故障定位中小波基的选择研究.pdf

第2 9 卷第9 期 2 O O 8年 9月煤矿机械 C o a l Mi n e Ma c h i n e l v 0 1 ． 2 9 No． 9 S 印． 2 008 故障定位中小波基的选择研究* 田书。。贾纯纯。。马超。 1 ．河南理工大学电气工程与自动化学院，河南焦作 4 5 4 0 0 3 ；2 ．平顶山工业职业技术学院，河南平顶山 4 6 7 0 0 0 摘要讨论了基于小波变换的矿井高压电网中暂态信号的分析应用，根据故障信号特征与小波基函数的内在联系，以及故障暂态信息中的有效信号和随机噪声的小波变换所体现的不同特征，对矿井高压电网故障定位中，暂态信号检测的小波基函数的选择进行了系统的分析研究。 M A T L A B仿真结果表明，根据信号特征选择的小波基函数具有很强的检测能力和检测精度。关键词故障定位；小波变换；小波基；尺度函数中图分类号T P 3 0 6 ；T P 3 9 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 一 c r 7 9 4 2 0 o 8 0 9 0 2 0 5 - 0 3 Ch o o s e a n d S t ud y 0 f W a v e l e t Fu n c t i 0 n i n Fa u l t Lo c a t i 0 n T I AN S h u 。。J I A C h u nc h u n ，MA C h a o 2 1 ． E l e c tr i c al E n g i n e e r i n g a n d A u t o m a ti o n C o l l e g e ， H e n an P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y ， J i a o z u o 4 5 4 0 0 3 ； 2 ． P i ngd i n g s h a n I n d u s t r i a l V o c a t i o n a l T ech n o lo g i c al C o ll e g e ，P i ngd i n g s h a n 467 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e a n aly s i s a p p l i c a t i o n o f t r a n s i t i o n s i g n al a t mi n e h i g h v o l t a g e n e t wo r k b a s e d o n t h e wa v e l e t t r a n s f o r ma ti o n i s d i s c u s s e d．An aly z e s a d i ff e r e n t wa v e l e t t r a n s f o r m c h a r a c t e r i s t i c wh i c h i n t he e ffe c t i v e s i g , an d the r a n d o m n o i s e， s t u d i e s an d e mb o d i e d the c h o i c e o f wa v e l e t p r i ma r y f u n c t i o n wh e n d e t ect i n g an d i d e n t i f y i n g the f a u l t s i gn al c h a r a c t e ris t i c s i n the t r a v e l i n g wa v e r a n g e fin d e r prot ect i o n o f mi n e h i g h v o l t a g e p o we r ．MAT L AB s i mu l a t i o n r e s ult s s h o w that s e l e c t ed wa v e l e t p rima r y f u n c t i o n a c c o r d i n g t o the s i g n al f e a t m e h a s a s t r o n g d e t ecti o n c a p a b i l i t y an d d e t ec ti o n p r e c i s i o n． Ke y wo r d s f a ult l o c a tio n；wa v e l e t t r a n s f o rm ；wa v e l e t f u n c t i o n；s e ali n g f u n c t i o n 1 暂态行波的小波分析电力系统暂态信号一般为连续信号，具有高阶奇异性。