CN119575078B - 一种水电站馈线故障检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水电站馈线故障检测系统及方法，具体涉及馈线检测技术领域；通过实时采集水电站馈线故障行波信号及其传播过程中的幅值变化，结合建立的理论传播模型，计算行波衰减规律，判断信号传输路径的合理性，针对路径不合理的信号，通过频率分析提取频谱特性，与预设故障行波特征库匹配，验证信号来源的真实性，根据信号路径合理性和来源真实性，预测故障点定位的准确性，动态调整行波传播速度和线路阻抗，校正因时钟同步误差导致的偏差，提高定位精度，有效解决了现有技术因同步信号干扰导致定位不准的问题，大幅提高了水电站供电系统的稳定性和经济效益。

Description

一种水电站馈线故障检测系统及方法

技术领域

本发明涉及馈线检测技术领域，具体涉及一种水电站馈线故障检测系统及方法。

背景技术

水电站馈线故障检测是指通过特定的技术和设备，识别和定位水电站输电系统中的馈线（即从变电站或配电中心传输电能到用户或其他网络节点的电缆线路）发生的故障，比如使用行波法检测技术。这类检测的目的是确保电力系统的安全性和稳定性，快速隔离故障线路并恢复正常供电，防止故障扩展导致更大范围的停电。常见的故障类型包括短路、断线、接地故障以及过载故障。

行波法检测是一种高精度的故障定位技术，通过监测故障发生时产生的高速暂态电磁波（行波）在馈线中的传播特性，分析其传播时间差来确定故障位置。当故障发生时，行波会以接近光速的速度在电力线路上传播，通过在馈线两端布置高精度时钟同步的监测装置，记录行波到达两端的时间，并结合线路长度和波速计算故障点的具体位置。这种方法具有反应速度快、定位精度高的优点，特别适用于长距离高压输电线路。此外，结合保护继电器和通信技术（如IEC 61850标准），行波法可以实现快速故障隔离和线路重构，大大提高配电系统的智能化水平和供电可靠性。

现有技术存在以下不足之处：

行波法依赖馈线两端监测装置的高精度时钟同步（通常采用GPS或其他同步技术），但如果同步信号受到干扰（如电磁干扰或卫星信号遮挡），会导致时间记录误差，直接影响故障定位的准确性。此外，故障点定位不准会导致维修人员花费更多时间排查线路，从而延长故障恢复时间。从而导致停电范围扩大或持续时间延长，影响水电站的供电稳定性和经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种水电站馈线故障检测系统及方法，以解决背景技术中不足。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水电站馈线故障检测方法，包括以下步骤：

