CN109932615A - 单相电缆故障测距方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单相电缆故障测距方法及装置，方法包括：获取单相电缆故障的暂态信号和故障电流；根据所述暂态信号进行最小二乘算法参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离；根据确定的故障距离和故障电流确定电缆故障类型，其中，所述的故障类型包括：芯‑护层故障、芯‑护层接地故障。本发明解决了现有技术中单相电缆故障单端测距的问题，本发明能够实现对电缆故障快速准确地定位，对保证电网安全运行，提高供电可靠性有着重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术，具体的讲是一种单相电缆故障测距方法及装置。
背景技术
随着电缆线路的不断增加，由于电缆本身的质量问题、建设过程中的安装问题、不断增长的负荷、运行时间不断增加等原因，电缆故障时有发生，在所有故障中单相故障发生率最高，约占80％以上。
目前针对电缆的故障测距方法大部分是延续架空线故障测距方法，但电缆与架空线结构不同，电缆大部分故障与金属护层相关，仅考虑电缆缆芯电气结构参数模型可能导致故障测距不准。同时，由于电力电缆多埋于地下，一旦发生故障，寻找起来十分困难，但为了满足供电可靠性的要求，需要在最短的时间内找出电缆故障点，迅速修复故障以避免事故的扩大，否则可能会造成难以估量的经济损失。因此，对电缆故障快速准确地定位对保证电网安全运行，提高供电可靠性有着重要的意义。
发明内容
为解决现有技术中单相电缆故障单端故障测距的问题本发明实施例提供了一种单相电缆故障测距方法，方法包括：
获取单相电缆故障的暂态信号和故障点电流；
根据所述暂态信号进行最小二乘算法参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离；
根据确定的故障距离和电故障电流确定电缆故障类型，其中，所述的故障类型包括：芯-护层故障、芯-护层接地故障。
本发明实施例中，所述的根据所述暂态信号进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离包括：
对所述暂态信号进行Clark相模变换确定暂态信号的模态分量；
利用中心差分法分别确定所述暂态信号及暂态信号模态分量的中心差分公式；
根据所述暂态信号及暂态信号模态分量的中心差分公式，利用单相电缆故障测距方程进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离。
本发明实施例中，所述的根据所述暂态信号进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离包括：
利用中心差分法分别确定所述暂态信号及暂态信号模态分量的一阶导数、二阶导数、三阶导数的中心差分公式；
根据所述暂态信号及暂态信号模态分量的一阶导数、二阶导数、三阶导数的中心差分公式，确定单相电缆故障测距方程参数；
对确定参数的单相电缆故障测距方程进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离。
本发明实施例中，所述的单相电缆故障测距方程为：三芯电缆芯-护层故障测距方程、三芯电缆芯-护层接地故障测距方程；其中，
所述的三芯电缆芯-护层故障测距方程为：
A0a+(A1a+A6rsa)x+(A2a-A6rs)x2+A3aC″+(A4a+A5rsa)C″x-A5rsC″x2+A5aC″Rf1+A6Rf1a＝0 (1)
所述的三芯电缆芯-护层接地故障测距方程为：
A0a+(A1a+A6rsa)x+(A2a-A6rs)x2+A3aC″+(A4a+A5rsa)C″x-A5rsC″x2+A5aC″Rf1+A6Rf1a＝0 (2)
其中，a为电缆总长度；rs为三芯电缆铜屏蔽层单位长度电阻值，r′s为三芯电缆钢带铠装层单位长度电阻值；x为故障距离、C″为对地电容，Rf1为芯-护层故障时缆芯和铜屏蔽层之间的等效过渡电阻；Rf2为芯-护层接地故障时铜屏蔽层与接地短路点5之间的等效过渡电阻；uma为暂态信号中a相电压分量；ima为暂态信号中a相电流分量；
im0为电流零模分量；um0为电压零模分量；
为电流a相分量的一阶导数，二阶导数，三阶导数；
为电压a相分量的一阶导数，二阶导数；
为电流零模分量的一阶导数，二阶导数，三阶导数；
