摘要：基于行波法的配电线路故障点精确定位技术研究是电力系统领域的一项重要课题。行波法利用故障产生的暂态行波信号进行定位，具有定位速度快、精度高的优点。通过精确捕捉行波信号并计算其在线路中的传播时间，结合线路参数，可实现故障点的精确计算。该方法在配电网故障定位中得到了广泛应用，有效提高了故障处理效率和供电可靠性。

关键词：行波法；配电线路；电路故障点；精确定位

一、行波法基本原理

行波法是一种基于多普勒效应及行波传播特性的测量方法，其核心在于理解和应用行波的传播规律、反射与透射现象以及故障行波的形成与检测。行波，作为平面波在传输线上的一种传输状态，其幅度沿传播方向按指数规律变化，相位沿传输线按线性规律变化。在配电线路中，行波的传播速度接近光速，具体取决于线路的电感和电容。当行波沿线路传播时，若遇到阻抗不匹配点，如电缆连接处、断线或低阻故障点，会产生反射现象，即行波部分或全部返回；同时，在低电阻故障情况下，还会发生透射现象，即一部分行波越过故障点继续传播。

故障行波的形成主要与电力设备内部故障有关，如短路或接地故障，这些故障会导致电流和电压的瞬时变化，从而在设备内部产生高频的电磁波，即故障行波。故障行波沿电缆或线路传播，直至遇到终端或阻抗不匹配点而发生反射。故障行波的检测主要依赖于先进的传感器和信号处理技术。传感器能够实时感应电力设备中的行波信号，采集随时间变化的电压、电流等参数，并将数据传输至信号处理器进行分析。信号处理器则通过特征分析、高频滤波、加窗处理和小波变换等手段，对采集到的数据进行处理，从而判断是否存在行波故障，并确定故障位置。

在实际应用中，行波法测距的可靠性和精度理论上不受线路类型、故障电阻及两侧系统的影响，但在实际操作中会受到多种工程因素的制约。为了提高测距精度，需要确保互感器的截止频率足够高，以捕捉高频行波信号，并采用快速响应的采样技术来记录暂态行波。此外，故障点反射波的正确识别是准确测距的关键，这要求能够区分反射波是来自故障点还是线路对端母线，并排除来自断路器操作、线路换位点和交叉跨越点等处的干扰。

二、基于行波法的故障定位技术

单端行波法的原理是通过测量故障点产生的初始行波及其反射波到达测量端的时间差来实现测距。实现方法通常包括利用初始行波分量与故障点反射波分量或初始行波分量与对端母线反射波分量来计算故障距离。然而，单端行波法的适用范围存在限制，当故障过渡电阻较大或较小时，反射波可能微弱难以检测，导致测距失败。此外，第二个反向行波的正确识别也是关键，识别错误将直接导致测距结果不准确。

双端行波法则利用线路两端检测到的行波到达时间差来进行故障测距。其原理在于，当故障发生时，初始行波会分别向线路两端传播，记录两端行波到达的时间，通过计算时间差和波速，即可得出故障距离。实现方法需要专用的同步时间单元以确保两端时间记录的准确性。双端行波法在精度上相对较高，因为母线两端都只检测第一个到达的行波，线路过渡电阻的电弧特性、系统运行方式的变化等因素对测距结果的影响较小。然而，双端法需要较高的设备投资，包括同步和通讯设备。为了提高精度，可以优化波速取值，考虑线路弧垂、转角等实际误差影响。

改进的行波法则结合了多种技术来提高故障定位的准确性和可靠性。梯度法与小波变换的结合是一种有效的方法，通过梯度法加强故障行波的奇异特征，同时利用小波变换进行多分辨率分析，滤除环境和测量噪声，从而更准确地确定行波波头的到达时刻。此外，随机共振算法与自适应白噪声总体平均经验模态分解（CEEMDAN）等技术的应用，也可以进一步提高故障定位的精度。随机共振算法可以增强微弱信号的检测能力，而自适应白噪声CEEMDAN则可以改善分解效果，提高分解速率，从而更有效地提取故障特征。

三、故障定位技术的实现与优化

在数据采集与处理阶段，首先面临的是采样率与精度的选择。适当的采样率能够确保捕捉到故障信号的关键特征，避免信息丢失，而高精度则能提升数据的可靠性，为后续分析打下坚实基础。同时，噪声抑制与滤波技术也至关重要，它们能有效去除背景噪声，突出故障信号，常用的方法包括数字滤波、小波变换等，这些技术能够显著提升数据质量，为后续分析提供清晰准确的输入。

确定故障区段时，利用行波特征是一种高效的方法。行波在传输线中传播时，遇到故障点会产生反射，通过分析反射波的时间、幅值及相位等特征，可以初步判断故障所在的大致区域。为了验证这一结果的准确性，仿真分析是不可或缺的一环。通过建立与实际系统相近的仿真模型，模拟故障发生及传播过程，可以验证行波特征分析的有效性，优化故障区段定位算法，提高定位的精度和鲁棒性。

故障点的精确标定则依赖于对反射波与透射波的深入分析。当行波遇到故障点反射回来后，通过分析反射波与原始发射波之间的关系，可以进一步缩小故障位置的范围。此外，局部能量分析与特征矩阵的应用也是提高定位精度的重要手段。局部能量能够反映故障点附近信号的强度变化，而特征矩阵则能综合多种信号特征，通过模式识别算法，实现故障点的精确标定。这些技术的结合使用，能够显著提高故障定位的精确度和可靠性，为快速恢复系统正常运行提供有力支持。

四、实验与仿真分析

在实验设计与实施阶段，首先需要搭建一个稳定可靠的实验平台。这包括选择合适的硬件设备、配置必要的软件系统以及确保所有组件之间的兼容性和通信顺畅。实验平台的搭建完成后，接下来的关键步骤是实验数据的采集与处理。通过高精度传感器或专用仪器收集实验过程中的关键参数，并利用专业的数据处理软件对采集到的数据进行清洗、整理和分析，以提取有价值的信息和规律。

仿真模型的建立则是基于实验需求，对实际系统进行抽象和简化的过程。以配电网系统为例，仿真建模需要准确反映系统的拓扑结构、线路参数、负荷特性等关键要素。通过专业的仿真软件，可以构建出与实际情况高度一致的虚拟系统。此外，为了研究不同故障场景下的系统表现，还需要在仿真模型中设置相应的故障条件，如短路、断线等，并模拟故障发生后的系统响应。

通过对比实验数据与仿真结果，可以评估模型的准确性，并找出潜在的误差来源。例如，定位精度的提高可能依赖于更精确的传感器或更优化的算法。同时，还需要分析不同故障类型与条件下的定位效果。不同类型的故障可能导致系统表现出不同的特征，而仿真分析可以深入理解这些特征，并为实际系统的故障诊断与定位提供有力支持。通过综合分析实验与仿真结果，为后续的研究和应用提供有价值的参考。

结语

综上所述，基于行波法的配电线路故障点精确定位技术，凭借其快速响应与高精度的定位能力，已成为提升电网运维效率的关键手段。通过不断优化行波信号检测与分析算法，该技术能更可靠地应对复杂多变的配电线路故障，为保障电力供应稳定、促进智能电网发展提供了坚实的技术支撑。

参考文献

赵东耀，唐子衿.基于C型行波检测法的配电网单相接地故障点定位方法[J].通信电源技术， 2022， 39（3）：4.

秦王杨.基于行波法的配电线路故障定位研究[D].沈阳工业大学，2023.

张智伟.基于行波法的多端多段式混合线路故障定位研究[D].北京信息科技大学，2023.