配网行波故障预警与定位装置的高阻接地故障识别与定位

配电网单相接地故障中，有一类故障让运维人员格外头疼，那就是高阻接地故障。它不像金属性短路那样特征鲜明，故障电流微弱、波形杂乱，常规保护往往难以察觉，等真正被注意到时，故障可能已经持续了较长时间。行波故障预警与定位装置的出现，为这类故障的识别与定位提供了新的技术路径，本文围绕这一主题展开讨论。

高阻接地故障：电流微弱而风险不轻
高阻接地故障，指配电线路导体经较大过渡电阻与大地发生单相接触的故障，过渡电阻通常可达数百欧姆至数千欧姆。常见诱因包括架空线接触树枝、导线断落搭在碎石或混凝土路面、电缆外护套破损后经潮湿土壤接地等。与金属性接地相比，高阻接地没有明显的短路冲击，故障点更像是线路与地面之间的一次“松接触”，故障信号从一开始就处于微弱状态。
高阻接地故障的特征可以归纳为三个方面。其一，故障电流微弱，可能低于系统正常负荷电流的10%，甚至接近正常运行水平，常规保护装置难以通过电流幅值的变化察觉故障。其二，波形随机性强，故障点往往伴随电弧的间歇性燃熄，加上导线与接地介质的接触不稳定，故障回路时通时断，电流波形缺乏规律。其三，波形畸变明显，由于接地介质电阻的非线性以及电弧燃烧特性，故障波形正负半周不对称，过零点附近还可能出现明显的“零休”特征。
风险并不因为电流微弱而降低。持续的电弧放电会产生高温，若故障点附近存在枯草、落叶、树木等可燃物，极易引发火灾；故障长时间得不到切除，健全相电压随之升高，还可能诱发线路其他绝缘薄弱环节的二次故障，扩大事故范围。
高阻接地故障的典型特征可概括如下。
特征维度 典型表现
过渡电阻 数百欧姆至数千欧姆
故障电流 可能低于正常负荷电流的10%
波形规律 随机性强，伴随间歇性电弧
波形形态 正负半周不对称，过零点附近出现零休
常见介质 树枝、碎石、混凝土、沥青路面
常规保护手段的失灵区间
配电网多为中性点非有效接地系统。此类系统中发生单相接地故障时，接地电流通常只有数安培至数十安培，远小于负荷电流，馈线保护的零序过电流判据难以可靠启动。即使装设了消弧线圈，线圈对电容电流的补偿也会让故障点残流进一步减小，故障特征更加隐蔽，保护的判别难度随之上升。
特征不明显的直接后果是故障辨识困难。在传统运维模式下，确定故障馈线往往依赖人工拉路、逐条试拉的方式，过程繁琐，还伴随着非故障线路的短时停电。对于高阻接地这类连故障电流都难以稳定观测的情况，拉路试拉的效率并不高，故障支路可能被反复试拉也难以快速锁定。
问题的根源在于，高阻接地故障没有可供常规判据利用的“大信号”。要识别这类故障，要么寻找更灵敏的信号来源，要么把判断的视野从工频稳态量扩展到故障暂态过程。这恰恰是行波技术能够发挥作用的切入点。
行波测距：不依赖故障电流大小的定位思路
行波是故障瞬间产生的暂态电磁波。线路发生接地或短路故障时，故障点的电压、电流发生剧烈突变，激发出沿线路向两端传播的行波信号，其传播速度接近光速。行波天然携带故障位置信息——行波到达不同监测点的时刻差，直接对应故障点在线路上的几何位置。
双端行波测距的基本关系为：
d=L+v(t1−t2)2
其中 d 为故障点到监测端 A 的距离，L 为线路全长，v 为行波传播速度，t1、t2 分别为行波首波头到达两端监测点的时刻。
与阻抗法相比，行波法不需要依靠故障电流的幅值大小来推算距离，因此过渡电阻的数值对定位结果影响很小。高阻接地故障虽然电流微弱，但故障发生瞬间同样会激发行波扰动，这正是行波定位能够覆盖高阻场景的根本原因。
三量协同：补足高阻场景下的微弱信号
需要指出的是，行波信号虽不受过渡电阻影响，但在高阻接地场景下，故障激发的行波能量较弱，波形也可能受到电弧随机性的干扰，仅靠单一的行波电流进行判别，信息仍不够充分。工程上成熟的做法是三量协同：装置同时采集行波电流、工频电流和工频电压三类电气量，在统一时间基线下同步分析。
电气量 在故障诊断中的角色
行波电流 捕捉故障瞬间的高频暂态突变，承担故障精确定位