电压零模分量的一阶导数；
r0为线路单位长度电阻；r1为线路单位长度1模电阻；
l0为线路单位长度电感；l1为线路单位长度1模电感；
KR、KL分别为电阻及电感分量的零序补偿系数，其中，
KR＝(r0-r1)/r1，KL＝(l0-l1)/l1。
本发明实施例中，所述的根据确定的故障距离和故障电流数据确定电缆故障类型包括：
根据确定的故障距离、电缆长度以及测量获得的首端金属护层电流确定电流金属护层两端的零序电流之和；
根据故障电流确定故障点零模电流；
确定所述金属护层两端的零序电流之和与故障点零模电流的相对误差；
根据确定的相对误差和预设的阈值确定故障类型。
本发明实施例中，所述的根据故障电流确定故障点零模电流包括：
对故障电流进行Clark变换确定故障电流分量；
根据故障电流分量确定故障点零模电流。
本发明实施例中，所述的根据确定的相对误差和预设的阈值确定故障类型包括：
根据确定的相对误差、预设的阈值以及下式确定故障类型；
其中，i′f0(k)为金属护层两端的零序电流之和，if0(k)为故障点零模电流，k为采样时刻；N为采样点数；ε为阈值，0＜ε≤0.06。
同时，本发明还提供一种单相电缆故障测距装置，包括：
获取模块，用于获取单相电缆故障的暂态信号和故障电流；
参数辨识模块，用于根据所述暂态信号进行最小二乘算法参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离；
类型判断模块，用于根据确定的故障距离和电故障电流确定电缆故障类型，其中，所述的故障类型包括：芯-护层故障、芯-护层接地故障。
本发明实施例中，所述的参数辨识模块包括：
相模变换单元，用于对所述暂态信号进行Clark相模变换确定暂态信号的模态分量；
差分处理单元，用于利用中心差分法分别确定所述暂态信号及暂态信号模态分量的中心差分公式；
最小二乘处理单元，用于根据所述暂态信号及暂态信号模态分量的中心差分公式，利用单相电缆故障测距方程进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离。
本发明实施例中，所述差分处理单元利用中心差分法分别确定所述暂态信号及暂态信号模态分量的中心差分公式包括：
利用中心差分法分别确定所述暂态信号及暂态信号模态分量的一阶导数、二阶导数、三阶导数的中心差分公式。
本发明实施例中，所述最小二乘处理单元包括：
方程参数确定单元，用于根据所述暂态信号及暂态信号模态分量的一阶导数、二阶导数、三阶导数的中心差分公式，确定单相电缆故障测距方程参数；
参数辨识单元，用于对确定参数的单相电缆故障测距方程进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离。
本发明实施例中，所述的单相电缆故障测距方程包括：三芯电缆芯-护层故障测距方程，三芯电缆芯-护层接地故障测距方程；其中，
本发明实施例中，所述的类型判断模块包括：
零序电流确定单元，用于根据确定的故障距离、电缆长度以及测量获得的首端金属护层电流确定电流金属护层两端的零序电流之和；
故障点零模电流确定单元，用于根据故障电流确定故障点零模电流；
相对误差确定单元，用于确定所述金属护层两端的零序电流之和与故障点零模电流的相对误差；
类型判断单元，用于根据确定的相对误差和预设的阈值确定故障类型。
本发明实施例中，所述的故障点零模电流确定单元用于对故障电流进行Clark变换确定故障点零模电流。
本发明实施例中，所述的类型判断单元根据确定的相对误差和预设的阈值确定故障类型包括：
根据确定的相对误差、预设的阈值以及下式确定故障类型；
其中，i′f0(k)为金属护层两端的零序电流之和，if0(k)为故障点零模电流，k为采样时刻；N为采样点数；ε为阈值，0＜ε≤0.06。
同时，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法。
同时，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
本发明提供了一种基于参数辨识的单相电缆故障单端测距方法，以解决了现有技术中单相电缆故障单端测距的问题，本发明能够实现对电缆故障快速准确地定位，对保证电网安全运行，提高供电可靠性有着重要的意义。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明单相电缆故障测距方法的流程图；
图2为本发明实施例中的流程图；
图3为本发明实施例中的流程图；
