基于信号特征的输电线路运行故障智能检测技术.pdf

TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化114 科学与信息化2023年9月上基于信号特征的输电线路运行故障智能检测技术吴跃华国网中卫供电公司 宁夏 中卫 751700摘 要 为了提高输电线路运行故障检测效果，基于信号特征设计输电线路运行故障智能检测技术。利用信号特征分析法提取运行故障信号；根据重叠度关系确定故障信号相关程度，设定处理级别，设计运行故障智能跟踪算法，完成输电线路运行故障智能检测。实验结果表明，设计的检测技术在不同运行工况下检测到的三相故障接地电压与实际电压均较为接近，证明检测效果具有准确性，可以维护输电线路正常运行。关键词 信号特征；输电；线路；运行；故障；智能检测Intelligent Detection Technology of Transmission Line Operation Fault Based on Signal CharacteristicsWu Yue-huaState Grid Zhongwei Power Supply Company,Zhongwei 751700,Ningxia Hui Autonomous Region,ChinaAbstract In order to improve the detection effect of transmission line operation fault,an intelligent detection technology for transmission line operation fault is designed based on signal characteristics.The signal characteristic analysis method is used to extract the operation fault signal;According to the overlap relationship,the correlation of fault signals is determined,the processing level is defined,the operation fault intelligent tracking algorithm is designed,and the intelligent detection of transmission line operation fault is completed.The experimental results show that,three-phase fault ground voltage detected by the designed detection technology at different operating conditions is close to the actual voltage,which proves that the detection effect is accurate and can maintain the normal operation of the transmission line.Key words signal characteristics;power transmission;line;operation;fault;intelligent detection 引言我国对电力的需求与日俱增1，布设的输电线路越来越复杂，极易出现运行故障。若无法对运行故障进行有效检测2，不仅会导致输电线路运行异常，还会出现严重的输电安全性问题。因此需要研究有效的输电线路运行故障智能检测技术。相关学者提出了一些研究，例如基于移动跨越架的输电线路运行故障智能检测技术3，其主要运用网络矩阵提取故障特性，完成故障检测；基于大数据技术的输电线路运行故障智能检测技术，主要通过S变换及隐马尔可夫模型确定故障特征，实现故障检测4。但上述两种故障智能检测技术均需要使用观测序列生成检测模型，检测到的三相故障接地电压偏差较高，不满足目前输电线路的运行故障智能检测需求，因此本文基于信号特征，研究输电线路运行故障智能检测技术。1 输电线路运行故障信号特征智能检测技术设计1.1 基于信号特征提取输电线路运行故障信号利用信号特征分析法提取输电线路运行故障信号。在输电线路运行过程中，采集到的信号往往具有各种各样的噪声，影响最终的故障信号提取结果。因此本文使用信号特征法对采集到的故障信号进行去噪处理，获取有效的输电线路运行故障信号，首先可以对初次输入的输电线路运行故障信号x进行描述，如公式（1）所示：（1）式中，A代表混合信号矩阵，S代表独立源信号组成向量，此时可以根据独立成分分析原则制定去噪处理目标，如公式（2）所示：（2）式中，W代表噪声信号矩阵，X代表观测向量，结合上述的去噪处理目标及输入的故障信号，可以使用信号特征提取法设置故障信号提取函数，如公式（3）所示：（3）式中，代表信号特征独立分量，代表信号特征观测量，E代表单位方差，使用上述信号特征提取公式可以快速获取各个信号的独立分量，生成故障信号特征判别函数g，如公科学与信息化23年9月上内文0907.indd 1142023/9/8 17:34:02 TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化科学与信息化2023年9月上 115式（4）所示：（4）式中，u代表信号参量，针对上述提取的输电线路运行故障信号，可以进行有效的故障检测。1.2 设计输电线路运行故障检测智能跟踪算法在输电线运行故障智能检测的过程中，可以根据上节提取到的故障信号波形，评价故障信号重叠度关系和添加惩罚项优化跟踪算法，避免出现故障信号重叠问题，即保证故障检测效率的同时提高其检测准确性。首先可以设计智能跟踪算法的结构，如下图1所示。图1 故障检测智能跟踪算法结构图由图1可知，该算法可以根据故障信号与标准信号的重叠度关系确定故障信号状态，再根据故障信号相关程度，设定处理级别，完成智能跟踪。