S1：在水电站馈线的两端布置高速暂态监测装置，用于采集故障发生时产生的行波信号，以及在馈线多个节点布置信号监测装置，用于记录行波信号在传输过程中的幅值变化；

S2：通过建立理论传播模型，计算馈线的行波衰减规律，并将实际测得的衰减数据与理论模型进行对比，判断信号传输路径的合理性；

S3：对信号传输路径不合理的行波信号进行频率分析，提取其频率谱特性，将提取的频率谱与预设的故障行波特征库进行匹配，验证信号来源的真实性；

S4：根据信号传输路径的合理性和信号来源的真实性，对馈线故障点定位的准确性进行预测，根据预测结果，将馈线故障点定位的准确性划分为准确性定位和不准确性定位；

S5：对于不准确性定位，根据预测结果不断校正因时钟同步误差导致的定位偏差，以提高故障点定位的准确性，包括根据预测结果动态调整行波传播速度和线路阻抗；

S6：将水电站馈线故障点位置信息与地理信息系统结合，生成故障点的可视化定位图，与保护装置联动，实现快速故障隔离和线路重构，缩短故障恢复时间，减小停电范围。

优选的，将实际测得的衰减数据与理论模型进行对比，判断信号传输路径的合理性，具体为：将实际测得的衰减数据与理论传播模型计算结果进行对比分析后获取行波信号衰减偏差指数，行波信号衰减偏差指数的获取方法为：行波信号幅值的理论衰减模型表示为：；其中，为理论计算的信号幅值，为行波信号的初始幅值，α为衰减系数，表示信号幅值随传播距离的指数衰减速率，x为行波信号传播的距离；实际测量得到的数据为：信号传播路径上的p个采样点，其中：为采样点的传播距离，为采样点测得的信号幅值，最小二乘法通过最小化理论值与实际测量值之间的残差平方和来拟合衰减系数α；残差定义为：；目标函数为：；S为残差平方和，表示理论与实际值的整体偏差，p为采样点的数量，通过对目标函数S求最小值，得到最优的衰减系数α，对α求导数：；令导数为零：；解此方程得到最优衰减系数α；根据最优拟合参数α，计算理论值，行波信号衰减偏差指数定义为理论值与实际值之间的平均相对误差，表达式为：；式中，SXC为行波信号衰减偏差指数。

优选的，将提取的频率谱与预设的故障行波特征库进行匹配，验证信号来源的真实性，具体为：将提取的实际信号频率特征与特征库中的模板进行对比，对主频率的相对偏差情况进行分析后生成主频率偏差异常指数，主频率偏差异常指数的获取方法为：从实际信号中提取主频率点，构成特征向量：；其中：表示实际信号的第n个主频率，n为主频率特征点的数量，T表示转置操作，将行向量转换为列向量；构建模板频率特征向量，从预设的故障行波特征库中提取对应故障类型的模板频率特征：；其中：表示模板信号的第n个主频率；根据模板频率特征库的样本集合，计算协方差矩阵Σ：；其中：m为模板样本的数量，为模板样本的均值向量，定义为：；k=1、2、...、n；计算实际频率特征向量f与模板频率特征向量的马氏距离，公式为：；其中：为协方差矩阵的逆矩阵，将计算得到的马氏距离归一化，生成主频率偏差异常指数：；式中，为主频率偏差异常指数，为根据历史数据设定的异常阈值。

优选的，根据信号传输路径的合理性和信号来源的真实性，对馈线故障点定位的准确性进行预测，具体为：将行波信号衰减偏差指数和主频率偏差异常指数进行归一化处理后映射到[0,1]的区间，通过归一化处理后的行波信号衰减偏差指数和主频率偏差异常指数计算馈线故障点定位的准确性系数。

优选的，根据预测结果，将馈线故障点定位的准确性划分为准确性定位和不准确性定位，具体为：将计算得到的馈线故障点定位的准确性系数与根据历史数据预先设定的准确性系数的参考阈值进行比较，若馈线故障点定位的准确性系数大于或等于预先设定的准确性系数的参考阈值，说明馈线故障点定位的准确性高，将其划分为准确性定位；若馈线故障点定位的准确性系数小于预先设定的准确性系数的参考阈值，说明馈线故障点定位的准确性低，将其划分为不准确性定位。

优选的，当馈线故障点定位的准确性系数小于预先设定的准确性系数的参考阈值，表明定位偏差大，需要通过调低或调高行波传播速度v进行补偿，具体包括：通过准确性系数对v进行调整，调整公式为：；其中：为调整后的行波传播速度，为初始设定的行波传播速度，为行波传播速度调整系数，AC为计算得到的馈线故障点定位准确性系数，为准确性系数的参考阈值；

当馈线故障点定位的准确性系数小于预先设定的准确性系数的参考阈值，表明线路阻抗偏离理论值，通过调整线路阻抗Z补偿误差，具体包括：通过AC对Z动态调整，调整公式为：；其中，为调整后的线路阻抗，为初始设定的线路阻抗，为线路阻抗调整系数。

优选的，校正后的故障点位置计算公式为：；其中：D为调整后的故障点位置，L为线路总长度，为动态调整后的行波传播速度，ΔT为行波信号到达馈线两端的时间差。

本发明还提供了一种水电站馈线故障检测系统，包括数据采集模块、信号传输分析模块、信号真实性验证模块、定位准确性预测模块、定位校正模块以及故障可视化与联动模块；

数据采集模块，在水电站馈线的两端布置高速暂态监测装置，用于采集故障发生时产生的行波信号；在馈线多个节点布置信号监测装置，用于记录行波信号在传输过程中的幅值变化；

信号传输分析模块，通过建立理论传播模型，计算馈线的行波衰减规律，并将实际测得的衰减数据与理论模型进行对比，判断信号传输路径的合理性；

信号真实性验证模块，对信号传输路径不合理的行波信号进行频率分析，提取其频率谱特性，将提取的频率谱与预设的故障行波特征库进行匹配，验证信号来源的真实性；

定位准确性预测模块，根据信号传输路径的合理性和信号来源的真实性，对馈线故障点定位的准确性进行预测；根据预测结果，将馈线故障点定位的准确性划分为准确性定位和不准确性定位；

