，可以由此确定出电力输电线路故障点的具体位置。在这里我们设故障发生的时刻为瓦，两端检测装置开始检测的时间为t D，N 端通信发出通信请求到M 端通信装置有输出的时间为Z，则：乙T s 二7 瓦0 三t：，：t 4-t-I-砭c 2 一3，【一=。+D砭”一计时图2 6B 型行波测距原理不恿图由式(2-1 3)可以得到：1r。=寺(瓦一乙一疋)(2 1 4)二则有上面的公式可得故障点到N 端的距离为：1x。=v t。=v(L 一乙一疋)(2 1 5)二上式中行波的波速度在这里我们

33、取光速，M 端通信输出时间互是可知的，C 一乙是计数器时间【1 8】。B 型行波测距法在原理上比A 型行波测距法更为可靠。那是由于B 型行波测距法只需要检测一次故障点产生的行波波头，而且是初始行波波头，易易检测到，不易收到其他信号的干扰，初始行波的衰减也相对比较弱。且B 型行波测距不存在区分故障点反射波和对端母线反射波的问题。但是B 型行波测距法也有它的弊端，对通信通道要求比较高，必须要准确测量传输时间，因此通信通道必须稳定可靠，增加了设备的投资。B 型行波测距法这一缺陷限制了其在电力输电线故障诊第1 4 页河南大学研究生硕士学位论文断中的应用推广。2 5 3 单端C 型测距方法单瑞e 型行波

34、测距法是由于行波脉冲经故障点反射圆检测点的这一原理进行测距检测的如下图(2-7)所示。与A 型测距相比，该行波脉冲是利用外加设备向输电线路注入的行波脉冲，当电力输电线路在F 点产生障的阉时，扇动装置的脉冲发生器向输电线路注入行波脉冲，注入的行波脉冲以速度v(在这里取光速)沿电力输电线路行进，当行进至故障点F 时，由于输电线路的阻抗参数发生改变，在F点将发生行波脉冲的反射，反射回来的行波脉冲将沿电力输电线路行进到测距装置【1 9 1。则容易计算出故障点F 到检测装嚣的距离为：x：一1。，(216)Vt2X=一。L Z J上式(2-1 6)中，f，为测距装置窟动发射行波脉冲时闻到经过故障点F 反射

35、回到检测装置所经历的时间。I厂懒卜z 今t尹I叫卜一_ 一J _ 一lll 一一一一一一=吖图2-7 单端C 型行波测距法原理图萃端e 型行波测距原理是利用装置向电力输电线路发射行波脉冲用于检测故障距离的，此方法必须在已知电路故障的情况下，向电力输电线路发出行波脉冲，而且，单端C 型行波测距方法对瞬时性故障的检测性能不够灵敏，容易造成误检或者不检，因而C 型测距也有它的弊端，难以广泛的推广引用。2。5。4 双端D 型测距方法D 型现代行波故障测距原理是利用故障暂态行波的双端测距原理，它利用线路海南大学研究生硕士学位论文第1 5 页蠹部敬障产生麴视始行波浪涌到达线路两端测量点时的绝瓣时闻之装，来

36、计算故障点到两端测鬣点之间的距离l 猢。设线路长度为L，行波波速为V，故障产生的初始行波波头到两测母线的时闻分别为霉翱磊，如图(2 8)掰永。装予线路两端测距装嚣记录下故障行波波头到达瓣端母线的时间，则故障点到母线S 及贾的躐离x，x 辩，分别如下式(2 一1 7)，(2 一1 8)所示：X s=随一碌p+三】2(2-1 7)X R=鬟不一霉+L 1 2(2-1 8)S峥_ 一八z：，、一-I F翻2 8 双爝移型测躐原理示意鞠从上式可以看出D 型现代行波故障测距原理是利用线路长度、波速度和故障初始行波浪涌，到达故障线路两端母线辩的绝对时翔差值来计算盘故障距离。不需要考虑后续的反射和折射行波，

37、原理箍单，测距籍果可靠。僵是利用这种方法，需要在线路两端安装数据采集及时间同步装置(G P S 时钟)，愚其鼹侧还要进行通信，戮交换记录得到翡故障初始行波达萋l 的时闻信息，嚣蘑才能测嵩故障遴离来。若不具备自动透信条件，当然可借用电话方式进行联系，人工交换记录得到故障初始行波弼达豹时闻，褥剩用公式计舅故障距离。这样，麓否获德准确的线路长度、波速度和敲障初始行波浪涌的到达时刻，将照接影响到测距的准确性。经过现场检测和研究表硬，G P S 逶信并非是完全可靠麴，一般存在信号瞬时不稳定性，卫星信号失锁以及时钟跳变等严重问题，因而G P S 通信输国的时间信信要经过确认无误艨才能应用，进而要求对G P