图4为本发明实施例中配电网示意图；
图5为本发明实施例中电缆线路的故障状态网络零模∏型等效电路示意图；
图6为本发明实施例中三芯电缆芯-护层故障类型下的过渡电阻零模等效网络示意图；
图7为本发明实施例中三芯电缆芯-护层接地故障类型下的过渡电阻零模等效网络示意图；
图8为本实施例的流程图；
图9为本发明提供的单相电缆故障测距装置的框图；
图10为本发明实施例的框图；
图11为本发明实施例的框图；
图12为本发明实施例提供的电子设备框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种单相电缆故障测距方法，如图1所示，该方法包括：
步骤S101，获取单相电缆故障的暂态信号和故障电流；
步骤S102，根据暂态信号进行最小二乘算法参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离；
步骤S103，根据确定的故障距离和故障电流确定电缆故障类型，其中，所述的故障类型包括：芯-护层故障、芯-护层接地故障。
其中，获取的暂态信号包括：故障后的母线的三相电压uma(k)、umb(k)、umc(k)，电缆三相电流ima(k)、imb(k)、imc(k)和电缆金属护层首端电流数据i1(k)。
本发明提供的单相电缆故障测距方法，通过对故障电缆的暂态信号进行处理、分析，确定单相电缆故障参数，辨识获得包括：过渡电阻、对地电容以及故障距离的电缆故障参数，并且基于确定的故障参数对零序电流的分析，进一步确定电缆故障类型。
本发明实施例中，如图2所示，上述的步骤S102中，根据暂态信号进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离进一步包括：
步骤S201，对暂态信号进行Clark相模变换确定暂态信号的模态分量；
步骤S202，利用中心差分法分别确定暂态信号及暂态信号模态分量的中心差分公式；
步骤S203，根据暂态信号及暂态信号模态分量的中心差分公式，利用单相电缆故障测距方程进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离。
本发明实施例中，根据所述暂态信号进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离还进一步包括：
利用中心差分法分别确定所述暂态信号及暂态信号模态分量的一阶导数、二阶导数、三阶导数的中心差分公式；
根据所述暂态信号及暂态信号模态分量的一阶导数、二阶导数、三阶导数的中心差分公式，确定单相电缆故障测距方程参数；其中，本发明实施例中，单相电缆故障测距方程为：三芯电缆芯-护层故障测距方程或三芯电缆芯-护层接地故障测距方程；
对确定参数的单相电缆故障测距方程进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离。
同时，如图3所示，步骤S103中根据确定的故障距离和故障电流确定电缆故障类型包括：
步骤S301，根据确定的故障距离、电缆长度以及测量获得的电缆一端的金属护层电流确定电流金属护层两端的零序电流之和；本发明实施例中，利用电缆的金属护层两端零序电流与其等效电阻成反比，而等效电阻与故障距离成正比，可计算出金属护层两端零序电流之和i′f0，即：
上式中，i′m0为测量得到的首端金属护层零模电流，i′n0为末端金属护层零序电流，x为故障距离，a为电缆长度。本发明实施例中，通过便于测得的一端的金属护层零模电流i′m0或i′n0，结合计算确定的故障距离x，计算出金属护层两端零序电流之和i′f0。
步骤S302，根据故障电流确定故障点零模电流；对故障电流进行Clark变换确定故障点零模电流；
步骤S303，确定金属护层两端的零序电流之和与故障点零模电流的相对误差；
步骤S304，根据确定的相对误差和预设的阈值确定故障类型。
其中，根据确定的相对误差和预设的阈值确定故障类型具体包括：
根据确定的相对误差、预设的阈值以及下式确定故障类型；
其中，i′f0(k)为金属护层两端的零序电流之和，if0(k)为故障点零模电流，k为采样时刻；N为采样点数；ε为预设阈值，0＜ε≤0.06。