对不同信号的重叠度进行评价，如公式（5）所示：（5）式中，代表信号跟踪相似度，代表检测边缘框衡量度，代表重复消除权重，上式可以有效地对目前检测到的故障信号进行评价，根据相关程度确定信号处理等级，从而有效地获取处理阈值。当故障信号之间不存在过多的交集时可以横向对比信号的传递提取，从而对上述评价式添加惩罚项进行有效优化，此时的故障检测智能跟踪算法如式（6）所示：（6）式中，L代表故障信号跟踪范围，代表信号匹配参数，C代表信号覆盖系数。使用上述运行故障智能检测技术可以有效获取故障信号特征，进行智能化检测跟踪，最大程度上提高检测的准确度，避免出现故障信号重叠问题。2 实验为了验证设计的输电线路运行故障信号特征智能检测技术的检测效果，本文构建了有效的实验模型，将其与文献1、文献2两种输电线路运行故障智能检测技术对比，进行实验如下。2.1 实验准备结合实验的真实性需求，本文将某地区110kV、220kV的输电线路作为对照输电线路，设计输电线路节点IEEE实验模型，已知该输电线路存在10个连接节点，各个线路的长度为100km，且均使用双端供电法供电，生成的IEEE实验模型如下图2所示。图2 IEEE实验模型由图2可知，上述实验模型满足本实验需求，此时可以结合目前的标准采样频率设置实验参数，如下：将正序阻抗设置为8.0e9（pu）；零序阻抗设置为8.0e9（pu）；正序感抗设置为1.29e7（pu）；零序感抗设置为3.87e7（pu）；正序容抗设置为7.23589e5（pu）；零序容抗设置为7.23589e5（pu）。结合上述设置的实验参数及本实验需求可以规划10个不同的故障运行工况进行后续的实验：故障运行工况1为微风振动故障，其故障测距为10km，设置电阻为5，初始故障角为0；故障运行工况2为风偏故障，其故障测距为15km，设置电阻为10，初始故障角为15；故障运行工况3为次挡距振荡故障，其故障测距为20km，设置电阻为15，初始故障角为20；故障运行工况4为杆塔结构破坏故障，其故障测距为25km，设置电阻为20，初始故障角为25；故障运行工况5为雷电跳闸故障，其故障测距为30km，设置电阻为25，初始故障角为30；故障运行工况6为线路覆冰故障，其故障测距为35km，设置电阻为28，初始故障角为35；故障运行工况7为线路污闪故障，其故障测距为40km，设置电阻为30，初始故障角为40；故障运行工况8为外力破坏故障，其故障测距为45km，设置电阻为32，初始故障角为50；故障运行工况9为鸟粪闪络故障，其故障测距为50km，科学与信息化23年9月上内文0907.indd 1152023/9/8 17:34:02 TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化116 科学与信息化2023年9月上设置电阻为35，初始故障角为60；故障运行工况10为线路本体缺陷故障，其故障测距为55km，设置电阻为40，初始故障角为90，结合上述参数可以求解不同工况下的实际三相故障接地电压，其求解示意图如下图3所示。图3 三相故障接地电压求解示意图由图3可知，经过上述步骤求解后，故障运行工况110的实际三相故障接地电压值分别为95.5、102.4、110.5、118.5、125.4、133.2、141.8、152.6、168.7、184.5，可以将该值作为标准对照参数进行后续的输电线路运行故障智能检测实验。2.2 实验结果与讨论结合上述的实验准备可以进行输电线路运行故障检测实验，即分别使用本文提出技术、文献1提出技术以及文献2提出技术进行输电线路运行故障智能检测，记录3种方法在不同运行工况下检测到的三相故障接地电压，并将其与实际的三相故障接地电压对比，实验结果如表1所示。表1 实验结果输电线路运行工况实际三相故障接地电压（V）本文技术检测到的三相故障接地电压（V）文献一技术检测到的三相故障接地电压（V）文献二技术检测到的三相故障接地电压（V）195.595.5099.5184.742102.4102.35108.23105.123110.5110.44115.64101.854118.5118.50123.85136.585125.4125.50135.92154.696133.2133.15144.54132.36续表输电线路运行工况实际三相故障接地电压（V）本文技术检测到的三相故障接地电压（V）文献一技术检测到的三相故障接地电压（V）文献二技术检测到的三相故障接地电压（V）7141.8141.75153.36168.548152.6152.55166.25174.129168.7168.70178.41192.7410184.5184.50196.39199.55由表1可知，本文设计的输电线路运行故障信号特征智能检测技术在不同运行工况下检测到的三相故障接地电压与实际三相故障接地的电压相差较小，文献1的基于移动跨越架的输电线路运行故障智能检测技术，以及文献2的基于大数据技术的输电线路运行故障智能检测技术在不同运行工况下检测到的三相故障接地电压与实际三相故障接地的电压相差较大，证明本文设计的输电线路运行故障信号特征智能检测技术的检测效果较好，具有准确性，有一定的应用价值。3 结束语常规的输电线路运行故障智能检测技术的检测效果较差，不满足目前的智能检测需求，因此本文基于信号特征设计了一种全新的输电线路运行故障智能检测技术。实验结果表明，设计的智能检测技术的检测效果较好，可以为后续的输电线路维护做出贡献。参考文献1 李晓清,李志博,路瑶,等.基于移动跨越架的输电线路运行故障快速排除技术J.电子设计工程,2021,29(24):116-119,124.2 王沛.基于大数据技术的输电线路运行故障诊断关键技术J.电测与仪表,2021,58(5):182-189.3 王桥梅,吴浩,杨杰,等.基于曼哈顿距离的HVDC输电线路故障识别新方法J.四川轻化工大学学报(自然科学版),2022,35(4):75-84.4 田鹏飞,于游,董明,等.基于CNN-SVM的高压输电线路故障识别方法J.电力系统保护与控制,2022,50(13):119-125.科学与信息化23年9月上内文0907.indd 1162023/9/8 17:34:02