定位校正模块，对于不准确性定位，根据预测结果不断校正因时钟同步误差导致的定位偏差，以提高故障点定位的准确性，包括根据预测结果动态调整行波传播速度和线路阻抗；

故障可视化与联动模块，将水电站馈线故障点位置信息与地理信息系统结合，生成故障点的可视化定位图；与保护装置联动，实现快速故障隔离和线路重构，缩短故障恢复时间，减小停电范围。

在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

1、本发明通过布置高速暂态监测装置和信号监测装置，结合理论传播模型计算行波衰减规律，实现了信号传输路径的合理性分析；同时，通过频率谱提取与故障行波特征库匹配，验证信号来源的真实性，有效克服了现有行波法因同步信号干扰导致定位不准确的技术缺陷。此外，根据信号衰减偏差指数和主频率偏差异常指数计算馈线故障点定位的准确性系数，并动态调整行波传播速度和线路阻抗，校正定位偏差，大幅提升了故障点定位的精准度和鲁棒性。

2、本发明通过与地理信息系统结合，生成可视化的故障定位图，并与保护装置联动，快速实现故障区段隔离和线路重构，显著缩短故障恢复时间，减小停电范围，提升水电站供电系统的运行效率和经济效益。本发明不仅解决了时钟同步误差引起的定位不准问题，还通过优化定位参数和系统联动，提高了故障检测和处理的自动化水平，为水电站智能化运维提供了可靠的技术支持。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明的系统模块图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

实施例1，请参阅图1所示，本实施例所述一种水电站馈线故障检测方法，包括以下步骤：

S1：在水电站馈线的两端布置高速暂态监测装置，用于采集故障发生时产生的行波信号，以及在馈线多个节点布置信号监测装置，用于记录行波信号在传输过程中的幅值变化；

S2：通过建立理论传播模型，计算馈线的行波衰减规律，并将实际测得的衰减数据与理论模型进行对比，判断信号传输路径的合理性；

S3：对信号传输路径不合理的行波信号进行频率分析，提取其频率谱特性，将提取的频率谱与预设的故障行波特征库进行匹配，验证信号来源的真实性；

S4：根据信号传输路径的合理性和信号来源的真实性，对馈线故障点定位的准确性进行预测，根据预测结果，将馈线故障点定位的准确性划分为准确性定位和不准确性定位；

S5：对于不准确性定位，根据预测结果不断校正因时钟同步误差导致的定位偏差，以提高故障点定位的准确性，包括根据预测结果动态调整行波传播速度和线路阻抗；

S6：将水电站馈线故障点位置信息与地理信息系统结合，生成故障点的可视化定位图，与保护装置联动，实现快速故障隔离和线路重构，缩短故障恢复时间，减小停电范围。

在S1中，在水电站馈线两端布置高速暂态监测装置，采集故障发生时产生的行波信号，并记录其到达时间，以计算故障点的初步位置。

监测装置选型：选用高频高速暂态采样设备，采样率通常达到数MHz以上，确保能够捕捉行波的细节特征（如波前突变点）。设备包括电压传感器和电流互感器，用于分别采集行波信号的电压和电流分量。

时钟同步：每台暂态监测装置配备高精度时钟同步模块（如GPS同步装置或IEEE1588协议同步模块），确保两端记录的时间戳具有纳秒级的精度。在特殊环境（如地下线路）中，可使用光纤同步技术替代GPS同步。

