配网行波故障精准定位装置的时域特征提取

今天江苏宇拓电力科技来跟大家聊一聊配网行波故障精准定位装置的时域特征提取。

配网行波故障精准定位装置的时域特征提取是通过分析故障行波信号在时间维度的突变特性，捕捉波头时刻、幅值、上升沿时间等关键参数，为故障定位提供核心依据。其技术核心在于从强噪声背景中提取微弱故障信号的时域特征，通过特定算法实现波头的精准识别，直接决定定位结果的可靠性。

一、时域特征提取的技术原理

时域特征提取基于故障行波的暂态突变特性，通过信号的时域波形分析实现关键参数提取。

1. 行波信号的时域突变特征

故障发生时，故障点产生的行波在时域上表现为电流/电压信号的陡峭上升沿，这一突变特征是波头识别的物理基础。例如，金属性短路故障的行波波头上升沿时间通常＜10μs，幅值可达数百安，信号突变率（di/dt）显著高于正常运行状态；而高阻接地故障的行波信号幅值较低（＜50mV），上升沿时间较长（50μs~100μs），但仍具有明显的局部突变特征。装置通过捕捉这些时域突变，可确定行波到达时刻，进而通过时差法计算故障距离。

2. 时域特征与定位精度的关联

时域特征参数直接影响定位精度：波头到达时刻误差每增加1μs，对应定位误差增加约150米（按行波速度2.95×10⁸m/s计算）；上升沿时间若从10μs延长至50μs，波头识别难度增加，可能导致定位误差增大至±200米。因此，时域特征提取需实现波头时刻误差≤1μs、幅值测量误差≤±5%，才能满足配网故障定位对精度的要求。

二、时域特征提取的关键方法

1. 小波变换模极大值法

小波变换模极大值法是时域特征提取的核心方法，通过多尺度分解捕捉信号突变点。装置采用db4小波基对行波信号进行5层分解，获取不同尺度下的高频细节分量，当某一尺度的小波系数模值达到局部最大值时，判定为波头时刻。例如，对10kV线路故障信号分解后，在第3尺度（对应250kHz频段）可清晰识别波头模极大值点，识别误差≤1μs。为抑制噪声干扰，通过设置“相邻尺度模极大值一致性”判据，仅保留3个以上尺度同时出现的模极大值点，伪波头剔除率达90%。

2. 自适应阈值去噪处理

时域信号易受工频谐波与宽频干扰影响，需通过自适应阈值去噪提升特征清晰度。装置采用“小波系数阈值收缩”算法：对小波分解后的高频系数，根据噪声水平动态调整阈值（阈值=σ×√(2lnN)，σ为噪声标准差，N为信号长度），将低于阈值的系数置零，保留有效信号分量。在信噪比20dB的干扰环境下，去噪后信噪比提升至35dB，波头上升沿陡峭度提升40%，弱信号（30A故障电流）识别率从65%提升至92%。

3. 双导数法波头锐化

针对高阻接地故障的平缓波头，采用双导数法增强突变特征：对去噪后的信号求二阶导数，通过导数过零点确定波头拐点，再反推原始信号的波头时刻。例如，经1000Ω电阻接地的故障信号，上升沿时间从50μs通过双导数处理后等效锐化为20μs，波头识别灵敏度提升50%，定位误差从±150米缩小至±80米。

4. 多特征融合验证

为避免单一特征误判，采用“波头时刻+幅值变化率+极性”多特征融合验证：波头时刻通过模极大值法确定，幅值变化率需＞50A/μs（金属性短路）或＞5A/μs（高阻接地），极性需与故障类型匹配（如接地故障行波极性为负）。多特征协同使波头识别准确率达98%，误判率＜2%。

三、应用效果

1. 不同故障类型下的特征提取效果

• 金属性短路故障：行波信号上升沿时间＜10μs，模极大值法可在2μs内锁定波头，定位误差≤±30米，某10kV直线线路测试中，10次短路故障平均定位误差28米；

• 高阻接地故障：经1500Ω电阻接地时，通过双导数法与自适应去噪，波头识别准确率达92%，定位误差≤±90米，较传统方法（±200米）精度提升55%；

• 雷击故障：含高频振荡分量的雷击行波，通过多尺度模极大值一致性判据，剔除振荡伪波头，识别准确率95%，定位误差≤±50米。

2. 复杂环境下的抗干扰效果

在城市强电磁干扰环境（变频器、地铁牵引系统干扰场强100V/m），自适应阈值去噪使波头识别准确率保持95%，误报率＜1次/月；山区多T接线路中，多特征融合验证可有效区分入射波与反射波，伪波头误判率从20%降至3%，定位误差控制在±120米以内。

3. 对定位精度的直接提升

时域特征提取精度的提升直接改善定位结果：某省级电网公司应用数据显示，采用小波变换模极大值法后，故障定位平均误差从±150米降至±75米，90%的故障可将巡线范围缩小至2基杆塔内，故障处理时间从4小时缩短至45分钟，供电可靠性指标（SAIDI）提升28%。

通过小波变换模极大值法、自适应去噪、双导数锐化等关键技术的协同，配网行波故障精准定位装置的时域特征提取实现了复杂环境下的高精度波头识别，为故障定位提供了可靠的时域参数支撑，成为配网故障快速处置的核心技术环节。