38、 S 通信增加高稳定度的守时时钟，并显需要消除误差超过某一限定阚值麴时闻同步信号1 2 弱。放上面的分析可以看出，p 型行波故障测距也有其弊端，投资比较大，对设备的要求过高，因丽其在现实中攫广应用起来不翔矗型单端行波测距凇】。第1 6 页河南大学研究生硕士学位论文2。6 几种测距的比较上述各种行波测距的方法，都是通过测量行波在电力输电线路中上传播的时间来确定故障点。单端A 型行波测距法，用到的仪器最少(前端只用一个高采样率采集器)；双端B 型行波测距法，需要安装稳定性较好的通信通道才来实现行波测距；单端C 型行波测遴法，需要另外安装行波脉冲发生器；双端D 型行波测距法需要安装稳定性很好的通信通

39、道，输电线路两端都需要安装行波测距装置，且D 型行波测距方法对6 P S 时钟的依赖和要求比较高瞄】；铁对故障信息的检测处理过程来说，单端A 型行波测距法需要有效的区分是故障点反射来的行波脉冲，还是经过对端母线反射回来的行波脉冲信号，还有连接于同一母线上的其它输电线路上传播透射到故障线路上的行波脉冲信号【2 4】：双端D 型行波测距法采用的是检测故障点产生的第一个行波脉冲的波头信号，比较容易检测到，且不存在对端母线以及同一母线及连接线的干扰等问题：从测量范围来讲，当输电线路故障点距离脉冲发生点较近时，单端A 型行波测距法利用故障点反射波存在一定的盲区，不能有效的判断故障点的位置，双端D 型行波

40、测距法不存在测距盲区的闻题。以上各种类型酶行波脉冲测距法都存在一个共性的问题，那就是准确测量行波到达监测点的时间问题。同时，双端蚤型行波测距还有一个双端通信闽题，要求两端的基准时间要高度的精确。另外，行波信号源与故障发生时间也有很大关系：在输电线电压过零点附近时，发生故障的，故障暂态行波信号十分微弱，针对此时的行波测距方法，单端A 型行波测距和双端D 型行波测距方法将不能有效的检测故障行波信号：根据实际故障记录表明来看，输电线路的大部分故障都发生在电压峰值前约4 0 度角以下，在输电线电簇过零点的时刻发生故障是很少见的瓣习。各种行波测距法所霹临的一个共性的问题就是外界的干扰性问题。双端D 型测

41、距原理增加了通信通道线，抗干扰的能力也相应的增强了。综上所述，蠢前单端A 型测距法、双端p 型行波测距法都有一定的使用价值。在现实输电线路中有一定的应用。单端A 型行波测距方法已经慢慢趋于成熟，僵仍然需要进一步提高测距的准确度和降低装置的使用成本以及难度。输电线路在线测距方法还有很大的发展空间，单端A 型行波测距法将是在以后的开发研制作为主要的研究对象。单端A 型行波测距法，开发利用的价格较低、可靠稳定性高，目前广泛应用于输电线路的行波测距法主要就是A 型行波测距法，在以后的应用过程中，应该以A 型行波测距法为主其他测距法为辅，几种测距法联合应用于一段输电线路对精确检测故障点将会越到很好的作用

42、。健是成本也会相河南大学研究生硕士学位论文第1 7 页应的提高。输电线路测距简单的分为单端和双端，上面所谈论的几种测距方法中，A、C型行波测距法是满为单端测距法，两B 型和D 型行波测距是双端测距下面藏俺们本身的装置特点以及设计原理来进一步比较它们的优缺点。2 6 1 单端法优缺点由上述分析可知单端行波测距法优点是：(1)单端行波测距法和双端行波测距法性比总的成本有所降低，单端行波测距法不需要双端通信，不需要G P S 通信系统。单端行波测距法能有效检测故障点，测距的实时性相对较高。(2)单端行波测距如果能够准确区分出是故障点反射的行波脉冲还是对端母线或者临近输电线投射的行波脉冲，测距结果将不

43、受对端母线和其健线路的影响，则测距精度将大大提高，能够满足电力输电线路系统对测距精度的要求。但是单端行波测距法还存在有一些不足，其主要下面的缺点：单端测距法原理上存在着一定的问题。行波的极性和幅值也是行波的重要特性，在输电线路很多且线路比较复杂的情况下，故障信息很难捕捉到，因而不能进行单端行波测距【2 6 l。同时，单端行波测距法还存在一个重要的问题：测距死区，并且由于行波在整个输电线路电网中各条输电线路的连接处都要发生反射和折射，并且在行波行进的过程中存在较大的衰减，苁焉使得故障点反射行波信息银难识别。因此，辈端行波法对硬件设施的要求及自身存在的问题限制了它的广泛应用。在实际的输电线路中，一

