​配网行波故障定位装置如何剥离冗余数据

配网行波故障定位装置YT/XJ-001在复杂的配网环境中（多T接、多分支、强电磁干扰），需从海量监测数据中精准剥离冗余信息，仅保留与故障相关的有效行波数据，以确保定位精度与分析效率。冗余数据主要来源于环境干扰、正常运行波动及无效故障信号，若不及时剥离，会导致数据过载、分析延迟及误报风险。装置通过波形特征识别、时空关联校验、拓扑结构约束及历史数据比对等多层级技术手段，实现冗余数据的系统性剥离，为故障定位提供“干净数据源”。

一、冗余数据的类型与电力场景特征

配网环境中，冗余数据的产生与线路运行状态、外部环境密切相关，需结合电力行业特性精准识别：

1. 环境电磁干扰数据

配网线路暴露于开放环境，易受外部电磁信号干扰，典型场景包括：

• 雷电电磁脉冲：雷击线路附近时，空间电磁场耦合产生高频脉冲（1MHz~10MHz），波形无规律、持续时间短（＜1ms），与故障行波的高频特征相似但无物理关联性；

• 开关操作干扰：断路器分合闸、电容器投切时产生的暂态信号，频率集中在50Hz~1kHz（含工频谐波），幅值随操作类型波动（如空载线路合闸过电压暂态）；

• 工业设备干扰：附近工厂电焊机、变频器工作时产生的脉冲信号，波形杂乱、重复周期不固定（如电焊机脉冲间隔1~3秒）。

2. 正常运行冗余数据

线路正常运行时产生的非故障数据，虽无风险但占用资源，包括：

• 负荷波动数据：用电高峰期负荷变化导致的工频电流波动（50Hz基波分量变化），无高频行波特征；

• 设备固有噪声：监测终端传感器、放大器产生的热噪声，幅值低（＜5mV）、随机分布，与线路状态无关；

• 微弱泄漏电流：绝缘子表面正常积污导致的泄漏电流（几mA至几十mA），无故障发展趋势（如长期稳定的微安级电流）。

3. 无效故障关联数据

因技术误差或拓扑特性产生的“伪故障信号”，典型场景如：

• 采样失真信号：终端模数转换（ADC）误差导致的异常波形，与真实故障行波特征相似但无物理意义（如采样频率不足导致的波形畸变）；

• 重复采集数据：多终端覆盖重叠区域（如相邻终端间距＜500m）时，同一故障行波被多个终端同时采集，导致数据重复上传。

二、剥离冗余数据的核心技术手段

装置通过“分层过滤+多维度校验”机制，从信号采集到分析全流程剥离冗余数据，确保有效数据占比提升至95%以上：

1. 基于波形特征的初级过滤：锁定故障行波“物理指纹”

故障行波与冗余数据的本质差异在于波形物理特征（频率、极性、波头、能量），装置通过内置特征库比对实现初步筛选：

（1）频率范围精准截取

故障行波（如短路、接地故障）的能量集中在10kHz~1MHz高频段，而环境干扰（雷电超高频、开关操作低频）、正常运行数据（工频50Hz）的频率不在此范围。装置通过硬件带通滤波器（10kHz~1MHz）与软件频率分析，直接过滤非目标频段数据。例如：

• 开关操作产生的200Hz暂态信号（频率＜1kHz）被滤波器剔除；

• 雷电电磁脉冲的10MHz以上超高频分量（超出1MHz上限）被过滤，仅保留可能重叠的1MHz以下分量，再通过后续校验进一步剥离。

（2）波头与极性规律识别

故障行波具有明确的波头特征（陡峭上升沿，上升时间＜10μs）和极性规律（如接地故障时，故障点向电源侧传播的行波极性与电源侧初始行波相反）。装置通过以下逻辑识别：

• 波头判断：检测信号上升沿时间，若＞10μs（如雷电干扰波头模糊，上升时间＞50μs），判定为冗余数据；

• 极性校验：结合线路拓扑，若终端检测到的行波极性与理论故障极性不符（如T接支线故障时，主线终端应检测到极性反转信号），则视为干扰。

例如，某10kV线路因鸟害导致绝缘子闪络，装置检测到“上升时间5μs的陡峭波头+符合T接分支故障的极性反转”，判定为有效故障信号；而附近工厂电焊机产生的“上升时间80μs、极性随机”的脉冲，则被判定为冗余并剥离。

