楊曉杰

摘? 要：相較于架空線路，電纜線路的行波色散問題更加嚴重，因此對電纜線路行波速度的確定，以及準確測定故障行波到達電纜線路的時間是一個較為重要的內容。將單端的行波暫態(tài)信號進行相應的分解或者重新構造，使其形成多個頻帶的信號，然后再針對去特征進行相應的計算。計算時要確保使用計算方式的合理性，每個頻帶信號兩端的波頭系數就是計算的重點內容。在計算時要選擇最大的頻帶信號作為特征頻帶，該頻帶的中心頻率就是計算電纜行波速度的重要數據，要確保其準確性。在特征頻帶中采用TT變換算法，對行波波頭到達時刻進行精確確定。這就是基于故障特征頻帶與TT變換的電纜線路單端行波測距方法，在高壓電纜故障測距中加以運用，能夠提高效果及精確度。

關鍵詞：

中圖分類號：TM77? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）16-0054-02

Abstract： Compared with overhead lines， the problem of traveling wave dispersion of cable lines is more serious， so it is more important to determine the traveling wave velocity of cable lines and accurately determine the time of fault traveling waves arriving at cable lines. The single-ended traveling wave transient signal is decomposed or reconstructed to form a signal with multiple frequency bands， and then the corresponding calculation is carried out according to the de-characteristics. In the calculation， it is necessary to ensure the rationality of the calculation method， and the wave head coefficient at both ends of each band signal is the key content of the calculation. In the calculation， the largest frequency band signal should be selected as the characteristic frequency band， and the central frequency of this frequency band is the important data for calculating the traveling wave velocity of cable， so it is necessary to ensure its accuracy. In the characteristic frequency band， the TT transform algorithm is used to accurately determine the arrival time of the traveling wave head. This is the cable line single-ended traveling wave ranging method based on fault characteristic band and TT transform， which can improve the effect and accuracy when used in high-voltage cable fault location.

Keywords： fault characteristic frequency band; TT transform; cable line single-ended traveling wave ranging

引言

近年來，我國社會經濟水平不斷提升，電纜基礎設施的建設也越來越多，發(fā)生故障的概率也隨之增加。受電纜敷設方式特殊性的影響，發(fā)生故障后無法直觀地對故障進行檢查，因此加強對電纜故障測距方式的研究對于提高電纜安全與穩(wěn)定具有重要意義。離線測量是電纜故障測距的傳統(tǒng)方法，會造成測距效果不佳、容易影響電纜壽命等問題，無法滿足新時期電纜故障測距的需求。利用行波對電纜故障進行測距是改善傳統(tǒng)測距方法弊端的重要方式。行波測距在電力故障測距中得到了一定的運用，但對于頻率相關更強、色散更嚴重的電纜而言，運用行波測距時必須要考慮到行波起始點與恒定行波波速帶來的誤差。對暫態(tài)信號進行小波分解和重構成，選取多個頻帶信號中的一個作為特征頻帶，并根據其中心頻率進行波速檢測及達到時刻確定，以提高電纜線路故障測距準確度。

1 確定故障特征頻帶的方法以及行波速度的測定方法

什么是小波分解呢？實際上就是指將原信號的頻帶進行分離之后的不同頻帶信號再通過小波重構濾掉高頻噪聲，僅保留有用的信號，這個過程就被稱之為小波分解。在小波分解完成后，可以發(fā)現，初始波頭以及故障點發(fā)射出的反射波頭他們的頻帶特征都會有一定的差異性。特征頻帶的選擇需要選取最能代表行波波頭的頻帶，然后在特征頻道中進行行波到達時刻的確定及波速的確定。從故障點的反射波時域表達式中可以觀察到，故障點的反射波也就是被延時之后的電纜初始行波波頭，那么就可以得出：初始行波波頭與故障點所凸顯出來的反射波頭是相似的。用對應的分析計算法得出每個頻帶下初始波頭和反射波頭的相關系數，相關系數更大，說明在這一頻帶之下，初始行波波頭與故障點所呈現出的發(fā)射波頭之間也就越相似，呈現出的特征也就越明顯。因此，這一頻帶被稱作為“特征頻帶”。

從各層小波重構系數來看，當出現近端電纜故障問題時，高頻分量的衰弱程度會相對減弱，因此可以知道：在此頻帶下，初始行波與故障發(fā)射波之間，所表現的系數是越來越大，因此也就把一頻帶叫做特征頻帶。如果是出現遠端電纜行波故障，其故障點的反射波的頻帶行波分量衰弱的速度也就越快，同時故障點呈現出的反射系數也會隨過渡電阻的增加而降低，導致在行波頻率到達可測量點時，初始的行波發(fā)生了變化。由此可以得出結論，雖然故障出現的位置有差異，但是行波的特征頻段移動的方向都是一致的。