44、般是爝单端行波测距法结合阻抗法进行联合单端测距来完成对故障点的检 煲|的。该联合方法的特点是基本阻抗测距算法具有较高的稳定性和可靠性，电流行波测距算法简单可靠。目前输电线路上的故障检测方法一般都是将两者联合起来应用。已经取得了实际验证该方法的可行性。该方法综合选取了二者的优点，具有较高的可靠性，较高的测距准确度等特点，利用这种方法来实现可靠的故障测距。2 6 2 双端法优缺点对于D 型双端行波测距法其优点主要是：(1)双端测距法由于母线两端的测距装置只检测行波脉冲的第一个行波波头，电力输电线路上的各种干扰信号相对较弱，不会绘捕捉初始行波波头造成较大的第1 8 页河南大学研究生硕士学位论文影昀。

45、又不孀考虑行波的反射秘插射以及对端母线的影响，易于辨识，馒褥计算处理较为简单骐习。(2)由予电力输电线路的长度一般可以通过设计参数或者实际测量焉褥剽，然而设计的参数一般又会与实际输电线路施工蜃的实际现场参数有一定误差围时在实际测量魄力输电线路的长度时，般都是逶过测量线路的有关系统参数来进一步推算出线路的长度，因而黯实验条件的要求就进一步提高，并且还会常常导致实际的测量参数的结果不准确瞄】。酿于双端行波测距方法的准确性，可以利用双端行波测遴来校验送外故障和区内故障电力输电线路的实际长度，该技术的应震，对于继电保护装置的整定计算和E M S 高级应用软件的计算精度提嵩具有禳重要意义。但是嬲时双端法

46、也存在以下缺点，其主要为：双端测距法的设备成本比较高，需要安装双端数据通信设备以及G P S 时钟系统等；对于多隧线路输魄线路的绪构，原理上存在缺陷，需要用单端行波法对其进行补充，两种测距法联合使用。在实际电力输电线路的应用过程中，即便是使用G P S 同步通信系统，利用电压魄流互感器及保护装置对电愿电流的采集同样还具有一定的时间延迟，很难做到真正意义上的双端数据同步通信。l1 t8 的时间误差在实际的电力输电线路测距中所对应的测距误差约为3 0 0 m 2 9 1。当采髑G P S 双端通信系统时，由于采样部分信号传输特性及采样频率的限制，无法辨识近距离故障行波信号，一般只能辨识低于1 5

47、0 k H z 的行波信号。而且要在广阔地理输电线路提供采用G P S 的微秒缀定时精度，其设备的投资维护需要大量资金投入，敞在应用上有一定的局限性，缀难广泛的应用。2。7 本章小结本章介缨了行波酶基本概念，运用数学模型列出波动方程及等值电路。然后，阐述了行波的反射和折射及波在传输过程中发生衰减和变形。最藤，着重介绍了现代行波测距原理，并对各种测距方法进行了比较，总结蹬各自的优缺点。河南大学研究生硕士学位论文第1 9 页3 引言第3 章小波变换的基本原理小波变换(w a v e l e tt r a n s f o r m)是8 0 年代后期发展起来的应用数学分支是集泛函分析傅里叶变换样条分析

48、调和分析及数值分析于体的综合性学科f 3 0】。小波分析是属于时频域分析的一种。它是F o u r i e r 分析深入发展过程中的一个新的里程碑，近年来它已成为众多学科共同关注的热点。小波分析发扬了F o u r i e r 分析的优点，克服了F o u r i e r 分析的某些缺点。它与F o u r i e r 分析最大的不同之处在于那些给待分析的信号加上了一个“时一一频 窗口，并能根据信号频率的高低自动调整窗口的大小，以确保捕捉到信号中希望获得的有用信息【3 1 1。同时小波变换对于突变信号特别有效。小波变换作为一种数学工具，它能够将信号分解为不同的频率成分，然后在多分辨率的概念下对

49、此频率的信号进行分析，分析的结果是一个时域信号。众所周知，F o u r i e r 分析(F o u r i e r 变换和F o u r i e r 级数)在信号分析处理中起着非常重要的作用，这是因为F o u r i e r：分析能将信号的时域特性变换为频域特性i 3 翅。分析时域信号f(t)，总是假定其能量有限，这在数学上描述为f(t)gL 2(R)其中：f佃、L 2(g)=tf(t l l f l l：?=f 1 厂(f 爿2d t 哪R (3-1)L矗J时域信号f(t)的F o u r i e r 变换及其反演可以采用如下形式：，一岬IF )=f(c o)瓣lf(t)e j t d

50、 t二仔2)I(f)烹亡I，旧)P 删d c oL 朋：二F o u r i e r 变换及其反演在形式上是对称的，它具有一些良好的性质，如叠加性和相关性等，特别重要的是在时域和频域存在着乘积定理和P a s e v a l 等式：李?硒浯3，去Z l l-*0 D 厂)1 2 咖劢胁DO(r八。眇。卜n 卫，(，L第2 0 页河南大学研究生硕士学位论文上式表明F o u r i e r 变换及箕反演是对应的。换句话说，信弩f(t)的孵域特性可转化为频域特性栖)来研究，信号的频域特性也可缀方便地遥过它所对应的时域特性来研究。通常的信号时频分橱就是利用了这一特性。小波变换的含义怒：把某基本小波的