本发明具体实施中，通过对电缆的暂态信号进行参数辨识，预设电缆故障类型，利用预设的故障类型对应的故障测距方程确定故障距离，利用确定的故障距离计算出金属护层两端零序电流之和i′f0，进一步根据测量获得的故障电流，对故障电流进行Clark变换后确定故障点零模电流if0(k)，然后计算金属护层两端零序电流之和i′f0与故障点零模电流if0(k)的相对误差，将相对误差与预设的阈值进行比对，若不大于预设阈值，则确定故障类型即为电缆故障类型，否则为另一故障类型，用另一故障类型对应的故障测距方程再次进行计算，确定单相电缆故障参数。下面结合对本发明的实施例做进一步详细说明：
步骤1：记录故障后单相电缆的暂态信号，即母线三相电压uma(k)、umb(k)、umc(k)，电缆三相电流ima(k)、imb(k)、imc(k)和电缆金属护层首端电流数据i1(k)。
步骤2：采用Clark变换将三相暂态电压和电流变换为模态分量，得到0序电压、0序电流计算值序列um0(k)、im0(k)；
暂态电压和电流模态分量的时间序列分别为：和其中，
式中，下标α、β和0表示模态分量，a、b和c表示三相分量，SC为Clark变换矩阵。
在采用三模量检测时，各种故障中Clark变换的灵敏度是最高的，因此，本发明实施例中采用Clark变换。Clark变换对相间故障只有一项冗余，对单相接地故障均有冗余。
步骤3：设置故障距离、过渡电阻和对地电容初始值，为下面的中心差分法计算提供初始值。
(1)故障距离x初始值取线路全长的一半。
(2)过渡电阻Rf1和Rf2初始值取10Ω～40Ω。
(3)对地电容C″初始值取线路全长一半与单位长度电容值的乘积。
步骤4：采用中心差分算法对暂态电流求一阶、二阶和三阶导数。
中心差分法是基于用有限差分代替位移对时间的求导。本实施例中的一阶、二阶和三阶微分采用中心差分表示；
以对电流ima对时间的求导为例，一阶、二阶和三阶中心差分公式分别为：
式中，Δt为采样时间间隔，k为采样时刻。
同上述对电流进行时间的求导，分别确定对电压进行对时间的求导，确定电压的一阶、二阶和三阶中心差分公式。
对于三阶求导，本发明实施例中采用的中心差分算法比前向差分和后向差分的更接近真实求导值，可以避免差分算法对故障测距的影响。
步骤5：利用上述的单相电缆芯-护层故障测距方程进行最小二乘参数辨识，得到故障距离x、对地电容C″、过渡电阻Rf1。
本实施例中，测距方程可简写为：
f(x,C″,Rf1)＝0 (4)
具体的，三芯电缆芯-护层故障测距方程为：
式中，
式中，if为电缆缆芯与金属护层间流过的故障电流；；im为电缆缆芯m端流过的故障电流；r0为线路单位长度电阻；l0为线路单位长度电感；a为电缆总长度；r1、l1分别为线路单位长度1模电阻、1模电感；im0为0模电流，KR、KL分别为电阻及电感分量的零序补偿系数，Rf1为芯-护层故障时缆芯和铜屏蔽层之间的等效过渡电阻；KR＝(r0-r1)/r1，KL＝(l0-l1)/l1。
对测距方程(5)求偏导，可得：
其中，rs为三芯电缆铜屏蔽层单位长度电阻值，r′s为三芯电缆钢带铠装层单位长度电阻值。
联立式(6)，根据暂态电流、电压的一阶、二阶、三阶导数以及设置的故障距离、过渡电阻和对地电容初始值，确定参数A0～A6，然后求解式(7)，可确定在预设的芯-护层故障情况下故障距离x、对地电容C″和过渡电阻Rf1。
步骤6：根据基于零序电流的单相电缆故障判别方法获得故障类型；
即分别确定故障点的0模电流和金属护层两端零序电流之和，计算两者的相对误差，根据相对误差判断预设的故障类型是否正确，从而确定故障类型。
(1)根据Clark变换，计算故障点的0模电流；
式中，if0为故障点0模电流，ifa为直接测量获得的故障电流(故障相为A相)。
(2)计算金属护层两端零序电流之和i′f0；
图4为本发明实施例中配电网示意图，本实施例中电源采用单端供电。电缆线路长度为a(km)，在距离母线端x(km)处发生A相故障，故障点上游记为m侧，故障点下游记为n侧，图中uma、ima分别为故障点m侧的电压、电流，Rf为故障点到大地之间的过渡等效电阻，ifa为A相故障电流。
电缆线路的故障状态网络零模∏型等效电路如图5所示，电源单端供电，电源在m侧。图中um0为m侧0模电压，if0为故障点0模电流，im0为m侧0模电流，in0为n侧0模电流。
图6为本发明实施例中三芯电缆芯-护层故障类型下的过渡电阻零模等效网络。
由于金属护层两端零模电流i′m0，i′n0与其等效电阻成反比，而等效电阻与故障距离成正比，可计算出金属护层两端零模电流之和i′f0。
式中，i′m0为测量得到的首端金属护层零模电流，i′n0为末端金属护层零模电流，根据计算得到的故障距离x和测量得到的i′m0或i′n0即可确定金属护层两端零模电流之和i′f0。
