身份证号码：23040519870304XXXX
摘要：主要依据在MATLAB/Simulink平台上建立的建筑电气系统仿真模型，进行建筑电气故障模拟，根据行波理论，提取建筑电气故障行波，采用小波分析技术对故障行波进行分解得到故障行波小波系数，根据小波模极大值理论及单端行波测距原理实现建筑电气故障准确定位。
关键词：建筑电气系统；行波理论；小波分析；故障定位；
前言
建筑电气发展到如今，已经成为结构复杂和关联紧密的系统，但建筑电气故障发生的概率也在不断提高，因此，需要对建筑电气故障诊断方法进行深入研究。
一、引发建筑电气系统故障的因素
当前智能化建筑及功能化建筑成为建筑工程的主要趋势，这使得建筑电气系统日益复杂，导致建筑电气系统故障呈现出多样性的特点。分析并确定引发建筑电气系统故障的因素，是进一步诊断、落实并解决故障，保证人们正常生活工作活动的关键。较为常见的建筑电气系统故障有电气线路故障、照明系统故障、动力系统故障、防雷接地系统故障等，而引发建筑电气系统故障的因素包括线路、用电布置、电梯电源、防雷安装等。其中，线路因素包括短路、断路、绝缘层等，在建筑电气施工的过程中，一旦发生接线上的疏忽，或是安装存在差错，电线间距过小，裸电线太低、空间太潮湿、电线老化受损等情况，都会造成线路安全隐患，引发电气系统故障。而用电布置问题也是引发建筑电气系统故障的重要因素，建筑电气系统中，配电布置环境应保持干燥且温度适宜，一般来说，诸如浴室、厕所的直接下层不应出现配电布置，此外，发电机用房的布置也应保持环境的干燥，并配备一定的防潮设施，电气线路的运行环境温度也不能过高，若是这些用电布置的环境条件不符合要求，也容易引发建筑电气系统故障。此外，防雷安装如果出现纰漏，出屋面金属和防雷接闪器的连接不可靠，或是重复接地不合乎要求，防雷装置连接不稳固，避雷带截面不足等，会引发防雷接地电阻过大，接地网中零线带电，出现防雷接地系统故障。
二、定位研究分析
1.故障行波提取
根据叠加原理，电气线路故障可视为故障状态分量和正常状态分量的叠加，故障状态分量是故障行波产生的原因，有效提取故障行波对故障准确定位尤为重要。故障行波的提取办法如下∶（1）将故障后一定时间内的三相电压、电流值减去故障前的三相电压、电流值得到故障后三相电压、电流的暂态值。（2）采用Clarke变换把互相耦合的三相电压、电流暂态量解耦成互相独立的模分量。Clarke变换公式如下∶
.png)
2.基于小波分析的行波测距原理
双端测距法不需要识别故障行波反射波就能实现故障测距，可靠性、准确定较高，但需要时钟同步装置，经济性较单端测距法较差，单端测距法投资较小，但面临准确识别故障点反射波和对端反射波的困难，常用的波头识别方法有求导数法、相关法和匹配滤波器法。求导数法适用于短距离故障测距，但易受噪声干扰，精度不高。求相关法是利用互相关函数求出到达测量端的行波及其从故障点反射回测量装置的时间差进而求出故障位置，实际应用起来有一定困难。匹配滤波器法建立在相关法基础之上，其测距结果受测量端所连输电线数目等因素影响，由于这些原因，这些方法的使用受到了限制。
20世纪90年代，以小波变换为代表的时频分析技术在电力系统中得到广泛的应用。小波变换在时域和频域同时具有良好的局部化性质，由小波变换模极大值理论可知，当小波函数可以看作某一平滑函数的一阶导数时，信号小波变换模的局部极值点对应信号的突变点。当小波函数可以看作某一平滑函数的二阶导数时，信号小波变换模的过零点也对应信号的突变点。也就是说，小波变换的模极大值与信号的突变点是一一对应的，其极性表示突变点的变换方向，其大小表示突变点的变化强度，利用小波模大值可以确定平稳值信号的奇异点。对故障产生的暂态波形进行小波变换，小波模极大值出现的时刻对应于初始行波、故障点反射波、对端母线反射波等行波浪涌到达检测点的时刻，利用故障初始行波浪涌和故障点反射波到达检测点的时间差计算故障距离，从而实现单端行波故障测距。
