行波定位技术在长距离线路中解决信号衰减问题

行波定位技术作为电力系统故障检测的重要手段，通过分析故障产生的暂态行波信号实现故障点精确定位。在长距离输电线路中，由于线路分布参数特性、介质损耗及外界干扰等因素，行波信号在传播过程中不可避免地产生衰减，导致信号特征提取困难、定位精度下降。

一、长距离线路行波信号衰减的主要机理
行波信号在长距离线路中的衰减是多种因素共同作用的结果，主要包括以下方面：
（一）线路电阻与电导损耗
输电线路导体存在直流电阻，当行波电流通过时会产生焦耳热损耗；同时线路绝缘介质存在电导，导致部分能量转化为热能消耗。这两种损耗随线路长度增加呈线性累积，使行波幅值随传播距离按指数规律衰减。对于500kV及以上超高压线路，当传输距离超过200km时，初始行波波头幅值可能衰减至原始值的30%以下。
（二）电磁波辐射损耗
行波本质上是沿线路传播的电磁波，在传播过程中会向空间辐射电磁能量。特别是在架空线路中，导线与大地形成的回路相当于开放的电磁波传输系统，高频分量更容易通过辐射方式损耗。研究表明，频率高于1MHz的行波分量在传播100km后衰减可达20dB以上，导致信号频谱特性发生畸变。
（三）波阻抗不匹配反射
长距离线路中存在的杆塔、绝缘子、电缆中间接头等设备，会导致线路波阻抗发生突变。当行波经过阻抗不连续点时，会产生反射和折射现象，部分能量被反射回源头，造成正向传播能量损失。在多分段线路中，这种反射效应会使行波信号产生多重叠加，进一步加剧信号衰减和波形畸变。
（四）环境干扰与噪声耦合
长距离线路穿越复杂地形时，易受雷电、电磁干扰、工业噪声等环境因素影响。这些干扰信号与行波信号叠加，降低信噪比，相当于在有效信号中引入衰减。在强电磁干扰区域，噪声电平可能接近甚至超过衰减后的行波信号幅值，导致有效信号被完全淹没。
二、解决信号衰减问题的关键技术路径
针对长距离线路行波信号衰减的复杂机理，需从信号采集、传播优化、算法处理等多环节协同施策，构建完整的衰减抑制体系。
（一）信号增强技术
1. 高灵敏度传感器设计
采用基于罗氏线圈的宽频带电流传感器和电容分压器式电压传感器，通过优化磁芯材料和线圈匝数，将传感器带宽扩展至0.1Hz-10MHz，同时提高信噪比至60dB以上。在传感器前端集成低噪声前置放大器，实现对微伏级行波信号的有效捕获，为后续处理提供高质量原始数据。
2. 自适应增益控制技术
开发基于FPGA的实时增益调节模块，根据线路长度和故障类型动态调整放大倍数。当检测到远距离故障时，自动提升前置放大增益，补偿信号衰减；对于近距离故障，则降低增益避免信号饱和。该技术可使系统在0-500km范围内保持一致的信号采集灵敏度。
3. 光纤复合架空地线（OPGW）应用
利用OPGW光缆同时实现电能传输和光信号通信，将行波传感器采集的信号通过光纤直接传输至主站系统。光纤传输具有低损耗（0.2dB/km）、抗电磁干扰的特性，可有效避免传统电缆传输中的信号衰减和噪声耦合，特别适用于跨越数百公里的超高压线路。
（二）传播特性优化技术
1. 线路参数动态校正
建立基于气象条件的线路参数修正模型，实时采集导线温度、覆冰厚度、环境湿度等参数，通过有限元仿真计算当前状态下的线路电阻、电感、电容值。将动态参数代入行波传播方程，精确计算不同距离下的衰减系数，为定位算法提供准确的传播模型。
2. 行波频率特性匹配
分析不同故障类型产生的行波频谱特征，通过数字滤波器提取衰减较慢的频率分量。研究表明，在长距离线路中，500kHz-1MHz频段的行波信号具有相对较小的衰减系数和色散效应。采用带通滤波技术增强该频段信号，可显著提高传播过程中的信号保持能力。
3. 分布式监测节点部署
在长距离线路上每隔50-100km设置中间监测节点，形成多端同步采集网络。每个节点采集的行波信号通过光纤传输至主站，主站对多端数据进行融合分析。这种分布式架构将长距离传播转化为多个短距离段，有效降低单次传播的衰减程度，同时通过多端数据比对提高定位可靠性。
（三）定位算法改进技术
1. 基于小波变换的特征提取
采用db4小波函数对衰减后的行波信号进行5层分解，提取各频带的小波模极大值。通过分析不同尺度下模极大值的传播特性，识别行波波头到达时刻。该方法对噪声和衰减具有较强鲁棒性，即使信号幅值衰减至原始值的10%，仍能准确提取波头信息。
2. 衰减补偿型双端定位算法
传统双端定位算法假设行波传播速度恒定，未考虑衰减对波速的影响。改进算法引入衰减系数修正项，根据线路长度和实测信号幅值，动态调整传播速度计算模型。公式如下：
x = (L + v(t2-t1))/2
其中v为修正后的传播速度，通过衰减系数α和线路长度L计算得到：v = v0·e-αL，v0为无损线路波速。