2024年4月30日发(作者：笔记本在哪里看配置信息)

２０１２年第４期　

（总第１２０期）　

信息通信　

ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ＆ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ　

２Ｏｌ２　

（Ｓｕｍ．Ｎｏ　１２０）　

小波变换在输电线路故障检测中的应用　

洪从鲁，赵慧　

，　

（郑州铁路职业技术学院，河南郑州４５００５２）　

摘要：介绍了小波变换与信号特变的关系，噪声对故障定位的影响；以小波奇异性检测理论分析了输电线路故障定位方　

法。ＭＡＴＬＡＢ仿真结果证明，小波基和分层次数的选择，在细节信号中，直接影响间断点的准确定位；实际采集到的信　

号，其噪声的消除的效果决定能否找到故障点；小波变换基本满足输电线路故障定位的稳定性、高精度、抗干扰能力强等　

要求。　

关键词：小波变换；故障定位；模极大值；输电线路　

中图分类号：ＴＭ７６　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—１１３ｌ（２０１２）０４．００１８－０２　

１小波奇异性检测工作原理及判别方法　

１．１小波变换模极大值同信号突变的关系　

设小波变换　”，（ｆ）在ｔｏ的某一领域￡中，对所有的ｔ均有　

输电线路故障时产生的信号是一种混合信号，小波变换　

把信号分解成不同的频带，小波变换用于输电线路故障定位　

时，分解尺度的选取，与故障状态信号中所含的频率成分及采　

Ｉ　，（，）Ｉ＜Ｉ　）ｆｉｆｏ）ｌ　（１）　

样的高低等均有关系，如果尺度选择太小，则受噪声的影响比　

较大；如果尺度参数选择太大，则信号突变衰减比较厉害，突　

变不明显，甚至消失。在确定特征频带前，应先选择适当的分　

解层次，层次过少则频带宽度过大，信息量增加，可能会引入　

更多的干扰成分，降低了可靠性；反之如果层数过多则频带宽　

度过小，频带对应的采样点数过少，使得判据的灵敏度降低。　

因此，一般选择５到６层即可。　

则ｔｏ称为小波变换模极大值点，　”厂（ｆ）为小波变换模极大值。　

显然在小波变换模极大值对应于信号Ａｔ）在时域上的最大变化　

率，也就对应于信号的突变点。理论上，尺度７越小，小波变换　

模极大值点与信号突变点的位置就越准确。　

Ｌｉｐｓｃｈ　指数表明了突变点奇异性的大小，而小波变换模　

极大值刻画了突变点的位置，这两者之间是有着紧密联系的。　

Ｍａｌｌａｔ证明，如果小波函数　ｆ）连续可微，并且在无限远　

ｌ　一　一　

２仿真实验与结果　

电力系统中，大多数故障是由于短路故障引起的。在发生　

短路故障的情况下，电力系统从一种状态变化到另一种状态，　

产生复杂的暂态现象。本文以２５ＫＶ输电线路为研究对象，通　

过Ｍａｔｌａｂ７．０／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ／ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ建立了故障模型。０　

在实际系统中，三相线路发生单相短路时，对其中任意一　

相的数据进行分析可以起到对全部三相进行分析的目的。因　

处其衰减速率为Ｄ（　：ＪＴ‘＿Ｉ　），当在区间　，６Ｊ中时，信号Ａｔ）的小波　

变换满足　

ｌ　，，（ｆ）ｌ＜ｋ（２　）　（２）　

两边取对数可以得到ｌｏｇ２ｌ　，，（ｆ）Ｉ　ｌｏｇ２　ｋ＋ｊａ　（３）　

此，本仿真设置了Ａ相线路短路故障，并对Ａ相故障信号进行　

了小波变换。　

式（３）将尺度与指数联系起来，即当Ｌｉｐｓｃｈｉｔｚ指数ａ＞Ｏ时，　

小波变换模极大值将随尺度．，的增大而增大；反之当Ｌｉｐｓｃｈｉｔｚ　

指数ｃｔ＜０时，小波变换模极大值将随尺度７的增大而减小。在　

处理信号时，可以观察在多个尺度下模极大值的情况，如果模　

极大值随着尺度．，的增大而减小，可以认为该模极大值对应的　

突变点是由噪声干扰引起的而剔除。　

使用理想三相电压源作为电路的供给电源，使用分布参　

数输电线路（ＤｉｓｔｉｒｂｕｔｅｄＰａｒａｍｅｔｅｒＬｉｎｅ）作为输电线路，输电线　

路Ｌｉｎｅｌ的长度为ｌＯＯｋｍ，输电线路Ｌｉｎｅ２的长度为ｌＯＯｋｍ，使　

用三相电路短路故障发生器进行了故障模拟，电压源为Ｙ接　

法，输电线路Ｌｉｎｅ２端为中性点接地。　

１．２小波函数及分析尺度的选取方法　

小波函数的特征主要从时域、频域、时频域综合等三个方　

面来描述的。用于故障定位的小波函数应具备：（１）能够区分　

不同类型的暂态干扰：（２）能很好地确定暂态行波信号到达的　

时间；（３）时频震荡少；（４）时频分辨率高，频域分辨率便于调　

节；（５）能量集中，要求小波时窗频窗积分小。在输电线路行　

波测距中，对信号奇异性时刻的检测要求较高，一般选取ｄｂ小　

波进行多频带信号分量的提取与信号分量的能量表征。　

一—

样本序号　

图１一Ａ相故障电流波形　

［５】　

ＥＥＥ．ＩＥＥＥ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　ｆｏｒ　ＩＰ－ＸＡＣＴ，Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｆｏｒ　