小波变换具有时频局部化性能，可以检测信号的突变点，利用小波变换模极大值和突变点一一对应的关系，可以准确检测到故障行波到达时刻，从而精确定位故障发生点。煤矿电网属于单端供电的多级电缆线路网络，每级电缆长度最长不超过 2 0 0 0 1 T I ，最短的也都在 2 0 0 1T I 左右，为了接近实际情况，在本文中所建模型的各级电缆线路的长度都在 2 0 0 ～ 2 0 0 0 1T I 。图 1 为井下简化供电系统仿真图。图 1 系统仿真图 E为等效电源，线电压为 6 k V，设置三相功角为一1 2 ． 5 。，一1 3 2 ． 5 。， 1 0 7 ． 5 。；线路正序参数 R 1 0 ． 1 9 5 Q ／ l【 m， X 1 0 ． 3 6 1 2 ／ k m， C 1 0． 1 6 3 t ／ k m；线路零序参数 R 0 0 ． 7 4 3 Q ／ l【 m， X 0 0 ． 8 3 f ／／ k m ， C o 10． 0 5 2 g F／ k m。 *煤炭青年基金 1 1 7 1 6 0 图 2示出了图 1中线路 MN在距离母线 M1 ． 1 k m处发生 A相接地时 A相电压波形和它的小波变换及小波变换模极大值，截取故障后 0 ． 0 0 1 S的图形，设置系统采样率为 1 MH z 。用小波表示故障信号，就是对它们实施小波变换。由图 2可见，随着初始行波和各次反射波陆续到达检测点，电压出现突变，突变的增量就是不同频带下的行波分量，同时示出了电压的小波变换模极大值。显然只要检测出行波突变时刻相邻 2个模极大值点的位置，即可计算出故障距离。图 2 A相电压及其小波变换仿真图 2 小波函数对比小波变换理论上有无限多种小波基，可以满足各种问题的需要，但是，必须根据具体问题来选择合适的小波基，否则就难以达到满意的效果。在工程 __ _ 2 0 5 - -- 维普资讯 2 瞳室生基的选择研究田书，等第 2 9 卷第9 期信号分析中常用 G a u 1 和 B 样条两大系列小波，本文则主要对这 2种进行分析比较。 G a u s s l 小波是高斯密度函数的一阶导函数，是一种非正交与双正交的小波，没有尺度函数，其小波函数表达式为 t 一 t e 一芎 1 B样条小波不仅是连续的，而且是对称的。B 样条的定义一阶基数 B一样条 Ⅳ1 是单位区间 [ 0 ， 1 ] 的特征函数 0 1 。 ’ D 2 而对于 m≥2 ， Ⅳ m 用卷积递推定义 lm lm 一 1 * N 1 l lm 一 1 一￡ N 1 t d t l 一 1 t d ￡ 3 2 ． 1 消噪对比电力系统行波信号频率很高而能量很小，这与噪声信号十分相似，所以对行波信号进行消噪是提高行波保护可靠性的重要手段。日常出现的噪声都是服从或近似服从高斯分布。高斯白噪声的平均稠密度是反比于尺度的，尺度越大，其平均稠密度越稀疏。对于一阶 G a u s s H小波和三次 B样条小波，计算的平均稠密度 d 。一1 ． 5 8 ／／170 “ ， d 一2 ． 7 4 ／ 7 c s 。一阶 G a u s s H小波窗口为[ 一3 √ 2 ， 3 √ 2 ] ，三次 B样条小波在尺度 s时的窗口为 [ 一2 s 1 ， 2 s 1 ] ，若取时窗大小相同，则有 s 2 ． 1 2 a ，因此 d 一 1 ． 2 9 ／ h a 。很显然 d G d B ，一阶 G a u s s H小波对噪声产生的模极大值稠密度大于三次 B样条小波对噪声产生的稠度，也就是说， B系列小波具有更好的噪声抑制能力。小波消噪比见图 3 。一～一一一． 0 0 蔚丽丽咭丽南 0 0 0 l o o t 。} _ _ j J _ T ． _ _r 一一 l O O 【．．．．．．．．． 1 ．．．．．．．．J ．．．．．．．．．． ‘ ．．．．．．．．． J ．．．．．．．．．。 L ．．．．．．．． ‘ ．．．．．．．．． JL ．．．．．．．．． L ．．．．．．．．．．．．．图 3 小波消噪对比 2 ． 2 定位精度对比在此文中根据矿井行波故障测距定位的要求，小波函数应具备如下的特点 1 首先要对故障行波信号的到来时刻进行定位，要求小波具有线性相位，这样每个尺度下暂态信号小波变换的模极大值点就与行波的到来时刻相对应。 