工频电流 反映稳态运行状态与故障后电流变化，辅助故障类型辨识
工频电压 提供故障相别与接地判据，支撑选线与研判
三类信号各有分工又互为印证：行波负责定位，工频电流负责类型与稳态分析，工频电压负责接地判据。对高阻接地故障而言，工频电压上缓慢抬升的零序分量、行波电流上相对微弱的突变成分，往往需要结合起来才能形成可靠的判断。单一信号都可能存在盲区，协同分析才能把故障信息补全。
从识别到定位：高阻接地故障的处置链条
高阻接地故障识别的难点，在于故障特征的“藏匿”。传统阈值法先提取故障信号的时域、频域或时频特征，再与经验整定的阈值比较，从而判断故障是否发生。这类方法物理意义清晰、可解释性强，但阈值依赖特定场景，面对高阻故障的随机性和现场条件的多样性，往往难以同时兼顾灵敏性与可靠性。
近年发展起来的人工智能识别方法，把高阻故障识别当作模式识别任务来处理：先用小波变换、希尔伯特黄变换等手段提取零序电压或零序电流的深层特征，再交由卷积神经网络、支持向量机、随机森林等模型完成故障分类。这类方法无需人工整定阈值，能够从数据中学习高阻故障的典型模式，对随机性强、非线性明显的故障波形适应性更好。
识别之后，处置链条还要继续延伸。小电流接地系统中，单相接地故障发生在哪条馈线，需要借助选线手段来确认。基于暂态行波的行波极性法不受消弧线圈补偿影响，能在补偿系统中可靠选出故障馈线；确定馈线后，再利用沿线行波数据把故障点进一步精确到杆塔区段。从故障识别、馈线选线到精确定位，形成一条完整的处置链路。
工程落地：同步、安装与部署的细节
双端行波定位对时间同步有严格要求。行波传播速度接近光速，时间同步上的误差会直接折算成定位偏差，因此现场装置普遍采用卫星授时与高精度同步机制，保证分布在不同位置的监测终端时标一致，这是定位精度的基础保障。
配网线路呈网状结构、分支众多，同一站点内的多个传感器可能同时接收到故障信号，仅凭时差往往难以判断故障来自哪条线路。工程上通常结合传感器安装方向与故障位置的映射关系，再辅以工频电流的突变顺序来综合判断故障馈线。传感器安装方向一旦装反，方向映射即失效，后续分析也就失去了依据，这是现场施工中需要重点把关的环节。
供电与通信同样影响装置长期运行的可靠性。监测点现场条件差别较大，供电方式需要结合实际情况选择，目标是保障线路停电等极端情况下装置仍能持续监测；监测数据统一回传至分析平台，便于集中研判与告警推送。
从被动查找到主动处置
传统配网故障处置遵循“先停电、后查找、再抢修”的流程：线路跳闸后，运维人员沿线路逐杆巡查，靠经验和现场痕迹寻找故障点，耗时少则数小时，多则大半天。高阻接地这类特征不明显的故障，更容易在巡查中被漏判误判。抢修时间大多消耗在“找点”上，而不是修复本身。
行波预警与定位装置的引入，把故障处置的时点向前推移。一方面，装置全天候在线监测线路状态，通过长期数据的趋势分析与横向比对，对可能演变为故障的隐患提前发出预警；另一方面，故障发生后，装置借助行波时差与多量协同分析，在较短时间内给出故障馈线与故障位置，运维人员可以直奔现场处置，明显缩短停电时间。
需要说明的是，预警与定位在技术上属于两项能力：预警依赖长期趋势与横向比对，定位依赖瞬态行波与精确时标；同理，局部放电监测关注绝缘内部微弱放电的长期演化，行波定位关注故障发生后的暂态传播，两者互补而不互相替代。把两项能力集成于一体，才能覆盖从隐患发现到故障处置的全过程。江苏宇拓电力配网行波故障预警与定位装置即采用这一思路，将行波电流、工频电流、工频电压的同步采集与预警、定位功能集成于一台终端，为配网运维提供从隐患识别到故障定位的一体化支撑。
对高阻接地故障而言，行波装置带来的改变是实质性的：故障电流再微弱，只要产生了暂态扰动，行波信号就能为定位提供依据；识别算法再复杂，都要落到可执行的处置流程上。随着配网智能化建设的推进，高阻接地故障的识别与定位能力将持续完善，成为供电可靠性提升的重要支撑环节。