基于電流行波圖像的輸電線故障類型識別

張洪偉 何 義

（貴州大學(xué) 電氣工程學(xué)院,貴州 貴陽550000）

1 概述

目前在輸電線路故障的研究中有了許多的成果，如：文獻(xiàn)[1]中提出了小波變換法，可以獲取行波信號的頻率信息，但此方法不具有自適應(yīng)性，難以采取小族一波對所有的故障類型進行分析。文獻(xiàn)[2-3]中提到獲取的行波電壓和電流存在干擾對波頭信號產(chǎn)生影響，使得波頭不再像理想情況時那樣清晰，給波頭識別帶來困難。以上的研究中因為存在干擾和實際情況的問題導(dǎo)致故障的定位不準(zhǔn)確、計算量復(fù)雜、診斷的耗時長的現(xiàn)象。為了提高故障測距和定位分析的正確性，本文主要的過程分為特征提取和分類器模式識別設(shè)計，本文提出了一種對故障電流行波波譜圖識別的方法。

2 故障電流行波波形模式識別流程

針對電流行波時域波形圖像的模式識別包括步驟：輸入局放時域波形圖像、局放時域波形圖像預(yù)處理、局放時域波形圖像識別。其中圖像預(yù)處理步驟中利用圖像處理技術(shù)將輸入圖像進行較好的特征表達(dá)，有助于識別分類。

圖1 模式識別過程

3 行波圖像采集及處理

電流行波采集系統(tǒng)由電流行波傳感器，信號調(diào)理單元、示波器，圖像采集卡采集卡、控制單元等組成。本文利用供電局在輸電線路雙端安置的電流行波傳感器采集行波，在輸電線路發(fā)生故障時刻，采集1200us 的波形，經(jīng)過信號調(diào)理單元，把波形傳入示波器，之后把波形采集到圖像采集卡當(dāng)中。

采集到雷擊故障中的繞擊和反擊的典型波形，另外采集到樹障、山火兩種故障典型波形。

本文應(yīng)用二值形態(tài)學(xué)的基本變換腐蝕和膨脹。若用記號B[x]表示集合B 關(guān)于向量x 的平移，則可以表示為

式（1）表明，集合B 中的每一個元素b（向量）都與向量x 相加后形成的新集合B[x]。

稀疏降噪處理：

采樣的行波信號通常容易受到各類噪聲的影響，本文中引入形態(tài)學(xué)濾波器對噪聲進行濾除。對信號f 進行閉- 開運算，則可以得到兩種形態(tài)交替濾波器如下：

4 故障圖像類型識別

模式識別方法是利用模糊數(shù)學(xué)中的概念、原理與方法解決分類識別問題。模式識別的本質(zhì)特征：一是事先已知若干標(biāo)準(zhǔn)模式，稱為標(biāo)準(zhǔn)模式庫；二是有待識別的對象。

建立問題的數(shù)學(xué)模型：

設(shè)在論域X 上有若干模糊集：A1，A2，…，An∈F ( X )，將這些模糊集視為n 個標(biāo)準(zhǔn)模式，x0∈X 是待識別的對象，討論x0應(yīng)屬于哪個標(biāo)準(zhǔn)模式Ai( i =1，2，…，n ) 。最大隸屬原則：設(shè)Ai(i=1，2，3，…，c)是論域U 上的模糊集，這里每個模糊集Ai，表示一個模糊模式類 ωi。論域中的各個元素x 對每個Ai都有隸屬度，如果對于給定的

貼近度定義：設(shè)A,B|F(U),

為A 與B 的內(nèi)積

為A 與B 的外積。

按照上面方法采集每一段的電流行波圖，利用數(shù)字轉(zhuǎn)換器軟件將每一塊塊圖像數(shù)字化處理。所以每一個不同區(qū)域?qū)τ诓煌ㄐ螆D，也會對應(yīng)不同的模糊矩陣。

5 實驗結(jié)果及分析

本文主要使用最大隸屬原則和擇近原則法。共討論五種線路故障原因：非雷擊（A：樹障，B：山火，C：飄浮物，D：覆冰）和E：雷擊。通過對采集到的5 種標(biāo)準(zhǔn)模式下波形圖的3 種征兆，分別為：B1：半峰值時間小于50μs，B2：波前時間小于80μs，B3：電流峰值500A。實驗結(jié)果表明，貼近度最大的說明此段線路與該故障的相似度最大。根據(jù)故障電流波形實驗分析，得出故障原因與故障征兆的隸屬關(guān)系模糊矩陣：

六段線路待測對象分別對波形圖識別，記為Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,得到數(shù)據(jù)表格

測量項目 B1 B2 B3 Y1 0.7 0.8 0.3 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 0.5 0.6 0.6 0.5 0.7 0.9 0.5 0.4 0.6 0.8 0.5 0.4 0.5 0.7 0.8

根據(jù)

分別計算六段格貼近度為

線路1 與故障A 貼近度：

線路1 與故障B 貼近度：

線路1 與故障C 貼近度：

線路1 與故障D 貼近度：

線路1 與故障E 貼近度：

所以線路一最有可能是故障E，即雷擊。

6 結(jié)論

本文在輸電線路故障的定位上，對比傳統(tǒng)的單端法和雙端法的基礎(chǔ)上，提出了一種對故障電流行波波譜的識別和圖像的處理，進而對輸電線故障進行精確的定位。