(3)计算上述i′f0(k)与测量得到的if0(k)的相对误差δ，判断故障类型；
式中，k为采样时刻；N为采样点数；ε为阈值，0＜ε≤0.06。
如果满足式(11)，即预设的故障类型正确，确定故障类型为芯-护层故障，结束流程。否则，判断为芯-护层接地故障，进一步执行步骤7。
步骤7：根据芯-护层故障辨识出的故障距离和芯-护层接地故障时铜屏蔽层与接地短路点之间的等效过渡电阻，按下面步骤确定对地电容C″2和过渡电阻。
图7为本发明实施例中三芯电缆芯-护层接地故障类型下的过渡电阻零模等效网络。
本实施例中，三芯电缆芯-护层接地故障测距方程为：
对测距方程(12)求偏导，可得：
对方程组(13)联立求解可得出芯-护层接地故障情况下的故障距离C″2及图7中的过渡电阻Rf12、Rf22。
根据辨识出的过渡电阻Rf12、Rf22。确定等效过渡电阻Rf：
Rf＝Rf1+R1s//R2s//Rf2 (14)
式(14)中，R1s＝R′1s//R″1s，R2s＝R′2s//R″2s，R′1s、R′2s分别为故障点两侧铜屏蔽层等效电阻，R″1s、R″2s分别为故障点两侧钢带铠装层等效电阻，//表示电阻之间的并联；其中，
如图8所示，为本实施例的流程图。
同时，本发明还提供一种单相电缆故障测距装置，如图9所示，该装置包括：
获取模块901，用于获取单相电缆故障的暂态信号和故障电流；
参数辨识模块902，用于根据所述暂态信号进行最小二乘算法参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离；
类型判断模块903，用于根据确定的故障距离和故障电流确定电缆故障类型，其中，所述的故障类型包括：芯-护层故障、芯-护层接地故障。
如图10所示，参数辨识模块902包括：
相模变换单元9021，用于对所述暂态信号进行Clark相模变换确定暂态信号的模态分量；
差分处理单元9022，用于利用中心差分法分别确定所述暂态信号及暂态信号模态分量的中心差分公式；
最小二乘处理单元9023，用于根据所述暂态信号及暂态信号模态分量的中心差分公式，利用单相电缆故障测距方程进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离。
差分处理单元9022利用中心差分法分别确定所述暂态信号及暂态信号模态分量的中心差分公式包括：
利用中心差分法分别确定所述暂态信号及暂态信号模态分量的一阶导数、二阶导数、三阶导数的中心差分公式。
如图11所示，最小二乘处理单元9023包括：
方程参数确定单元1101，用于根据所述暂态信号及暂态信号模态分量的一阶导数、二阶导数、三阶导数的中心差分公式，确定单相电缆故障测距方程参数；
参数辨识单元1102，用于对确定参数的单相电缆故障测距方程进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离。
对本领域技术人员而言，通过上述的关于方法的实施例，可清楚获知本发明关于单相电缆故障测距装置的实施方式，因此，在此不再赘述。
另外，本发明还提供一种电子设备，如图12所示为电子设备框图，如图12所示，该设备包括：处理器601、存储器602和总线603；
其中，处理器601及存储602分别通过总线403完成相互间的通信；处理器601用于调用存储器602中的程序指令，以执行上述实施例所提供的单相电缆故障测距方法及装置，处理器601获取单相电缆故障的暂态信号和故障电流，根据，暂态信号进行最小二乘算法参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离；根据确定的故障距离和故障电流确定电缆故障类型。
本发明实施例提供的方案，适用于电缆故障测距技术领域，提供了一种基于参数辨识的单相电缆故障单端故障测距方法，基于Clark相模变换的暂态故障信号处理方法，获得模态分量；基于中心差分算法的零序电流数据处理方法，获得其零序电流的一阶、二阶和三阶导数；基于最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识方法获得过渡电阻、对地电容和故障距离；基于零序电流的单相电缆故障判别方法辨别出电缆故障类型。本发明能有效判别单相电缆的芯-护层故障和芯-护层接地故障，且故障测距精度较高。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (17)
1.一种单相电缆故障测距方法，其特征在于，所述的方法包括：
