分布式故障诊断装置基于暂态行波的故障诊断方法

分布式故障诊断装置依托暂态行波技术实现故障诊断，其核心逻辑在于通过多点协同采集、时空特征分析与分布式计算，解决传统集中式诊断在复杂电网中存在的响应延迟、定位精度不足等问题。该方法利用电力系统故障发生时产生的暂态行波信号，结合分布式装置的拓扑优势，构建从信号捕捉到故障定位的完整技术体系。

一、暂态行波的产生机制与信号特征
当电力线路发生短路、接地等故障时，故障点瞬间的电压电流突变会激发暂态行波。这种行波以接近光速的速度沿线路向两端传播，其波头包含故障位置、类型等关键信息。暂态行波具有以下特征：一是波头陡峭，上升时间通常在微秒级，便于精确捕捉；二是频谱丰富，包含从工频到MHz级的宽频分量；三是传播路径与线路拓扑密切相关，可通过多端数据比对实现定位。
分布式装置通过部署在不同节点的传感器，同步采集行波波头到达时间、幅值极性等参数。例如，在10kV配电网中，当发生单相接地故障时，故障点产生的暂态行波会同时向变电站与分支线路传播，各分布式终端记录的波头到达时刻差，成为故障定位的核心数据。
二、分布式诊断系统的架构设计
分布式故障诊断装置通常由三层架构组成：感知层、通信层与决策层。感知层包含安装于线路关键节点的行波传感器（如罗氏线圈、光电电流互感器）和同步时钟模块（GPS或北斗授时，时间同步精度达1μs以内）；通信层采用光纤或无线专网实现实时数据传输；决策层通过边缘计算节点或云端平台进行数据融合与故障研判。
该架构的优势在于：一是多点同步观测，避免单一测点因信号衰减或反射导致的误判；二是分布式计算降低中心节点压力，提升诊断实时性；三是具备可扩展性，新增线路节点可直接接入系统，无需大规模改造。
三、基于暂态行波的故障诊断关键技术
1. 行波信号的采集与预处理
分布式终端采用高频采样技术（采样率通常为1MHz~10MHz）捕捉暂态行波，通过小波变换或数学形态学算法滤除工频干扰与噪声。例如，采用db4小波基对信号进行5层分解，提取10kHz~1MHz频段的暂态分量，可有效突出故障波头特征。
2. 波头检测与到达时刻标定
波头检测是诊断的关键环节，常用方法包括：基于模极大值的小波变换法、基于能量突变的希尔伯特黄变换法，以及基于斜率阈值的过零检测法。以模极大值法为例，通过识别小波变换后的信号极值点，结合阈值判断（通常取噪声标准差的3~5倍），可实现波头到达时刻的精确标定，误差控制在5μs以内。
3. 故障定位算法
分布式系统主要采用双端法与多端法进行定位。双端法利用两个终端记录的波头到达时间差Δt，结合行波传播速度v（约2.99×10^8m/s），通过公式L=(v×Δt)/2计算故障距离；多端法则通过三个以上终端的时间差数据构建方程组，消除线路分支、波速变化等因素影响。例如，在含T接分支的线路中，多端数据融合可将定位误差从传统方法的5%线路长度降低至1%以内。
4. 故障类型识别
通过分析行波的极性特征、各序分量幅值比及能量分布，可实现故障类型判别。例如：单相接地故障时，零序行波分量显著；两相短路故障存在负序分量；三相短路故障则以正序分量为主。分布式装置通过对比不同节点的序分量数据，可进一步区分故障相别与接地电阻大小。