安装位置：监测装置通常安装在馈线两端的变电站内，与输电线路直接连接。通过保护装置与中央控制系统通信，实现数据的实时传输和故障分析。

在馈线多个节点布置信号监测装置，记录行波信号在传输过程中的幅值变化，分析信号的衰减特性，验证传输路径的合理性。

监测装置选型：选用高灵敏度的电压和电流传感器，可精确测量行波信号的幅值变化和波形特性。监测装置支持多点同步采集，能够精确记录各点的信号幅值和时间特性。

节点布置策略：在线路关键位置（如长距离线路的中间点、分支点、接地设备附近）布置信号监测装置。布点数量根据线路长度、分支结构及信号衰减特性确定，确保覆盖信号传播的关键路径。

数据采集与传输：监测装置实时记录行波信号的幅值，结合线路的理论模型，分析实际信号衰减是否符合预期。通过光纤通信或无线传输将监测数据传至中央处理系统，与两端暂态监测装置的数据进行比对。

结合两端与多节点数据：将两端采集的行波到达时间与多节点记录的幅值变化数据相结合，建立行波信号的全路径特性模型。通过比对衰减模型和实际数据，校正因线路阻抗、反射或分支结构引起的定位偏差。

异常信号识别：利用多节点数据分析识别异常信号（如高次谐波、设备噪声等）是否干扰了定位过程，进一步提高检测精度。

在本申请中，通过在馈线两端布置高速暂态监测装置和在多个节点布置信号监测装置，可以实现行波信号的全面采集和分析。一方面，确保了故障点初步定位的时效性；另一方面，通过信号的衰减特性校正了定位误差，从而提高了故障检测的准确性和可靠性。

S2：建立行波信号在馈线中传播的数学模型，计算理论上的衰减规律，作为信号分析的基准，具体包括：

线路参数提取：收集馈线的关键参数，包括线路长度、导体截面、电阻、电感、电容、特性阻抗以及分支位置等。考虑输电线路的实际环境（如地理位置、温湿度条件），调整模型参数。

基于传输线理论，构建行波传播的计算公式：；其中，α为衰减系数，β为相位变化系数，x为传播距离，为初始信号幅值。衰减系数α和相位变化系数β的计算需考虑线路阻抗Z、传播速度v、频率f等参数。

模拟分支与反射影响：在模型中引入馈线分支点及终端设备的特性阻抗变化，计算由阻抗失配引起的反射和透射系数。模拟反射信号的叠加效应，确保模型能够反映实际线路的复杂特性。

通过监测装置采集实际的行波信号，记录其在不同位置的幅值变化，获取实际衰减特性，具体包括：在馈线的两端和中间节点布置监测装置，记录同一行波信号的幅值随距离的变化数据。监测装置采样率高于行波的主频率范围（如数MHz以上），确保捕捉到信号的细节特征。

对采集到的信号进行降噪处理，消除环境干扰和设备噪声。采用信号滤波技术（如带通滤波或小波去噪）提取行波的主频成分，确保分析数据的有效性。

将实际测得的衰减数据与理论传播模型计算结果进行对比分析后获取行波信号衰减偏差指数，判断信号传输路径的合理性，行波信号衰减偏差指数的获取方法为：

行波信号幅值的理论衰减模型表示为：；其中，为理论计算的信号幅值，单位为伏特（V）。为行波信号的初始幅值（在故障点产生时的幅值）。α为衰减系数，表示信号幅值随传播距离的指数衰减速率，单位为1/m。x为行波信号传播的距离，单位为米（m）。

实际测量得到的数据为：信号传播路径上的p个采样点，其中：为采样点的传播距离，为采样点测得的信号幅值。最小二乘法通过最小化理论值与实际测量值之间的残差平方和来拟合衰减系数α。残差定义为：；目标函数为：；S为残差平方和，表示理论与实际值的整体偏差，p为采样点的数量，通过对目标函数S求最小值，得到最优的衰减系数α，对α求导数：；令导数为零：；解此方程可得到最优衰减系数α。

根据最优拟合参数α，计算理论值，行波信号衰减偏差指数定义为理论值与实际值之间的平均相对误差，表达式为：；式中，SXC为行波信号衰减偏差指数。

根据计算得到的行波信号衰减偏差指数，可以判断信号传输路径的合理性：如果衰减偏差指数较小（如在可接受的阈值范围内，通常为5%-10%），说明理论传播模型与实际测得数据吻合，信号的衰减规律符合线路特性，传输路径合理且无明显异常；若偏差指数较大，可能表明信号在某些路径段存在异常衰减（如设备老化、分支点阻抗失配或线路故障），需要进一步分析具体原因，并对模型参数或检测设备进行校准，从而确保信号传输特性与实际工况一致。

