低压脉冲法在电缆故障测距中的应用及其相关问题研究
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摘要
电力电缆故障是电力系统中的常见故障，电缆测距是排除电缆故障的前提条件，准确的电缆测距可以缩短发现故障点的时间，有利于快速排除故障，减小由电缆故障带来的损失。
本文对不同长度的电缆进行了低压脉冲实验，通过对数据进行时频分析进一步了解了低压脉冲在电缆中的传播规律，针对电缆测距中出现的问题提出了新的解决方法。由于电缆本身存在损耗，使行波在电缆传播过程中发生畸变现象，反射脉冲上升沿变缓，反射脉冲宽度增大，这不利于反射脉冲起始点的正确判别。本文提出了曲线拟合法确定反射波起始点。所谓曲线拟合法是：利用最小二乘法对反射波上升沿的一段数据进行二次曲线拟合，认为拟合曲线的过零点是反射脉冲起始点。为了进一步提高测距精度，利用二次函数对测距结果进行误差修正。结果表明采用曲线拟合法能使测距绝对误差在3个采样点以内，与传统的反射波起始点确定方法相比有较大优势。
电缆测距过程中往往会受到各种噪声的影响，降低了采集信号的信噪比，对测距结果造成了不良影响。本文根据真实信号和噪声信号在小波分解各个尺度上不同的传播规律，提出了改进的软阈值消噪法，有效地促进了信噪分离，提高了采集信号的信噪比。
Power cable fault occurs regularly in power system. Fault location is the precondition to eliminate the fault. Accurate fault location can reduce the time to find out the fault point and the cost of power cable cut.
This paper has carried on the low voltage pulse experiment to the cable of different lengths. The law in the cable of low voltage pulse is known well through time-frequently analysis on the data, and the new solution to the problem that appeared in the experiment is put forward. Because of the loss of cable, the traveling wave is distorted and the reflect pulse rise becomes slowly, which don’t benefit to the accurate judge of start point of the reflect wave. The curve fit method is proposed to compute the start point of reflection wave, and the least squares method is used to fit the data of reflect pulse rise. The wave cross zero point is the considered as the start point of reflection wave. The conic section method is adopted to revise the result. The results show that the start points of reflect wave can be distinguished accurately. The absolute error is no more than 3 sampling points, so it has more advantages compared with the traditional methods to judge the start point of reflect wave.
The real signal often influenced by various kinds of noises, which reduce the SNR of gathering signal and put blight on fault location. The improved wavelet soft-threshold method is presented based on the different propagation property of real signals and white noises under the wavelet transform. It can accelerate the separation of the signal from the noise and get higher SNR for the reconstructed signal.
本文对不同长度的电缆进行了低压脉冲实验，通过对数据进行时频分析进一步了解了低压脉冲在电缆中的传播规律，针对电缆测距中出现的问题提出了新的解决方法。由于电缆本身存在损耗，使行波在电缆传播过程中发生畸变现象，反射脉冲上升沿变缓，反射脉冲宽度增大，这不利于反射脉冲起始点的正确判别。本文提出了曲线拟合法确定反射波起始点。所谓曲线拟合法是：利用最小二乘法对反射波上升沿的一段数据进行二次曲线拟合，认为拟合曲线的过零点是反射脉冲起始点。为了进一步提高测距精度，利用二次函数对测距结果进行误差修正。结果表明采用曲线拟合法能使测距绝对误差在3个采样点以内，与传统的反射波起始点确定方法相比有较大优势。
电缆测距过程中往往会受到各种噪声的影响，降低了采集信号的信噪比，对测距结果造成了不良影响。本文根据真实信号和噪声信号在小波分解各个尺度上不同的传播规律，提出了改进的软阈值消噪法，有效地促进了信噪分离，提高了采集信号的信噪比。
Power cable fault occurs regularly in power system. Fault location is the precondition to eliminate the fault. Accurate fault location can reduce the time to find out the fault point and the cost of power cable cut.