2. 时空关联校验：排除单点干扰与非同源信号

配网行波定位依赖多终端协同监测，真实故障行波会沿线路传播，因此“空间分布”与“时间同步”特征可用于剔除局部干扰：

（1）空间关联性判断

真实故障行波会按线路走向依次经过多个终端，因此相邻终端应先后检测到信号，且时间差与终端间距匹配（行波在架空线路中的传播速度约29万公里/秒）。例如：

• 终端A、B间距1公里，故障行波从A传播到B的理论时间约3.4μs；若A终端检测到信号后，B终端在3~4μs内同步检测到，则判定为同源故障信号；

• 若仅A终端检测到信号，B终端无数据（或时间差＞10μs），则判定为单点干扰（如A终端附近的雷电击中地面，未影响线路）。

（2）时间同步精度校验

基于北斗/GPS对时（同步精度＜1μs），比对不同终端的信号到达时间（TOA）。若TOA偏差超出线路长度计算的理论值±5μs（考虑配网线路弧垂、分支误差），则视为非同源冗余数据。例如：

• 某多分支线路中，终端C、D分别检测到高频信号，但TOA偏差20μs（远超理论值3μs），判定为两个独立干扰，数据均被剥离。

3. 拓扑结构约束：基于配网拓扑的物理合理性校验

配网“多T接、辐射状”拓扑特点决定了故障行波的传播路径，装置结合GIS线路拓扑数据，剔除不符合物理规律的冗余数据：

（1）路径存在性校验

根据线路开关状态、分支连接关系，判断信号传播路径是否合理。例如：

• 某支线已通过断路器停运（开关分闸状态），若主线终端检测到“来自该支线的行波信号”，则判定为冗余（可能为支线末端感应干扰，因开关断开后行波无法传播）；

• 对于闭环运行的配网线路，通过行波传播方向（基于极性）判断是否符合环网潮流方向，反向信号视为冗余。

（2）衰减特性匹配校验

行波在传播过程中会因线路阻抗产生幅值衰减，装置根据线路长度、导线型号（如LGJ-240导线的衰减系数）计算理论衰减值，若实测信号幅值与理论值偏差＞30%，则视为冗余。例如：

• 主线故障行波经2公里传播后，理论幅值衰减40%，若终端实测衰减仅10%（远低于理论值），判定为局部干扰信号（如终端附近的绝缘子表面放电）。

4. 历史数据比对：过滤正常波动与周期性干扰

装置存储线路3个月以上的正常运行数据基线（如相同负荷、天气条件下的信号特征），通过比对当前数据与历史基线，剥离正常波动：

（1）趋势一致性校验

若当前信号特征（如幅值、频次）与历史同期数据偏差＜10%，判定为正常波动。例如：

• 农网线路在灌溉期因水泵启动导致负荷增长，终端采集到的50Hz电流波动与历史灌溉期数据一致，判定为正常运行数据，不触发预警；

• 某区段绝缘子泄漏电流长期稳定在20mA，若当前值22mA（偏差10%），视为正常波动；若突增至50mA（偏差150%），则判定为潜在故障信号。

（2）周期性干扰识别

部分工业干扰具有固定周期（如工厂设备每15分钟启动一次，产生1kHz暂态信号），装置通过傅里叶变换提取信号周期特征，与历史干扰周期库比对，剔除重复出现的周期性冗余数据。

三、实际应用效果：冗余数据剥离后的性能提升

某省级电网公司在10kV配网线路应用该装置后，通过上述技术手段剥离冗余数据，关键运维指标显著改善：

• 数据有效性：终端上传数据中，有效故障行波数据占比从35%提升至92%，单终端日均数据量从10GB降至4GB，节省存储资源60%；

• 定位精度：剔除冗余数据后，故障定位误差从±150米缩小至±90米（满足配网“±1基杆塔”的运维要求）；

• 误报率：环境干扰导致的误报从月均5次降至0次（如雷电干扰误判为短路故障的情况完全消除）。

结论

配网行波故障定位装置YT/XJ-001通过波形特征过滤、时空关联校验、拓扑约束与历史比对的多层级技术手段，系统性剥离环境干扰、正常波动、无效故障数据等冗余信息，确保仅保留真实故障行波数据。这一过程不仅提升了故障定位精度与分析效率，更减少了无效数据对系统资源的占用与误报风险，为配网快速故障处置提供了可靠的数据支撑，契合电力行业“安全高效、精准运维”的核心需求。