S3：对信号传输路径不合理的行波信号进行频率分析，提取其特性频率分量，判断是否符合正常故障行波的特征。

提取行波信号的频率谱特性，对采集到的行波信号进行滤波，消除低频环境噪声（如电磁干扰）和高频尖峰噪声。

滤波器类型：带通滤波器：设置频率范围为行波信号的主要频带（如1kHz-1MHz）。小波去噪：分解信号的多尺度分量，去除非目标频段的噪声信号。

对处理后的信号进行快速傅里叶变换（FFT），提取频率谱特性：；其中，F(f)为频率谱密度，f为频率分量，为傅里叶变换的核函数，为信号的实际时域表示，也即是从设备中采集到的原始信号。记录主频分量及其幅值，如幅值较大的频率峰值（故障特征频率）。

提取信号的频谱特征参数，包括：主频率：频谱中幅值最大的频率分量，反映信号的主要传播特性。频率分布宽度：频谱中显著频率分量的范围，用于判断信号的频带特性。谐波特征：信号中是否存在谐波或非故障来源的高次分量。

频谱与故障行波特征库的匹配，建立故障行波特征库，根据理论分析或实验数据，构建不同故障类型（如短路、接地、高阻故障）对应的频率谱特征库，内容包括：常见故障信号的主频率范围；不同故障类型的频率分布模式；多次反射信号与实际故障信号的特征差异。

将提取的实际信号频率特征与特征库中的模板进行对比，对主频率的相对偏差情况进行分析后生成主频率偏差异常指数，主频率偏差异常指数的获取方法为：

从实际信号中提取主频率点，构成特征向量：；其中：表示实际信号的第n个主频率，n为主频率特征点的数量，T表示转置操作，将行向量转换为列向量；

构建模板频率特征向量，从预设的故障行波特征库中提取对应故障类型的模板频率特征：；其中：表示模板信号的第n个主频率；

根据模板频率特征库的样本集合，计算协方差矩阵Σ：；其中：m为模板样本的数量，为模板样本的均值向量，定义为：；k=1、2、...、n；计算实际频率特征向量f与模板频率特征向量的马氏距离，公式为：；其中：为协方差矩阵的逆矩阵，将计算得到的马氏距离归一化，生成主频率偏差异常指数：；式中，为主频率偏差异常指数，为根据历史数据设定的异常阈值（例如从正常样本的统计中得到的95%置信区间的距离上限）。

主频率偏差异常指数<100%：频率特征与模板匹配较好，偏差在正常范围内，信号来源可信。主频率偏差异常指数≥100%：频率特征与模板偏差显著，可能存在干扰信号或异常信号来源。

S4：根据信号传输路径的合理性和信号来源的真实性，对馈线故障点定位的准确性进行预测，根据预测结果，将馈线故障点定位的准确性划分为准确性定位和不准确性定位；

将行波信号衰减偏差指数和主频率偏差异常指数进行归一化处理后映射到[0,1]的区间，通过归一化处理后的行波信号衰减偏差指数和主频率偏差异常指数计算馈线故障点定位的准确性系数，计算表达式为：；式中，为馈线故障点定位的准确性系数，SXC为行波信号衰减偏差指数，为主频率偏差异常指数，分别为输出频率波动指数、电网频率偏差指数的比例系数，且均大于0。

将计算得到的馈线故障点定位的准确性系数与根据历史数据预先设定的准确性系数的参考阈值进行比较，若馈线故障点定位的准确性系数大于或等于预先设定的准确性系数的参考阈值，说明馈线故障点定位的准确性高，将其划分为准确性定位；若馈线故障点定位的准确性系数小于预先设定的准确性系数的参考阈值，说明馈线故障点定位的准确性低，将其划分为不准确性定位。