Ｐａｃｋａｇｉｎｇ，Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ，ａｎｄ　Ｒｅｕｓｉｎｇ　ＩＰ　ｗｉｔｈｉｎ　Ｔｏｏｌ　Ｆｌｏｗｓ　

０　

［２】ＢＩＣＥＲ　Ｍ，ＬＥＥＰＥＲ　Ｓ．Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ｐｏｒｔａｂｉｌｉｔｙ　ｆｏｒ　Ｓｐｅｃｉａｌｉ一　

ｚｅｄ　Ｈａｒｄｗａｒｅ　ｉｎ　ＪＴＲＳ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｄｅｆｉｎｅｄ　Ｒａｄｉｏｓ［Ｒ／ＯＬ］．　

２００６．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅ．ｃｏｍ　

【Ｍ】．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ｔｈｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎｃ，２０１０．　

［３】ＯＭＧ．Ｃｏｍｍｏｎ　Ｏｂｊｅｃｔ　Ｒｅｑｕｅｓｔ　Ｂｒｏｋｅｒ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ：Ｃｏｒｅ　

Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｖ３．０．３．２００４　

［４】ＫＵＬＰ　Ｊ．Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ｐｏｒｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｒ／ＯＬ］．　

２００８．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅ．ｃｏｍ　

１８　

作者简介：邓刚（１９７９一），男，山东龙口人，研究方向为通信技术。　

信息通信　洪从鲁等：小波变换在输电线路故障检测中的应用　

图５是经过去噪后的信号。能够显示出故障信号的大致　

图１为发生Ａ相故障时在信号采集装置上采集到的故障　

电流波形，装置的采样频率为１ｋＨｚ，即采样时间隔为Ｏ．００１ｓ，　

　

９ｐ　９ｐ　甚　￡ｐ　

波形。

仿真开始后Ｏ．０２５ｓ时发生了短路故障，取１０００个采样点。

０　∞　∞０　

　

对故障电流信号选用ｄｂ５进行了６层分解，得到了图２　

∞　

所示分解信号。　

图２中可以看出，经过ｄｂ５小波６层分解后，在细节信号　

部分能清晰地显示出间断点的准确位置，也即模极大值位置。　

在该信号的小波分解中，第一层和第二层细节信号中（ｄｌ和　

ｄ２）对信号的不连续性显示得相当明显，因在间断点处包含有　

高频部分。由此也说明了小波变换模极大值与奇异点位置关　

系。　

在现场采集的信号中，含有大量的背景噪声，因此是一种　

混合信号，图３为加入噪声信号后的故障波形。　

０　０２ｏ　４００　ｅｏｏ∞Ｏ　１０００　１２００　

样本序号ｎ　

图２　６层ｄｂ５分解细节信号　

采样序号ｎ　

图３加入噪声后的故障信号波形　

图４为加入噪声后经过ｄｂ５小波处理后的波形，第一层　

和第二层细节信号中（ｄｌ和ｄ２）奇异点难以分辨，从模极大值　

上分辨更不明显。必须经消噪处理。　

１００　

笔

０　

．

１∞

５

，

０　

％盘　

５０　

甚

．　

％耋　

１００　

０　

．

１００

’　

．

１００　

０　２００　４００　６００　８００　１０００　１２００　

采样序号ｎ　

图４含噪故障信号经ｄｂ５分解后的波形　

乇　

消嗓后的信号　

０　０　

图５消噪后的故障信号　

图６对消噪后的故障波形进行了ｄｂ５小波６层分析，从　

分析结果上可以看出，与无噪声的故障信号分析波形上没有　

太大的区别，可以清楚地看出模极大值点与故障发生时刻的　

一

致性。　

１００　

ｊ窖０　

‘

１００　

２０　

号

０　

．

２０

２０　

甚

０　

－２０

２０　

霭

０　

＿２０

１０　

０　

。

１０　

５　

毛０　

－５　

０　４００　６００　

采样序号　

图６消噪后的故障信号经６层小波分解　

本仿真对三相短路故障发生器设置了转换时间，在　

Ｏ．０２５ｓ时故障发生器处于闭合状态，到０．０３ｓ时转换为打开　

状态。　

３结语　

本文根据输电线路故障查找快、定位精度高的要求，对小　

波变换在输电线路故障定位方法进行了探讨。介绍了小波变　

换模极大值与信号特变的关系，然后研究了在输电线路故障　

中分解尺度及分解层数的选取方法，实验仿真结果证明，采样　

信号中的噪声消除以及分解尺度和层数的选取，直接影响到　

故障点的定位，小波变换在输电线路故障定位中，能基本满足　

定位的准确性、抗干扰性的要求。　

参考文献：　．　

［１】任震等．小波分析及其在电力系统中的应用［Ｍ】．北京：中　

国电力出版社，２００３　

［２】徐青山．电力系统故障诊断及恢复［Ｍ】．北京：中国电力出　

版社，２００７　

［３】吴天明，赵新力，刘建存．ＭＡＴＬＡＢ电力系统设计与分析　

［Ｍ】．北京：国防工业出版社，２００７　

作者简介：洪从鲁（１９７３．），男，主要从事电力系统故障诊断方　

面的研究；赵慧（１９８５．），女，主要从事机电系统设计及故障诊　

断科学研究工作。　　－

ｌ９