2 要能准确确定暂态行波信号的到达时间，即容易提取行波的特征，所以，小波要有奇异性的检测能力。 3 行波信号的特点是突变点奇异度的阶次只有一阶，如果选择消失矩太高的小波会增加模极大值点的个数，反而不利于行波到来时刻的定位，所以选择小波只要具有一阶消失矩就可以。 ’ 4 要求时频分辨率高，同时考虑计算速度的要求，希望小波的时窗一频窗积分小。当线路在距离端母线即保护 2 0 ． 8 k m处发生 A相接地短路时，得到的 A相电压行波如图 4 所示。 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 8 0 0 0 9 0 0 0 1 0 0 0 0 r ， a 原始信号 1 0 0 0 _ J ～r ～一 I 1 0 0I I I I I I I I t I 1 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 8 0 0 0 9 0 0 0 1 0 0 0 0 b G a u s s H 小波变换图 4 2种小波的定位性能对比如图 4所示， G a u s s H小波反对称小波变换呈现过零值， BS p l i n e小波对称小波则呈现峰值。突变点的位置有时是由小波变换模极大值反映的，有时是由其过零点反映的。电力故障暂态与峰值突变更接近，对于峰值突变的暂态信号而言，小波分解呈过零点易受噪声干扰，因此，针对矿井电力电缆故障行波，应选取二次 B样条小波。 3小波分析尺度的选择选择分解尺度时，理论上，如果选择低尺度，则小波的模极大值点与突变点的对应就越精确，但是受噪声的影响较大，会产生非故障信号的模极大值点，对故障时刻定位带来麻烦。如果选取高尺度，则提取的行波波头频带较低，相应的频带较窄，频带内不同频率分量的波速差别大，行波的色散严重，而且容易受到工频信号影响，信号特征不明显，模极大值的出现时刻与实际的突变点有一定的延时，造成测距误差。在仿真中选择分解尺度时，利用低频高尺度的小波变换，消除噪音干扰，判断行波波头的大致位置，利用高频低尺度的小波变换提取故障信息，判断行波波头到达的精确位置。 - - - 2 0 6--- 维普资讯第 2 9卷第 9期 2 O O 8年 9月煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y V0 1 ． 2 9 N o． 9 S 印．20 08 卧式振动离心机与立式刮刀离心机比较及故障分析冯朱涛。赵艳平。石永超，何建新，饶颜涛，赵环帅天地科技股份有限公司唐山分公司，河北唐山 0 6 3 0 1 2 摘要目前卧式振动离心机和立式刮刀离心机是选煤厂常用的末煤离心脱水机。介绍了2 种离心脱水机的工作原理、结构与性能。分析 2种离心机在使用过程中常见故障，提出了解决问题的方法。关键词卧式振动离心机；立式刮刀卸料离心机；对比；故障分析中图分类号 T D 9 2 2 ；T D 9 2 6 ． 2 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 ． c r 7 9 4 2 O O 8 O 9 ． 0 2 0 7 ． 0 3 Co m p a r i s o n o f Ho r i z o n t a l Vi b r a t i n g Ce n t r i f ug e wi t h Ve r t i c a l S c r a p i n g Ce n t r i f ．g nd M a l f un c t i o n An a l 3 “ c r a p | n g Ce n t r ifu g e a n M a t t un c t i o n An a l y s i s F ENG Zh ut a o 。ZHAO Ya np i n g ，S HI Yo n gc h a o ，HE J i a nx ．m。RAO Ya nt a o，Z HAO Hu a ns h u a i T a n g s h a n B r a n c h ， T i a n d i S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y C o ． - L t d ．。 