S5：对于不准确性定位，根据预测结果不断校正因时钟同步误差导致的定位偏差，以提高故障点定位的准确性，包括根据预测结果动态调整行波传播速度和线路阻抗；

当馈线故障点定位的准确性系数小于预先设定的准确性系数的参考阈值，表明定位偏差较大，需要通过调低或调高行波传播速度v进行补偿，具体包括：

行波传播速度v是定位故障点的关键参数，常因线路实际特性或外部因素（如温度、湿度、介质特性等）偏离理论值。通过准确性系数AC对v进行调整：；其中：为调整后的行波传播速度，为初始设定的行波传播速度（理论值）。为行波传播速度调整系数，根据实验或仿真结果设定，反映速度对准确性系数的灵敏度。AC为计算得到的馈线故障点定位准确性系数，为准确性系数的参考阈值。

当馈线故障点定位的准确性系数小于预先设定的准确性系数的参考阈值，表明线路阻抗可能偏离理论值，通过调整线路阻抗Z补偿误差，具体包括：

调整方向与AC的偏差相关，确保线路参数更接近实际工况。线路阻抗Z是决定行波传播特性的关键参数，其偏差可能来自设备老化、线路故障或环境变化。通过AC对Z动态调整：；其中，为调整后的线路阻抗，为初始设定的线路阻抗（理论值），为线路阻抗调整系数，根据实验或仿真结果设定，反映阻抗对准确性系数的灵敏度。

校正后的故障点位置计算公式为：；其中：D为调整后的故障点位置，L为线路总长度，为动态调整后的行波传播速度，ΔT为行波信号到达馈线两端的时间差。

动态调整后的和更接近实际线路特性，显著减少因参数误差导致的定位偏差。通过实时计算AC和调整参数，实现故障定位算法的闭环优化，不断提高定位准确性。

S6：GIS系统包含输电线路的空间分布、杆塔位置、设备编号、分支结构、地形地貌等信息。通过线路编号和故障点距离D，在GIS数据中找到对应的地理坐标(x,y)。若线路为分支结构，进一步结合分支路径信息确认故障点具体分支。

在GIS界面上用显著标记（如红点）标注水电站馈线故障点位置，同时显示其相关信息：距馈线起点的距离D。故障发生时间。相邻设备信息（如断路器、开关位置）。将故障点信息叠加到GIS地图的多层信息中，显示输电线路、设备状态、停电区域等。通过颜色、图标或动画动态显示故障影响范围及设备状态，便于快速研判。

根据故障点位置D，判断故障所在的线路区段，确定与故障点相邻的开关设备。保护装置联动：指令发送：故障信息通过通信系统传输至相邻保护装置（如断路器、分段开关）。执行隔离：相邻保护装置根据接收的指令执行快速跳闸，隔离故障区段。

自动化保护设备：现代开关设备支持远程控制和自动跳闸功能（如基于IEC 61850通信协议的保护设备）。低延迟通信：利用高速通信网络（如光纤通信）将故障信息实时传输至保护装置，确保故障隔离时间在数十毫秒至数百毫秒内完成。

通过GIS系统分析，识别受影响的线路和负荷，规划可行的供电路径。根据GIS数据中可用线路的状态（电流容量、开关位置等），选择最优路径恢复供电。

通过自动化开关和调度系统执行重构方案，包括：启动备用线路供电；调整变压器负载分配；恢复正常供电。根据实时负荷数据，确保线路重构后的供电系统稳定运行。

通过快速故障隔离，仅断开水电站故障区段，其余区域通过备用线路继续供电。故障隔离时间显著缩短（从分钟级减少到毫秒级）。自动化重构快速恢复正常供电，减少停电时间，提高用户满意度。

在本实施例中，通过在水电站馈线两端和多个节点布设高速暂态监测装置，采集行波信号并记录信号幅值变化。通过建立理论传播模型，计算行波衰减规律，并将实际衰减数据与理论模型对比，评估信号传输路径的合理性。对不合理的行波信号进行频率分析，提取频率谱特性，并与故障行波特征库进行匹配，验证信号来源的真实性。根据路径合理性和信号真实性，预测故障点定位的准确性，并划分为准确性定位和不准确性定位。对不准确性定位进行校正，动态调整行波传播速度和线路阻抗，以提高定位精度。最后，将故障点位置信息与地理信息系统结合，生成可视化定位图，与保护装置联动实现快速故障隔离和线路重构，缩短故障恢复时间并减小停电范围。