可以通過計算兩個行波波頭呈現出來的相關系數，來進行確定相關的參數，同時需要將不同頻帶呈現出的中心頻率記錄下來，記錄數據如表1所示。由表1可知，頻帶不同，行波的速度也會有一定的差異。

2 TT變換算法在波頭到達時刻確定中的運用

2.1 TT變換的簡單概述

TT變換是一種實時分析法，也就是通過對信號時域進行局部的分析之后，將其轉化為二維時域的展示狀態(tài)。TT變換法可以有效規(guī)避信號噪音對頻率造成的影響，被廣泛運用于多種頻率成分信號的局部化中。TT變換雖然來源于S變換，但相較于S變換，其對于信號時域特征的描述方面具有更好的優(yōu)勢，可以使表達出的信號故障初始時間更加的準確。TT變換分析方式具有極性特征，在非平穩(wěn)信號的處理方面具有十分好的優(yōu)勢。

TT變換分析方式是一種將一維的時域信號轉換為二維時域信號的分析方式，在對時域信號進行局部轉化的過程中，其頻率的聚焦處理方面有著較好的優(yōu)勢，能夠將低頻信號壓制住，并且突出高頻信號。另外高頻分量的一個最大特征就是行波波頭的到達時刻一直都是保持在一定的標準中。這是由于TT變換方式具有較好的極性特點，可以將行波波頭的起始時間準確計算出。根據TT變換的頻譜展示圖可以看出，越靠近對角線，其能量越高。

2.2 行波到達時刻的確定

選取兩個特殊序列并加以分析，可以看出高頻成分比低頻成分的幅值高，但是原信號中的低頻分量的幅值是比較高頻分量的幅值更高。

在行波測距的過程中，會把初始行波的到達時間作為檢測到達兩個側端的最高頻率分類的到達時間，而其中TT變換中對元素的能源是大于遠離對角線的。而且可以分析得出，對角元素周圍的高頻成分相比較低頻成分，高頻成分的積極能力更強，總的來講，以對角線元素為中心的分布范圍對頻率分布是有著一定影響的，分布范圍越窄，低頻分布也就越廣[4]。

另外從緊支性方面來分析，TT變換的緊支區(qū)間相比較小波函數，要小一些，所以TT變換的局部化能力更強，進而得出TT變換對行波波頭到達時刻的確定更加準確的結論。分別用TT變換和小波函數對行波波頭的到達時刻進行確定。

2.3 小波變換與TT變換結合的行波測距

首先，將暫態(tài)行波信號進行小波分解并重構，選擇其中相關系數最大的頻帶為特征頻帶，利用該頻帶的中心頻率進行波速確定，再利用TT變換確定行波波頭的到達時刻，然后用電阻性障礙、電弧故障對測距方法進行說明[2]。

如果當外部條件恒定，電弧電流在一定的時間之內，維持某一值的時候會產生電弧電導值，在對電弧特性進行實時監(jiān)測的時候，其電弧電壓可以被看作是一個方波信號，而方波信號也就是奇次諧波累加。通過方波信號來判斷奇次諧波和偶次諧波，奇次諧波越大，偶次諧波也就越小。

3 結束語

TT變換會受到電纜線路參數頻便特性對行波傳播特性的影響，所以為了提高測距準確性，在利用TT變換進行電纜故障測距的時候，需要將小波變換與TT變換相結合來進行行波測距。首先要將故障暫態(tài)信號用小波進行分解和重構，選取最能體現行波特征的頻帶為特征頻帶，然后用該頻帶的中心頻率來進行波速計算;TT變換中對角元素附近的高頻成分距離能力更高有限支撐更窄，便于行波波頭到達時刻的確定，所以將小波與TT相結合進行行波測距能夠提高行波測距的準確度。

參考文獻：

[1]束洪春，田鑫萃，董俊，等.利用故障特征頻帶和TT變換的電纜單端行波測距[J].中國電機工程學報，2013（22）：103-112.

[2]昆明理工大學.一種利用故障特征頻帶和TT變換的電纜單端行波測距方法：CN201210539698.5[P].2013-04-03.

[3]陳琛.基于自然頻率的高壓電纜單端行波故障測距方法研究[D].山東理工大學，2016.

[4]苗淑賢.基于小波變換的電力電纜單端行波測距的實現[C].//中國電機工程學會.2012年中國電機工程學會年會論文集，2012：1-6.