This paper has carried on the low voltage pulse experiment to the cable of different lengths. The law in the cable of low voltage pulse is known well through time-frequently analysis on the data, and the new solution to the problem that appeared in the experiment is put forward. Because of the loss of cable, the traveling wave is distorted and the reflect pulse rise becomes slowly, which don’t benefit to the accurate judge of start point of the reflect wave. The curve fit method is proposed to compute the start point of reflection wave, and the least squares method is used to fit the data of reflect pulse rise. The wave cross zero point is the considered as the start point of reflection wave. The conic section method is adopted to revise the result. The results show that the start points of reflect wave can be distinguished accurately. The absolute error is no more than 3 sampling points, so it has more advantages compared with the traditional methods to judge the start point of reflect wave.
The real signal often influenced by various kinds of noises, which reduce the SNR of gathering signal and put blight on fault location. The improved wavelet soft-threshold method is presented based on the different propagation property of real signals and white noises under the wavelet transform. It can accelerate the separation of the signal from the noise and get higher SNR for the reconstructed signal.
引文
牟龙华，刘建华，电缆故障测距方法的基本工作原理。继电器。1999，27(4)：22~24。
张煜晨，孟成，浅谈电缆故障探测，辽宁冶金，1994年6月。
刘明生，电力电缆故障的测寻，北京：冶金工业出版社,1985。
李明华，闫春江，严璋，高压电缆故障测距及定位方法，高电压技术，2002，38（6）：38~40。
徐炳根，电力电缆故障探测技术，北京：机械工业出版社，1999。
朱小辉，低压电缆故障的定点方法，天津电力技术。1994年第1期：36-37。
魏征宇，再论电力电缆故障的测量和查找，华北电力技术，1989，10。
李胜祥，电力电缆故障测试仪器的原理及选用，电世界，1996年6月：15~16。
张正团，利用小波变换的电力电缆故障精确测距方法研究，[硕士学位论文]，山东，山东大学。2002年。
张晓虹，蒋雄伟，王振华等，分布式光纤温度传感器在交联聚乙烯绝缘地下电缆故障检测中的应用，电网技术，1999，23（12）：36~38。
蔡桂容，应用光纤传感器定位电缆故障的方法，电线电缆，2000年4月：31~38。
P.F.Gale etc. Fault Location Base On Travelling Waves. Developments in Power System Protection, 1993. Fifth International Conference on , 1993.
崔江静,梁芝培，孙廷玺，电力电缆故障测试技术及应用的概述，高电压技术，2001，27（104）。
Mitsuharu Komoda etc.Development of A Current Detection Type Cable Fault Location. IEEEE Transactions on Power Delivery Vol.6,No.2April 1991.
周龙，陈明义，电力电缆绝缘性能检测方法分析，武汉工业学院学报，2003，22（2）：60～62。
熊元新，刘兵，基于行波的电力电缆故障测距方法，高电压技术，2002，28(1)：8～10。
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C M Wiggins D E Thomas,et al.A novel concept for URD cable fault location IEEE Trans PWRD,1994,9(1).
K K Kuan.Real-time expert system for fault location lo high voltage underground distribution cables.IEEE Proc-C,1992,39(3).
杨山，电路理论 下册，天津：天津大学出版社，1988。
周泽存，高电压技术，北京：水利水电出版社，1988年6月。
王志丹，沙勇，行波法定点输电电缆故障诊断研究，齐齐哈尔轻工学院学报，1994,10(3)：24-29。
S. Potivejkul etc. Design of A Low Voltage Cable Fault Detector. Power Engineering Society Winter Meeting, 2000 .IEEE,Volume: 1 , 23-27 Jan. 2000 Page(s): 724～729 vol.1.
郭爱煌，傅君眉，传输线中脉冲信号传输特性的联合时频分析，光纤与电缆及其应用技术，2001年第5期：13~17。
牟廷绶，胡晓秋，趋肤效应实验研究，大学物理，1995，14(10)：27~28。
鲁百佐，传输导线等效电阻与频率的关系研究，西安石油学院学报，2003，18(4)：80～82。
范毅，谢俊，小波变换在电缆故障测距中的应用，高电压技术，2000，26(4)：9-10。
Daubechies L.Ten Lectures on Wavelet[M].Paras:Capital City Press,1992.