实施例2，请参阅图2所示，本实施例所述一种水电站馈线故障检测系统，包括数据采集模块、信号传输分析模块、信号真实性验证模块、定位准确性预测模块、定位校正模块以及故障可视化与联动模块；

数据采集模块，在水电站馈线的两端布置高速暂态监测装置，用于采集故障发生时产生的行波信号；在馈线多个节点布置信号监测装置，用于记录行波信号在传输过程中的幅值变化；

信号传输分析模块，通过建立理论传播模型，计算馈线的行波衰减规律，并将实际测得的衰减数据与理论模型进行对比，判断信号传输路径的合理性；

信号真实性验证模块，对信号传输路径不合理的行波信号进行频率分析，提取其频率谱特性，将提取的频率谱与预设的故障行波特征库进行匹配，验证信号来源的真实性；

定位准确性预测模块，根据信号传输路径的合理性和信号来源的真实性，对馈线故障点定位的准确性进行预测；根据预测结果，将馈线故障点定位的准确性划分为准确性定位和不准确性定位；

定位校正模块，对于不准确性定位，根据预测结果不断校正因时钟同步误差导致的定位偏差，以提高故障点定位的准确性，包括根据预测结果动态调整行波传播速度和线路阻抗；

故障可视化与联动模块，将水电站馈线故障点位置信息与地理信息系统结合，生成故障点的可视化定位图；与保护装置联动，实现快速故障隔离和线路重构，缩短故障恢复时间，减小停电范围。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水电站馈线故障检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：在水电站馈线的两端布置高速暂态监测装置，用于采集故障发生时产生的行波信号，以及在馈线多个节点布置信号监测装置，用于记录行波信号在传输过程中的幅值变化；

S2：通过建立理论传播模型，计算馈线的行波衰减规律，并将实际测得的衰减数据与理论模型进行对比，判断信号传输路径的合理性，具体为：将实际测得的衰减数据与理论传播模型计算结果进行对比分析后获取行波信号衰减偏差指数，行波信号衰减偏差指数的获取方法为：行波信号幅值的理论衰减模型表示为：；其中，为理论计算的信号幅值，为行波信号的初始幅值，α为衰减系数，表示信号幅值随传播距离的指数衰减速率，x为行波信号传播的距离；实际测量得到的数据为：信号传播路径上的p个采样点，其中：为采样点的传播距离，为采样点测得的信号幅值，最小二乘法通过最小化理论值与实际测量值之间的残差平方和来拟合衰减系数α；残差定义为：；目标函数为：；S为残差平方和，表示理论与实际值的整体偏差，p为采样点的数量，通过对目标函数S求最小值，得到最优的衰减系数α，对α求导数：；令导数为零：；解此方程得到最优衰减系数α；根据最优拟合参数α，计算理论值，行波信号衰减偏差指数定义为理论值与实际值之间的平均相对误差，表达式为：；式中，SXC为行波信号衰减偏差指数；

S3：对信号传输路径不合理的行波信号进行频率分析，提取其频率谱特性，将提取的频率谱与预设的故障行波特征库进行匹配，验证信号来源的真实性，具体为：将提取的实际信号频率特征与特征库中的模板进行对比，对主频率的相对偏差情况进行分析后生成主频率偏差异常指数，主频率偏差异常指数的获取方法为：从实际信号中提取主频率点，构成特征向量：；其中：表示实际信号的第n个主频率，n为主频率特征点的数量，T表示转置操作，将行向量转换为列向量；构建模板频率特征向量，从预设的故障行波特征库中提取对应故障类型的模板频率特征：；其中：表示模板信号的第n个主频率；根据模板频率特征库的样本集合，计算协方差矩阵Σ：；其中：m为模板样本的数量，为模板样本的均值向量，定义为：；k=1、2、...、n；计算实际频率特征向量f与模板频率特征向量的马氏距离，公式为：；其中：为协方差矩阵的逆矩阵，将计算得到的马氏距离归一化，生成主频率偏差异常指数：；式中，为主频率偏差异常指数，为根据历史数据设定的异常阈值；