3.仿真结果分析
采用MATLAB/Simulink仿真工具对建筑电气系统单相短路故障、两相相间短路故障、三相短路故障、接触不良故障、过载故障、漏电故障、断相故障等7大故障类别进行仿真，仿真算法为固定步长为10~'的ode3算法，仿真时间为0.06s，故障产生时间为0.02s，采样频率10MHz。线路单位长度电感L。为8.984e-4H/km，单位长度电容C。为1.294e-8F/km。选用经济性较好的单端行波测距法进行故障定位。如图1所示，线路发生单相（A相）接地短路故障后，故障点前线路A、C两相电压降低为原来的0.5倍，B相电压不变，保持正常。故障相电流增大为正常值的2倍左右。
采取同样的方法使用Haar小波，对两相相间短路故障、三相短路故障、接触不良故障、过载故障、漏电故障、断相故障电压行波进行分解，得到小波变换系数，d1层高频系数重构图形可以清楚显示信号突变点，标记信号突变处采样点，并计算故障距离，计算结果见表1，采用行波单端测距法，测量绝对误差在10m左右，相对误差小于3%，由于短路故障现象比较明显，接触不良故障、过载故障、漏电故障、断相故障的测量误差有比较小，因此采用行波单端测距法可以满足实际应用要求。
三、诊断建筑电气系统故障的方法概述
1.SVM方法分析
支持向量机（SVM）是基于统计学理论的新型机器学习方法，基于数据的机器学习给予训练样本以系统输入、输出的依赖关系，通过非线性核函数，将输入样本空间映射到高维线性特征空间。具有处理非线性回归问题的能力，且具有训练时间短、泛化能力强等优点。根据故障的特征分类，可以分为正常状态（E1）、两相相间短路故障（E2）、相对地短路故障（E3）、单相接地故障（E4）、三相不平衡故障（E5）、断相故障（E6）。SVM模型的建立是通过两类问题而构件的，支持向量机本质上是为了解决多类故障问题，主要方法包括K类SVM法、决策导向无环图等。目前，采用的主要包括一对一、一对多等分类方法。本文选用一对一分类方法，主要是因为一对一的精度较高、单个SVM容易训练。
2.神经网络方法
BP网络和RBF网络计算的神经网络方法故障诊断也是对建筑电气故障进行排查的有效方法之一。BP网络是一种多层前馈神经网络，包括输入层、隐藏层和输出层，上、下层之间实现了全连接，同一层神经元之间无连接。在进行训练样本的选取时，将神经元输入BP网络，输出神经元个数为6代表6类诊断状态。RBF网络则在创建过程中增加了隐含层节点和个数，直至符合预先设定的误差值。对训练结果进行测试，得出了测试结果。使用BP网络的训练平均误差为0.03493，使用RBF网络的训练平均误差为0.004，使用BP网络进行训练的步数为1337，使用RBF网络进行的训练步数为19；使用BP网络错判个数为3，使用RBF网络错判个数为2.
结束语
对7大电气故障类型故障暂态电气参数进行处理，提取故障行波，采用小波分析技术对故障行波进行分解得到故障行波小波系数，根据小波模极大值理论及单端行波测距原理实现建筑电气故障定位，仿真结果表明使用基于小波变换的单端行波电气故障测距方法，测距误差在可接受范围内，能够满足实际需求。
参考文献：
［1］朱荣梁，冯凯.建筑电气系统故障诊断方法研究［J］.商品与质量，2016（30）.
［2］刘光辉.小波消噪和人工蜂群优化神经网络的建筑电气故障诊断［J］.电气应用，2015（10）.