基于小波变换的输电线路故障定位

安徽理工大学电气与信息工程学院 陈光洋 李红月

架空输电线路发生故障时会产生在线路中来回折反射的携带故障信息的电压、电流行波。通过采用小波理论对故障行波的中信息进行分析，及时准确的发现故障点位置。本文通过Matlab/Simulink搭建输电线路仿真模型，验证小波理论在处理故障信号上不受故障类型影响的同时能提高定位的精确性。

近些年来，中国的电网建设不断发展，在输电距离和电压等级都在不断突破。输电线路作为整个输电系统的生命线，一旦发生故障导致电力中断，即使是短时间的暂停供电也会极大程度的影响人民生活和社会的正常运行。电力行业作为我国经济发展的不可或缺的重要支柱产业，社会各行各业对于电力系统的稳定与可靠运行性要求也在不断提高。如何准确迅速地识别故障行波携带的有用信息，进行精确的故障测距是实现电网快速恢复运行的关键。利用小波变换对获取故障行波进行分解、重构，精确识别检测出信号奇异点的位置。进而结合行波测距算法进行故障定位。

1 小波变换理论

小波变换理论改善了傅里叶变换的缺点。连续小波变换的定义是：

其中，a是尺度伸缩参数，b是位移参数，为基小波函数，是的共轭函数。

离散小波变换（DWT）是对a，b进行离散：

小波变换检测奇异信号的实质是对信号边缘检测，当行波信号变换较大即奇异点会在不同尺度上产生模极大值。模极大值点对应故障信号的突变点时刻。本设计在模型某一时间点设置故障，选用db5小波对信号进行分解，实现故障精确定位。

2 Matlab仿真模型

选用Simulink平台搭建110kV输电线路进行故障仿真。图1为系统仿真模型。

本仿真模型的参数：电源模块为理想三相电压源，输入电压为110kV，频率为50Hz；输电线路总长为200km，单位长度正、零序电阻：R1=0.02083Ω/km，R0=0.1148 Ω/km；单位长度正、零序电感：L1=0.8984mH/km，L0=2.2886mH/km单位长度正、零序电容：C1=0.013μF/km，C0=0.0052μF/km；接地电阻为10Ω。计算出波速为：

通过三相故障发生器设定输电线路上较为容易发生的A、B相短路故障。故障发生时间设为0.035s，发生故障点距A点50km，发生故障时的波形为图2。从图2可以明显看出，电压波形在故障发生时出现了明显的波动。

对故障电压行波信号使用db5小波4层分解的结果如图3所示。

通过对小波分解图高频信号进行模极大值序列分析，模极大值M1对应第170个采样点，M对应第510个采样点，可得出时间间隔Δt，代入测距公式：

图1 故障仿真模型

图2 A、B相发生短路故障

图3 分解波形图

分别选取不同故障距离进行仿真分析，研究对象仍为故障相电压。其结果如表1所示。

表1 不同故障距离仿真结果

经过仿真模拟，结果误差较小，表明使用小波变换的测距方法是比较准确和可靠的。

结束语：本文介绍了利用小波变换的理论用于输电线路的故障测距。能够快速准确的确定故障点的位置，大大减轻了巡线负担，尽早排除线路故障，恢复正常供电。仿真结果表面：基于小波变换的测距方法能够较好的运用于故障定位。