S4：根据信号传输路径的合理性和信号来源的真实性，对馈线故障点定位的准确性进行预测，根据预测结果，将馈线故障点定位的准确性划分为准确性定位和不准确性定位；

将行波信号衰减偏差指数和主频率偏差异常指数进行归一化处理后映射到[0,1]的区间，通过归一化处理后的行波信号衰减偏差指数和主频率偏差异常指数计算馈线故障点定位的准确性系数；

S5：对于不准确性定位，根据预测结果不断校正因时钟同步误差导致的定位偏差，以提高故障点定位的准确性，包括根据预测结果动态调整行波传播速度和线路阻抗；

S6：将水电站馈线故障点位置信息与地理信息系统结合，生成故障点的可视化定位图，与保护装置联动，实现快速故障隔离和线路重构，缩短故障恢复时间，减小停电范围。

2.根据权利要求1所述的一种水电站馈线故障检测方法，其特征在于：根据预测结果，将馈线故障点定位的准确性划分为准确性定位和不准确性定位，具体为：将计算得到的馈线故障点定位的准确性系数与根据历史数据预先设定的准确性系数的参考阈值进行比较，若馈线故障点定位的准确性系数大于或等于预先设定的准确性系数的参考阈值，说明馈线故障点定位的准确性高，将其划分为准确性定位；若馈线故障点定位的准确性系数小于预先设定的准确性系数的参考阈值，说明馈线故障点定位的准确性低，将其划分为不准确性定位。

3.根据权利要求2所述的一种水电站馈线故障检测方法，其特征在于：当馈线故障点定位的准确性系数小于预先设定的准确性系数的参考阈值，表明定位偏差大，需要通过调低或调高行波传播速度v进行补偿，具体包括：通过准确性系数对v进行调整，调整公式为：；其中：为调整后的行波传播速度，为初始设定的行波传播速度，为行波传播速度调整系数，AC为计算得到的馈线故障点定位准确性系数，为准确性系数的参考阈值；

当馈线故障点定位的准确性系数小于预先设定的准确性系数的参考阈值，表明线路阻抗偏离理论值，通过调整线路阻抗Z补偿误差，具体包括：通过AC对Z动态调整，调整公式为：；其中，为调整后的线路阻抗，为初始设定的线路阻抗，为线路阻抗调整系数。

4.根据权利要求3所述的一种水电站馈线故障检测方法，其特征在于：校正后的故障点位置计算公式为：；其中：D为调整后的故障点位置，L为线路总长度，为动态调整后的行波传播速度，ΔT为行波信号到达馈线两端的时间差。

5.一种水电站馈线故障检测系统，用于实现权利要求1-4任一项所述的一种水电站馈线故障检测方法，其特征在于：包括数据采集模块、信号传输分析模块、信号真实性验证模块、定位准确性预测模块、定位校正模块以及故障可视化与联动模块；

数据采集模块，在水电站馈线的两端布置高速暂态监测装置，用于采集故障发生时产生的行波信号；在馈线多个节点布置信号监测装置，用于记录行波信号在传输过程中的幅值变化；

信号传输分析模块，通过建立理论传播模型，计算馈线的行波衰减规律，并将实际测得的衰减数据与理论模型进行对比，判断信号传输路径的合理性；

信号真实性验证模块，对信号传输路径不合理的行波信号进行频率分析，提取其频率谱特性，将提取的频率谱与预设的故障行波特征库进行匹配，验证信号来源的真实性；

定位准确性预测模块，根据信号传输路径的合理性和信号来源的真实性，对馈线故障点定位的准确性进行预测；根据预测结果，将馈线故障点定位的准确性划分为准确性定位和不准确性定位；

定位校正模块，对于不准确性定位，根据预测结果不断校正因时钟同步误差导致的定位偏差，以提高故障点定位的准确性，包括根据预测结果动态调整行波传播速度和线路阻抗；

故障可视化与联动模块，将水电站馈线故障点位置信息与地理信息系统结合，生成故障点的可视化定位图；与保护装置联动，实现快速故障隔离和线路重构，缩短故障恢复时间，减小停电范围。