T a n g s h a n0 6 3 0 1 2 -C la i m Ab s t r a c t At pr e s e n t ，h o r i z o n t a l v i b r a t i n g c e n t rif ug e a n d v e r t i c a l s c r a p i n g c e n t r i f u g e a r e u s u a l l y u s e d f o r c o m mO B c e n t r i f u g e o f s l a c k c o a l i n c o a l p r e p a r a t i o n p l a n t ．Ea c h t y p e of t he wo r k i n g p r i n c i p l e，s t r u c t u r e an d p e r f o r ma n c e a r e i n t r o d u c ed ．T h e c o mmo n t w o帅 e s o f c e n t ri f u g e a r e a J 1 a l y z e d i n the a p p l i c a t i o n． p r o b l e ms a r e s o l v ed a t the s a me t i me． Ke y wo r d s h o ri z o n t a l vib r a t i n g c e n t rif u g e ；v e rti c al s c r a p i n g c e n t rif u g e；c o mp a r i s o n；ma l f u n c t i o n a n a l y s i s 1 2种离心机工作原理及结构性能对比 1 ． 1 工作原理对比立式刮刀离心机工作原理具有一定浓度的煤水混合物进入离心机后，经分配盘分料进入筛篮和刮刀的空隙中，在离心力的作用下，水透过物料层穿过筛网飞溅到上盖内衬板，沿着内衬板流入机座的集水槽，通过滤液管排出机体外。积聚在筛篮内侧的固相物料利用筛篮和刮刀之间的转速差，由刮刀将其沿筛篮刮下至筛篮底部，经钟形罩、出口圆锥体卸出如图 1 所示。卧式振动离心机工作原理见图 2 物料经过入料管沿筛座进入筛篮的底部，筛篮内的物料受离心力作用紧贴筛面，在振动力作用下，料层均匀地向筛篮大端移动，脱水后的物料从筛篮大端甩出，落入机壳下部的排料口，向下排出。物料中的水在离心力作用下，透过料层和筛缝，甩向机壳四周，沿内壁流向排水口排出。以上 2种离心机的工作原理都是离心力作用、透过筛篮筛缝将煤和水分开。其不同点主要是入料和卸料方式不同。立式刮刀离心机从筛篮小端入料，靠筛篮和刮刀的转速差卸料，而卧式振动物料从筛篮大端的入料管给入，卸料方式是靠往复的激振力排料。 1 ． 2结构对比目前，我国使用的多为 T L L型立式刮刀离心机，主要由脱水部分、传动部分和润滑系统等组成如图 4结语根据矿井电力电缆故障暂态行波的特性，选择合适的小波基函数，以便达到满意的特征提取效果。经过对比，在去噪和滤波方面， B样条小波具有更好的噪声抑制能力；在电力系统故障信号定位方面，选用了具有对称小波的 B样条小波函数，同时根据被分析的信号选择合适了分析尺度，提高了检测时的精确度。参考文献 [ 1 ] 黄子俊，陈允平．基于小波变换模极大值的输电线路单端故障定位『 J ] ．电力自动化设备， 2 0 0 5 ， 2 5 2 1 01 4 ． [ J ] ．电力系统自动化， 2 0 0 3 ， 2 7 1 0 l 一4 ． [ 3 ] 黄子俊，陈允平．行波故障定位中小波基的选择 [ J ] ．电力系统自动化， 2 O O 6 ， 3 0 3 6 1 6 4 ． [ 4 ] 覃剑．基于小波变换技术的输电线路单端行波故障测距 [ J ] ．电力系统自动化， 2 0 0 5 ， 2 9 1 9 6 26 5 ． [ 5 ] 贺家李，宋从矩．电力系统继电保护原理 [ M] ．增订版．北京中国电力出版社， 2 0 0 5 ． [ 6 ] 董新洲，葛耀中，徐丙垠．利用暂态电流行波的输电线路故障测距研究 [ J ] ．中国电机工程学报， 1 9 9 9 ， 1 9 4 7 68 0 ．作者简介田书 1 9 6 3一，女，内蒙古呼和浩特人，河南理工大学电气学院副教授，从事电力系统综合自动化、微机继电保护的应用和研究，电话 0 3 9 1 3 9 8 0 6 1 6 ，电子信箱 t i a n s h u h p u ． e d u ． c n ． [ 2 ] 何正友，钱清泉．电力系统暂态信号分析中小波基的选择原则 - - - 2 0 7--- 收稿日期 - 2 0 0 8 ． 0 4 - 2 3 维普资讯