获取单相电缆故障的暂态信号和故障电流；
根据所述暂态信号进行最小二乘算法参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离；
根据确定的故障距离和故障电流确定电缆故障类型，其中，所述的故障类型包括：芯-护层故障、芯-护层接地故障。
2.如权利要求1所述的单相电缆故障测距方法，其特征在于，所述的根据所述暂态信号进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离包括：
对所述暂态信号进行Clark相模变换确定暂态信号的模态分量；
利用中心差分法分别确定所述暂态信号及暂态信号模态分量的中心差分公式；
根据所述暂态信号及暂态信号模态分量的中心差分公式，利用单相电缆故障测距方程进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离。
3.如权利要求2所述的单相电缆故障测距方法，其特征在于，所述的根据所述暂态信号进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离包括：
利用中心差分法分别确定所述暂态信号及暂态信号模态分量的一阶导数、二阶导数、三阶导数的中心差分公式；
根据所述暂态信号及暂态信号模态分量的一阶导数、二阶导数、三阶导数的中心差分公式，确定单相电缆故障测距方程参数；
对确定参数的单相电缆故障测距方程进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离。
4.如权利要求3所述的单相电缆故障测距方法，其特征在于，所述的单相电缆故障测距方程为：三芯电缆芯-护层故障测距方程、三芯电缆芯-护层接地故障测距方程；其中，
所述的三芯电缆芯-护层故障测距方程为：
A0a+(A1a+A6rsa)x+(A2a-A6rs)x2+A3aC″+(A4a+A5rsa)C″x-A5rsC″x2+A5aC″Rf1+A6Rf1a＝0 (1)
所述的三芯电缆芯-护层接地故障测距方程为：
(A0+A1x+A2x2+A3C″+A4C″x)×[rsr′sx(a-x)+a(rs+r′s)Rf2]+(A5C″+A6)×[rsr′sx(a-x)(Rf1+Rf2)+a(rs+r′s)Rf1Rf2]＝0 (2)
其中，a为电缆总长度；rs为三芯电缆铜屏蔽层单位长度电阻值，r′s为三芯电缆钢带铠装层单位长度电阻值；x为故障距离、C″为对地电容，Rf1为芯-护层故障时缆芯和铜屏蔽层之间的等效过渡电阻；Rf2为芯-护层接地故障时铜屏蔽层与接地短路点之间的等效过渡电阻；uma为暂态信号中a相电压分量；ima为暂态信号中a相电流分量；
im0为电流零模分量；um0为电压零模分量；
为电流a相分量的一阶导数，二阶导数，三阶导数；
为电压a相分量的一阶导数，二阶导数；
为电流零模分量的一阶导数，二阶导数，三阶导数；
电压零模分量的一阶导数；
r0为线路单位长度电阻；r1为线路单位长度1模电阻；
l0为线路单位长度电感；l1为线路单位长度1模电感；
KR、KL分别为电阻及电感分量的零序补偿系数，其中，
KR＝(r0-r1)/r1，KL＝(l0-l1)/l1。
5.如权利要求1所述的单相电缆故障测距方法，其特征在于，所述的根据确定的故障距离和故障电流确定电缆故障类型包括：
根据确定的故障距离、电缆长度以及测量获得的电缆一端的金属护层电流确定电流金属护层两端的零序电流之和；
根据故障电流确定故障点零模电流；
确定所述金属护层两端的零序电流之和与故障点零模电流的相对误差；
根据确定的相对误差和预设的阈值确定故障类型。
6.如权利要求5所述的单相电缆故障测距方法，其特征在于，所述的根据故障电流确定故障点零模电流包括：
对故障电流进行Clark变换确定故障点零模电流。
7.如权利要求5所述的单相电缆故障测距方法，其特征在于，所述的根据确定的相对误差和预设的阈值确定故障类型包括：
根据确定的相对误差、预设的阈值以及下式确定故障类型；
其中，i′f0(k)为金属护层两端的零序电流之和，if0(k)为故障点零模电流，k为采样时刻；N为采样点数；ε为阈值，0＜ε≤0.06。
8.一种单相电缆故障测距装置，其特征在于，所述的装置包括：
获取模块，用于获取单相电缆故障的暂态信号和故障电流；
参数辨识模块，用于根据所述暂态信号进行最小二乘算法参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离；
