基于差分双正交小波熵的电力电缆故障定位方法

李少军

（国网宁夏石嘴山供电公司，宁夏 石嘴山 753000）

0 引 言

作为传输电能过程中不可或缺的一环，配电线路起到极为重要的载体作用[1]。在具体的运行过程中，为最大限度降低其对基础环境的影响，埋地电缆和架空电缆是较为常见的布设方式，对应的使用率也最高[2]。但是，受适应年限等客观因素的影响，其发生故障的可能性也是客观存在的。为了降低故障检修阶段的成本开销和时间开销，对故障位置进行精准定位成为了极为重要的工作内容之一。针对此，文献[3]提出了一种以行波互相关法为基础的故障定位方法，大大提高了定位的精准性，但是当故障距离与检测点的距离较大时，对应的定位结果误差较为明显；文献[4]提出一种以调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW）为基础的故障定位方法，能够实现对不同类型、不同状态电缆故障的有效定位，但是定位精准度存在进一步提升的空间。结合上述的分析结果可以看出，加深对于电力电缆故障定位方法的研究极为必要[5]。为此，文章提出基于差分双正交小波熵的电力电缆故障定位方法研究，并在仿真环境中，通过对比测试的方式分析验证了设计方法的定位性能。

1 电力电缆的故障定位方法设计

1.1 电力信号的差分双正交小波熵分析

为了能够实现对电力电缆故障的有效定位，文章将电力信号的差分双正交小波熵作为基准参数[6]。在提取电力信号差分双正交小波熵的过程中，引入了多分辨率分析理论，以此适应电力电缆运行状态多样化的属性特征[7]。其中，对于原始电力电缆运行状态信号的多分辨率小波分解处理方式可以表示为

式中：x(t)表示多分辨率小波分解处理后的电力电缆运行状态信号；cj(k)表示原始电力电缆运行状态信号的离散平滑逼近信号；j表示小波分解处理阶段对原始电力电缆运行状态信号的分解尺度；k表示平滑系数；φj,k(k)表示多分辨率小波分解的尺度函数；dj(k)表示原始电力电缆运行状态信号的离散细节信号，也就是小波变换系数；ψj,k(t)表示带通性质约束下的小波函数。按照式（1）完成对原始电力电缆运行状态信号的多分辨率小波分解处理后，对于差分双正交小波熵的提取采用了差分预处理方式，具体的实现方式可以表示为

式中：y(n)表示电力信号差分双正交小波熵参量；n表示多分辨率小波分解处理后，电力电缆运行信号突变点的奇异性差分值。

根据式（2）实现对电力信号差分双正交小波熵的提取，为后续的故障定位提供执行基础。

1.2 电力电缆故障定位

结合式（2）提取的电力信号差分双正交小波熵参数，在对电力电缆故障进行定位时，考虑电力电缆的运行状态信号实时更新，这就意味着在定位故障位置时也要适应信号的更新，作出相应的调整。以此为基础，文章设计的具体故障定位实现流程如图1所示。

图1 电力电缆故障定位流程

按照图1所示的方式，实现对电力电缆故障的定位。其中，将电力信号差分双正交小波熵作为故障信号的定位基准参数，通过匹配故障信号更新前后小波熵的一致性，确定当前的位置是否为实际的故障位置，以此确保最终定位结果的准确性和可靠性。

2 测试与分析

2.1 测试环境概况

在分析测试文章设计的基于差分双正交小波熵的电力电缆故障定位方法实际应用效果的过程中，以MATLAB/Sinmulink为基础，搭建了用于测试的电缆故障仿真模型环境。在此基础上，借助仿真系统，模拟不同的电缆线路故障状态，实现对具体电压和电流变化的还原。具体的故障状态设置过程中，结合实际的故障类型，分为单相接地故障、两相短路故障、两相接地故障以及三相短路故障。在测试环境构建过程中，具体的参数设置如表1所示。

表1 测试环境参数信息

以表1所示的测试环境参数设置情况为基础，在设计故障时，仿真时间设置为0.10 s，故障发生时间设置为0.025 s，故障位置以测试环境的左侧断点为起点，对应的距离分别为100.0 km、150.0 km、200.0 km、300.0 km以及500.0 km。

在具体的测试过程中，为了能够更加客观地对文章设计定位方法的性能作出评价，分别设置了不同的定位方法作为测试的对照组。具体的分别为文献[3]提出的以行波互相关法为基础的定位方法，文献[4]提出的以FMCW为基础的定位方法。

2.2 测试结果与分析

在上述测试环境的基础上，得到了不同故障定位方法的测试结果，具体的数据信息如表2所示。

表2 不同方法的测试结果对比

结合表2所示的测试结果对3种不同定位方法的性能进行分析。其中，在行波互相关定位方法的测试结果中，对于故障位置的定位结果受具体故障类型的影响并不明显，但是整体定位准确性与故障距离之间存在直接的相关关系，当故障距离为100.0 km时，对应的定位误差稳定在1.5%以内，但是当故障距离为500.0 km时，对应的定位误差达到了5.0%以上。在FMCW定位方法的测试结果中，对于不同类型故障、不同距离故障的定位结果表现出了较高的稳定性，整体误差基本稳定在2.35%～3.52%。相比之下，在文章设计方法的测试结果中，不仅故障的定位结果不受故障类型和故障距离的影响，且对应的误差基本稳定在2.5%以内，最大误差也仅为2.85%。结合上述的测试结果与分析结果可以得出结论，文章设计的基于差分双正交小波熵的电力电缆故障定位方法可以实现对不同故障状态的精准定位。

3 结 论

在电力配网规模逐渐加大，覆盖率逐渐提升的背景下，对存在故障的电力电缆位置进行精准定位已经成为了极为必要的电力维护管理辅助手段之一。文章提出基于差分双正交小波熵的电力电缆故障定位方法研究，借助差分双正交小波熵实现对电力电缆运行状态数据的分析，实现了对具体故障位置的准确定位。借助文章对于电力电缆故障定位方法的研究与设计，也希望能够为实际的电力电缆维护管理以及故障检修工作的开展提供有价值的参考。