石志强，任震，黄雯莹，小波分析及其在电力系统中的应用，电力系统自动化，1997 ，21（1）：5～7。
林湘宁，刘沛，程时杰等，小波分析基础理论及其在电力系统中的应用，电力系统在自动化，1997，21(10)：80～83。
程正兴，小波分析算法与应用，陕西：西安交通大学出版社,1998年5月。
杨福生，小波变换的工程分析与应用,北京:北京科学出版社，1999。
胡昌华，张军波，夏军等，基于MATLAB的系统分析与设计－小波分析,陕西：西安电子科技大学出版社，1999年12月。
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Mallat S G,et al.Singularity detection and processing with wavelet. IEEE Trans.on IT,1992,38:617～643.
徐科，徐金梧，一种新的基于小波变换的白噪声消除方法，电子科学学刊，1999，21（5）：706～709。
杨军，姚家奕，张淑清,小波变换用于信号消噪,燕山大学学报,1999,23(1):88～89。
徐大可,基于小波变换的交流采样信号消噪技术,电力自动化设备。2001,21（10）:15～17。
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赵瑞珍，宋国乡,一种基于小波变换的白噪声消噪方法的改进,西安电子科技大学学报,2000,27(5):619～122。
张炳达,瞿敏,陈伟乐，软阈值消噪法在电缆故障测距中的应用，仪器仪表学报，2003，24（4）：506～507。
周建勇，宋国乡。基于小波变换的信号重构,西安电子科技大学学报，1998,25(2):223～226。
傅晨钊，汲胜昌，李彦明等，软门限小波去噪在变压器冲击试验中的应用研究，中国电机工程学报，2001，21(7)，103～106。
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于将，电力电缆故障检测波形分析，中国电力，1998,31(3)，27～28。
周学军，赵四新，董秀春，线缆绝缘故障定位技术的探析，电线电缆。2002年第2期: 54～59.
李光林，吕维雪，基于小波变换的心电信号的分析与处理，浙江大学学报，1998，32（1）：82～87。
薛蕙，杨仁刚，利用小波包变换实现噪声环境下特征信号的提取，继电器。2002,30(7),7～10。
林逸榕，徐士林,基于小波变换的多分辨率语音消噪,合肥工业大学学报,2000,23(5),688～693。
孟军，徐国政，黄瑜珑，基于小波变换的高压开关柜监测信号消噪方法，清华大学学报，2001，41（9）：48～50。
周银春，孙才新，杜林等，用小波剔除局放信号中白噪声的一种实用方法，重庆大学学报，2002，25（3）：68～71。
孔祥维，王敬，宫平，基于小波变换的舰船雷达信号去噪方法，大连理工大学学报，2000，40（3）：371～374。
林逸榕，徐士林，基于小波变换德多分辨率语音消噪，合肥工业大学学报，2000，23（5）：688～693。
楼顺天，李博菡，基于MATLAB的系统分析与设计－信号处理，陕西：西安电子科技大学出版社，2001年9月。
Argrz,D.j Approximation of the Kin Effect To Improve Cable-Fault Location by TDR. Instrumentation and Measurement Technology Conference, 2003. Volume:1 , 20～22 May 2003.
闫润清，李英惠，微波技术基础，北京：北京理工大学出版社，1997。
Leo P.VAN BIESEN etc .High Accuracy Location of Faults on Electrical Lines Using Digital Processing of Sampled DataRecords From a Reflectogram.IEEE.1989.
Donobo D L.De-Noising by Soft-Thresholding.IEEE Trans on IT,1992,38(2):617～643。
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姜常珍，信号分析与处理，天津，天津大学出版社，2000年3月。
发表论文和参加科研情况说明
瞿敏，张炳达，刘长胜，基于s注入法的小电流系统消谐与选线一体化方案研究，现代电力，2003，20(3)：35～39。
张炳达，瞿敏，陈伟乐，软阈值消噪法在电缆故障测距中的应用，仪器仪表学报，2003，24（4）：506～507。
张煜晨，孟成，浅谈电缆故障探测，辽宁冶金，1994年6月。
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姜常珍，信号分析与处理，天津，天津大学出版社，2000年3月。
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