类型判断模块，用于根据确定的故障距离和故障电流确定电缆故障类型，其中，所述的故障类型包括：芯-护层故障、芯-护层接地故障。
9.如权利要求8所述的单相电缆故障测距装置，其特征在于，所述的参数辨识模块包括：
相模变换单元，用于对所述暂态信号进行Clark相模变换确定暂态信号的模态分量；
差分处理单元，用于利用中心差分法分别确定所述暂态信号及暂态信号模态分量的中心差分公式；
最小二乘处理单元，用于根据所述暂态信号及暂态信号模态分量的中心差分公式，利用单相电缆故障测距方程进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离。
10.如权利要求9所述的单相电缆故障测距装置，其特征在于，所述差分处理单元利用中心差分法分别确定所述暂态信号及暂态信号模态分量的中心差分公式包括：
利用中心差分法分别确定所述暂态信号及暂态信号模态分量的一阶导数、二阶导数、三阶导数的中心差分公式。
11.如权利要求10所述的单相电缆故障测距装置，其特征在于，所述最小二乘处理单元包括：
方程参数确定单元，用于根据所述暂态信号及暂态信号模态分量的一阶导数、二阶导数、三阶导数的中心差分公式，确定单相电缆故障测距方程参数；
参数辨识单元，用于对确定参数的单相电缆故障测距方程进行最小二乘算法的单相电缆故障参数辨识，确定过渡电阻、对地电容以及故障距离。
12.如权利要求11所述的单相电缆故障测距装置，其特征在于，所述的单相电缆故障测距方程为：三芯电缆芯-护层故障测距方程、三芯电缆芯-护层接地故障测距方程；其中，
所述的三芯电缆芯-护层故障测距方程为：
A0a+(A1a+A6rsa)x+(A2a-A6rs)x2+A3aC″+(A4a+A5rsa)C″x-A5rsC″x2+A5aC″Rf1+A6Rf1a＝0 (1)
所述的三芯电缆芯-护层接地故障测距方程为：
(A0+A1x+A2x2+A3C″+A4C″x)×[rsr′sx(a-x)+a(rs+r′s)Rf2]+(A5C″+A6)×[rsr′sx(a-x)(Rf1+Rf2)+a(rs+r′s)Rf1Rf2]＝0 (2)
其中，a为电缆总长度；rs为三芯电缆铜屏蔽层单位长度电阻值，r′s为三芯电缆钢带铠装层单位长度电阻值；x为故障距离、C″为对地电容，Rf1为芯-护层故障时缆芯和铜屏蔽层之间的等效过渡电阻；Rf2为芯-护层接地故障时铜屏蔽层与接地短路点之间的等效过渡电阻；
uma为暂态信号中a相电压分量；ima为暂态信号中a相电流分量；
im0为电流零模分量；um0为电压零模分量；
为电流a相分量的一阶导数，二阶导数，三阶导数；
为电压a相分量的一阶导数，二阶导数；
为电流零模分量的一阶导数，二阶导数，三阶导数；
电压零模分量的一阶导数；
r0为线路单位长度电阻；r1为线路单位长度1模电阻；
l0为线路单位长度电感；l1为线路单位长度1模电感；
KR、KL分别为电阻及电感分量的零序补偿系数，其中，
KR＝(r0-r1)/r1，KL＝(l0-l1)/l1。
13.如权利要求8所述的单相电缆故障测距装置，其特征在于，所述的类型判断模块包括：
零序电流确定单元，用于根据确定的故障距离、电缆长度以及测量获得的首端金属护层电流确定电流金属护层两端的零序电流之和；
故障点零模电流确定单元，用于根据故障电流确定故障点零模电流；
相对误差确定单元，用于确定所述金属护层两端的零序电流之和与故障点零模电流的相对误差；
类型判断单元，用于根据确定的相对误差和预设的阈值确定故障类型。
14.如权利要求12所述的单相电缆故障测距装置，其特征在于，所述的故障点零模电流确定单元用于对故障电流进行Clark变换确定确定故障点零模电流。
15.如权利要求13所述的单相电缆故障测距装置，其特征在于，所述的类型判断单元根据确定的相对误差和预设的阈值确定故障类型包括：
根据确定的相对误差、预设的阈值以及下式确定故障类型；
其中，i′f0(k)为金属护层两端的零序电流之和，if0(k)为故障点零模电流，k为采样时刻；N为采样点数；ε为阈值，0＜ε≤0.06。
16.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一所述方法。
17.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至7任一所述方法的计算机程序。
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