基于多源数据融合技术的输电线路故障定位方法

基于多源数据融合技术的输电线路故障定位方法

王伟 杨世平 王立

贵州电网有限责任公司电网规划研究中心 贵州省贵阳市 550000

摘要：生产企业的自动化程度正在提高，电气设备的稳定性在企业的电力和制造过程中随着电气设备使用量的增加而变得至关重要。但是，电气系统包含多种复杂的设备，电气设备的可靠性和稳定性保证了产品的自动化生产过程以及产品的工艺和质量。设备的可靠性、稳定性和恢复能力在实际生产寿命期间很难衡量，除非启动时间增加。设备在长时间运行期间会逐渐导致中断，而中断通常只能通过单一信息源的故障特征数量和诊断方法来完成。故障分析过程中，各种故障之间连接的多样性、不确定性和复杂性给故障排除技术带来了挑战。

关键词：多源数据融合技术；输电线路；故障定位；

引言

电力变压器作为电力系统中的重要设备，其在线监测非常重要。但是，目前的电力变压器检测大多采用单一类型的传感器进行，因实际诊断过程中存在设备结构复杂和运行环境不确定等因素，使得反映出的设备状态不完整，成为当前电力领域监测技术亟待解决的课题。作为一种智能、高效的故障诊断方法，基于多源信息融合的故障诊断在故障诊断领域的应用越来越广泛，应用水平也不断提高，已成为该领域的重要发展方向之一。

1多源信息融合理论

传统变压器检测只对单类传感器获得的数据进行处理，忽视了不同传感器之间的潜在联系。实际上，当电力变压器设备发生故障时会产生不同的故障现象，而一种检测方法只能检测到一种故障现象，使得误判时常发生。为了避免信息孤岛，高效利用多源信息，应针对不同的电力设备和应用场景，结合各自的具体情况构造切实的融合诊断方法。为考虑初步分类模型中误诊结果对综合决策的影响，本文引入权重因子wi对验算概率pi和训练样本的识别正确率qi进行修正。其表达式为

m(A)=piqiwi(1)

wi=a1w1i+a2w2i(2)

式中:a1———人工经验定义的检测可信度;a2———检测正确率;w1i———故障类型对应设备的置信度;w2i———信息熵，w2i=1－w1i。建立识别框架Θ={A1(正常状态)，A2(过度放电)，…，Am(低度放电)}，称函数m:2Θ→［0，1］为概率分配函数。假设对于空集，m()=0;对于A∈2Θ，∑m(A)=1。m(A)称为对A的基本概率分配，表示对命题A的精确信任程度。由不同的特征可以获取不同证据体的权重分配值m1，m2，m3，…，mm，则各证据体概率分配的组合过程为

m(A)=k－1∩∑Ai=A1∏≤i≤mmi(Ai)，A≠(3)式中:k=1－∑∩Ai=Φ∏1≤i≤mmi(Ai)。

定义支持命题A的那些证据的概率分配之和为置信度，即Bel(A)=∑BAM(B)。

2数据融合方法

贝叶斯理论是一种基于预测后概率的统计方法。再报告的可能性是根据抽样和预检查的可能性来确定的。从一般抽样中连续抽取抽样，得到整体统计数据。模糊理论是使用模糊特性的对象。根据物件的情况指定约束函数的值，方法是设定物件的关联函数并根据大小做出决定。故障树理论对故障特征进行定性分析，可以定量分析和评价。使用定性分析确定每个简单事件对事故的影响程度。D-S理论(Dempster-Shafer)是一种分析和处理不确定信息的非精确算法。他的核心思想是对一连串事件产生的原因的推测。证据理论与数据的结合建立在D-S组合中，并在早期的故障诊断中使用。

3基于多源数据融合技术的输电线路故障定位方法

3.1行波故障测距

1. A型单端行波测距法.一旦高压输电线路在运行过程中发生故障，故障点区域会向母线产生反向传播的电流与电压，此时的故障行波会在输电线路传播过程中发生不可逆的反射或者折射，而且逐步从衰减直至稳定。如此一来，假若将故障行波在高压输电线路故障点与母线位置之间相互往返一次的时间设为“t”，那么故障行波的初始波头势必将与行波反射波头产生的时间差相互对应。随后在高压线路末端装置精密的测量设备，就可以将反射波头与检测波头的时间差进行仔细比对，然后再结合行波实际的波动速率来进行推算，最终确定线路具体的故障位置。(2)D型双端行波测距法.客观而言，相比A型单端测距法，此类D型双端行波测距法主要通过线路两端与故障行波之间的时间差作为计算量，进而得出波动速率与时间差之间的乘积，这部分乘积则是高压输电线路实际的故障距离。D型双端行波测距法在工作进程中，需要在线路两端区域分别装置检测互感器，同时还要对其开展同步通信，以此来将故障行波的实际波头进行精准预测。先从两端母线区域开始采集信息，将此工作原理用于高压输电线路的故障定位，最终得出故障波抵达波头的时长，这样就可以很明显的判定线路故障位置。

3.2频谱分析法

与行波法相比，频谱分析法不需要对行波的波头进行识别，避免了混合线路存在的波头难识别的问题。但当存在干扰信号，且干扰信号在一个或者多个频点的能量高于故障行波固有频率的能量时，频谱分析法测距结果误差较大。固有频率主成分的识别决定了该方法的可靠性，若行波频谱主成分的频率过高，可能会超过行波采集装置的采样率，导致该方法存在测距的死区。同时，能否准确确定故障暂态信号的固有频率值将直接影响频谱分析法的故障定位精度.

3.2行波测距法

行波测距法利用输电线路的故障行波传输特性实现故障位置的判别。由于提取行波信号的时间窗很短，行波测距法基本不受系统运行方式的影响，较故障分析法测距精度高，因此得到了国内外学者的普遍重视。(1)单端行波法。单端行波法是通过记录由故障点向母线传播暂态行波的到达时间以及母线发射波被故障点再次反射后到达母线的时间，然后根据这2个时间的差值计算故障距离的方法。(2)双端行波法。双端行波故障定位是通过计算故障行波到达线路两端的时间差来计算故障位置，双端行波故障定位不受故障类型、线路长度、接地电阻等影响，其精度比阻抗法高。因此，混合线路双端行波故障定位方法被广泛研究.

结束语

随着信息科学技术的不断进步，未来的输电线路接地故障的定位技术势必将发展的愈发多元化、创新化，行业内有关技术管理人员必须导入极具时代前沿性的工作理念，敢于冲破传统思维，定期为自身充电，从国外先进输电线路工作案例中汲取成功经验，以此来推动国家电网建设事业的可持续发展.本文分析了基于多源传感器网络数据信息，将数据融合技术应用于电气设备故障诊断中。通过数据融合技术对各种多源故障数据信息进行综合处理，讨论了数据融合故障检测方法和数据融合技术的应用。为电缆、高压开关柜、电动机、变压器等电气设备的故障诊断的研究奠定基础。

参考文献

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