تعيين مكان خطاي تك‎فاز به زمين در كابل قدرت سه فاز با استفاده از امواج گذراي فركانس بالاي ولتاژ و تبديل هيلبرت هوآنگ (بدون نياز به پارامترهاي خط)

Determine single phase to ground fault location in three-phase power cables using high frequency transient voltage signals and Hilbert-Huang transform (without using line parameters)

استفاده از كابل‎هاي قدرت زيرزميني در قسمت‎هاي مختلف شبكه توزيع به ‎دليل مزاياي اتصالات زيرزميني توسعه فراواني يافته است. در اين مقاله روشي جديد براي مكان‎يابي خطاي تك‎فاز به زمين در كابل‎هاي زيرزميني سه‎فاز مبتني بر پردازش سيگنال ديجيتال و بدون استفاده از پارامتر‎هاي خط كابلي معرفي مي‎شود. اندازه‎گيري‎ها تنها از ولتاژ و در يك سمت از خط انجام مي‎شود. با استفاده از تبديل هيلبرت_هوانگ و ايجاد تمايز بين طيف موج‎هاي امواج گذراي توليدي، مكان خطا تعيين مي‎شود. در الگوريتم پيشنهادي با استفاده از امواج انتشار يافته بعد خطا و بدون استفاده از پارامتر‎هاي خط كابلي سرعت سير امواج محاسبه مي‎شود. روش پيشنهادي، نيازي به داده‎هاي GPS و همزماني اطلاعات ندارد. سيستم قدرت مورد مطالعه با يك خط انتقال ولتاژ متوسط كابلي با عايق XLPE در نرم‎افزار ATP/EMTP مدل‎سازي شده است. اطلاعات نمونه برداري شده از ولتاژ سه فاز، جهت محاسبه مكان خطا با استفاده از تبديل هيلبرت_هوآنگ به نرم‎افزار MATLAB منتقل شده است. عملكرد روش پيشنهادي به ازاي شرايط مختلف خطا شامل موقعيت‎هاي مختلف خطا، زاويه‎هاي متفاوت شروع خطا و مقاومت‎هاي مختلف خطا بررسي شده است. نتايج حاصله حاكي از كارآمد بودن اين روش جهت مكان‎يابي دقيق، سريع و عدم وابستگي آن به شرايط مختلف خطا بوده است.

Underground power cables have received much attention in various parts of the distribution networks because of its advantages. This paper presents a new method to single phase to ground fault locate in three-phase underground cables based on digital signal processing and without using cable line parameters. In the proposed algorithm, samples just from voltage on one side of the cable line are taken. Fault location is determined using the Hilbert-Huang transform and making a distinction between spectrums of generated transient waves. Using the propagated fault waves and without using a line parameters, velocity of waves is calculated. The proposed algorithm, does not need GPS’s data and data synchronization. A typical Power systems with a medium voltage XLPE cable is modeled by ATP / EMTP software. Sampled data from three-phase voltage is transferred to the MATLAB software to calculate the fault location using Hilbert-Huang transform. The Performance of the proposed method is evaluated for various fault conditions, including different fault location, different starting fault angle and different fault resistance. The results suggest the effectiveness of this method for precise positioning, rapid and lack of dependence on various conditions error. Results from several simulations under different system’s conditions, such as different fault location, shows proposed method represent an accurate and fast fault location detection and reduce cost of system‘s repair.