行波定位装置感知层架构：从信号采集到数据传输

一、引言
随着配电网规模的不断扩大和结构的日益复杂，故障的快速预警与精确定位成为保障供电可靠性的关键。行波故障预警与定位技术凭借其快速性和准确性，在配网故障处理中展现出重要价值。感知层作为该技术的基础，负责原始行波信号的采集、初步处理与传输，其架构设计直接影响装置的整体性能。本文围绕配网行波故障预警与定位装置感知层的架构设计展开探讨，旨在构建一套能够稳定、高效获取行波信号的感知体系。

二、感知层架构总体设计
配网行波故障预警与定位装置感知层架构设计以“精准感知、可靠传输、低耗高效”为核心目标，采用分层分布式结构。该架构主要由行波信号采集单元、信号调理与预处理单元、数据传输单元以及电源管理单元四部分组成。各单元既相互独立又协同工作，共同完成从行波信号产生到原始数据上传的全过程。
三、核心单元设计
（一）行波信号采集单元
行波信号采集单元是感知层的“眼睛”，其性能直接决定了后续故障分析的准确性。考虑到配网行波信号具有暂态性、高频性和微弱性的特点，该单元选用宽频带、高采样率的电流互感器（CT）和电压互感器（PT）作为核心感知元件。
1.互感器选型：优先选择带宽覆盖30kHz至2MHz的电子式互感器，以确保能够捕捉到行波信号中的关键高频分量。同时，需保证互感器具有良好的线性度和暂态特性，减少信号畸变。
2.多点部署策略：根据配网拓扑结构和故障行波传播特性，在关键节点（如线路分段处、重要负荷接入点、分支线路T接点等）部署采集单元。通过多点同步采集，可以为后续的行波定位算法提供丰富的数据支撑。
（二）信号调理与预处理单元
从互感器输出的原始信号往往伴有噪声干扰，且信号幅度可能不在后续A/D转换电路的输入范围内，因此需要进行调理与预处理。
1.信号调理：主要包括滤波、放大和隔离。采用带通滤波器滤除低频干扰和高频噪声，保留行波信号的有效频段；通过可编程增益放大器对信号进行适当放大，以匹配A/D转换器的输入范围；利用隔离模块实现强弱电隔离，保障系统安全和信号纯净。
2.A/D转换：选用高分辨率（不低于16位）、高采样速率（不低于10MSPS）的A/D转换器，确保能够准确量化行波暂态信号的细节特征。转换后的数字信号将进入微处理器进行进一步处理。
3.初步特征提取：微处理器对数字信号进行初步分析，例如检测信号的突变、计算信号的峰值、上升沿时间等简易特征，用于快速判断是否可能发生故障，实现初步预警功能，减少无效数据上传。
（三）数据传输单元
数据传输单元负责将预处理后的行波数据及初步判断结果可靠地传输至上层处理中心。
1.传输方式选择：综合考虑配网现场环境、数据传输速率和成本等因素，可采用有线传输（如以太网、光纤）与无线传输（如LoRa、NB-IoT、5G）相结合的方式。对于数据量较大且对实时性要求高的场景，优先选择光纤或以太网；对于偏远地区或布线困难的节点，可采用无线传输方式。
2.数据封装与协议：对传输的数据进行标准化封装，包含时间戳、设备ID、信号特征值、原始数据片段等信息。采用具有良好实时性和可靠性的通信协议，确保数据在传输过程中的完整性和准确性。同时，考虑数据加密传输，保障数据安全。
（四）电源管理单元
感知层设备通常安装在户外配电站或杆塔上，电源供应是其稳定运行的基础。
1.供电方式：采用交直流混合供电方案，优先利用配网线路自身的低压电源（如AC220V），并配备蓄电池作为备用电源，以应对突发停电情况。对于无市电接入的偏远节点，可考虑太阳能与蓄电池组合供电。
2.低功耗设计：在硬件选型和软件设计上注重低功耗特性。例如，选用低功耗微处理器和传感器，在非故障时段使部分模块进入休眠状态，仅保持必要的监测功能，当检测到疑似故障信号时再唤醒系统进入高速采集模式，从而延长备用电源的续航时间。
四、同步与抗干扰设计
（一）时间同步
精确的时间同步是实现行波定位的关键。感知层各采集单元需采用统一的时间基准，通常通过全球卫星导航系统（如北斗、GPS）接收模块获取标准时间信号，并结合本地晶振进行时间校准，确保各节点的采样时间偏差控制在微秒级以内。
（二）抗干扰措施
配网现场电磁环境复杂，电磁干扰会影响行波信号的采集质量。
1.硬件抗干扰：在电路设计中采用屏蔽、接地、滤波等措施，减少电磁耦合干扰。选用具有良好抗干扰能力的元器件，优化PCB布局布线。
2.软件抗干扰：采用数字滤波算法（如小波变换、自适应滤波等）进一步去除信号中的噪声。在数据传输过程中加入校验机制，对接收的数据进行错误检测和重传处理。