暂态行波分析在输电线路故障定位及类型识别中的作用

随着电力系统规模的不断扩大，输电线路故障的快速定位与准确判断对保障电网安全稳定运行具有重要意义。行波故障在线监测系统基于行波传播特性，通过分析故障暂态过程中的电气量变化，实现对故障位置的精确定位和故障类型的科学判断。

一、行波故障在线监测系统的基本构成
行波故障在线监测系统主要由数据采集单元、通信传输单元、数据处理中心三部分组成。数据采集单元安装于输电线路沿线的变电站或杆塔上，通过高速采样模块（采样率通常达到1MHz以上）获取故障发生时的电压、电流行波信号；通信传输单元采用光纤或无线通信方式，将采集到的原始数据实时上传至数据处理中心；数据处理中心则利用专用算法对行波数据进行分析处理，完成故障定位与类型判断。
二、行波故障定位的核心原理与方法
行波故障定位的理论基础是行波在输电线路中的传播特性。当线路发生故障时，故障点会产生向两端传播的暂态行波，通过分析行波到达线路两端监测点的时间差和传播速度，可计算出故障位置。
（一）双端行波定位法
双端行波定位法通过比较故障行波到达线路两端监测装置的时间差实现定位。假设线路长度为L，行波传播速度为v，故障点距A端距离为x，行波到达A端和B端的时间分别为tA和tB，则有：
x = (L + v(tA - tB)) / 2 （当tA > tB时）
x = (L - v(tB - tA)) / 2 （当tB > tA时）
该方法的定位精度主要取决于时间同步精度和行波传播速度的准确性。目前，采用GPS同步技术可将时间同步误差控制在1μs以内，结合基于线路参数计算的行波速度修正模型，定位误差通常可控制在1km以内。
（二）单端行波定位法
单端行波定位法仅利用线路一端的行波数据进行定位，通过分析故障初始行波与故障点反射行波的时间差实现计算。设初始行波到达监测端的时间为t1，反射行波到达时间为t2，行波传播速度为v，则故障距离x为：
x = v(t2 - t1) / 2
该方法不受线路两端时间同步的限制，但需要准确识别反射行波的波头，在复杂故障情况下可能存在一定误差。
三、故障类型判断的关键技术
故障类型判断是行波监测系统的重要功能，其核心是通过分析故障暂态行波的特征量，识别故障的相别和性质（如接地故障、短路故障等）。
（一）基于行波波头极性的判断
不同类型故障产生的行波波头极性具有特定规律。例如，单相接地故障时，故障相电压行波波头极性与非故障相存在明显差异；而相间短路故障时，故障相之间的电流行波波头极性相反。通过提取行波波头的极性特征，可初步判断故障相别。
（二）基于能量谱特征的识别
故障暂态行波包含丰富的频率成分，不同类型故障的能量在各频率段的分布存在差异。利用小波变换或傅里叶变换对行波信号进行频谱分析，提取能量谱的特征向量（如主频、能量熵等），通过支持向量机（SVM）或神经网络等模式识别算法，可实现故障类型的分类识别。
（三）基于故障暂态持续时间的辅助判断
永久性故障与瞬时性故障的暂态过程持续时间存在明显区别。瞬时性故障（如雷击闪络）的暂态行波持续时间通常较短（一般小于10ms），而永久性故障的暂态过程则伴随稳定的故障电流。通过分析行波信号的持续时间特征，可辅助判断故障的稳定性。