配网故障中单相接地故障占比超过70%。传统接地故障排查依赖人工巡线，不仅排查效率低、故障定位精度差，还会导致非故障段长时间停电，对工业生产与居民生活造成严重影响。因此，研发精准高效的接地故障在线监测技术，成为当前配网运维领域的核心研究方向之一，行波故障监测技术凭借其响应速度快、定位精度高的优势，逐步成为配网接地故障监测的主流技术方向。

一、配网接地故障的特点与现有监测技术难点

1.1 配网接地故障的核心特征

配网系统通常采用中性点非有效接地方式，包括不接地、经消弧线圈接地两种主流运行模式，这种接地方式的优势在于发生单相接地故障时，故障点的短路电流较小，系统可以允许带故障运行1~2小时，一定程度上提升了供电连续性，但也给故障监测与定位带来了诸多挑战。首先，故障电流幅值小，当系统经消弧线圈补偿后，残余故障电流往往只有几安培，常规过流保护装置很难准确捕捉故障信号；其次，配网线路分支多、拓扑结构复杂，故障点过渡电阻波动范围大，高阻接地故障下故障信号更容易被背景噪声淹没，进一步增加了故障识别难度；单相接地故障存在间歇性特征，受电弧燃烧与熄灭的影响，故障信号往往呈现不连续特征，传统稳态量监测方法很难捕捉到完整的故障信息。

1.2 现有接地故障监测技术存在的不足

当前配网领域应用较为广泛的接地故障监测技术主要包括稳态法、注入法两大类。稳态法主要依靠提取故障后的零序电压、零序电流稳态分量进行故障判断，这种方法原理简单，但对高阻接地故障识别精度差，在经消弧线圈接地系统中，故障电流被补偿后，稳态分量幅值极低，很容易出现误判漏判。注入法是通过向系统注入特定频率的信号，沿线路追踪注入信号实现故障定位，这种方法定位精度相对稳定，但需要额外加装信号发生装置，改造成本较高，且注入信号的功率有限，对长距离多分支线路的适应性较差。

除此之外，部分地区尝试使用暂态法进行接地故障监测，利用故障产生的暂态电流分量进行故障判断，暂态分量的幅值远高于稳态分量，不受消弧线圈补偿的影响，解决了小电流接地系统故障信号弱的问题，但暂态分量的频率较高，对装置的采样速率要求高，传统装置硬件很难满足实时处理的要求，同时暂态分量受线路参数、故障时刻影响较大，算法的鲁棒性还有待提升。

二、行波故障在线监测技术的原理与优势

2.1 行波监测技术的基本原理

当配网线路发生接地故障时，故障点会产生阶跃性的电压行波与电流行波，行波会以接近光速的速度沿线路向两端传播，当行波遇到线路分支、母线或者故障点本身时，会发生折反射现象，行波故障在线监测装置就是通过捕捉故障行波信号，利用行波到达不同监测点的时间差结合线路波速计算故障点位置，实现接地故障的精准定位。

对于单相接地故障而言，故障产生的行波信号包含丰富的高频分量，且行波的幅值、传输时间只与故障点位置和线路参数相关，不受系统运行方式、中性点接地方式、故障过渡电阻的影响，从原理层面解决了传统监测方法存在的固有缺陷。在实际应用中，目前主流的行波定位方法分为A形定位法与双端定位法，单端定位法利用初始行波与故障点反射行波到达监测端的时间差计算位置，只需要在线路一端安装装置，改造成本较低，但反射行波的识别难度较大，容易受干扰影响；双端定位法利用行波到达线路两端监测点的时间差计算位置，不需要识别反射行波，定位精度更高，是当前在线监测系统的主流应用方式。

2.2 行波技术在接地故障监测中的应用优势

相较于传统监测技术，行波故障监测技术在配网接地故障处理中展现出多个方面的优势：第一，定位精度高，不受故障电流大小、过渡电阻、消弧线圈补偿的影响，即使是1000Ω以上的高阻接地故障，依然可以准确识别故障位置，定位误差可以控制在几百米范围内，远远优于传统方法的数千米误差；第二，响应速度快，行波传输速度接近光速，装置可以在故障发生后几毫秒内捕捉到故障信号，实现故障的实时监测与报警，为运维人员处置故障争取时间；第三，适应性强，既可以应用于纯架空线路，也可以应用于纯电缆线路，还可以适配架空电缆混合线路，对不同拓扑结构的配网都有良好的适应性；第四，装置支持在线运行，可以实现24小时不间断监测，不需要人工干预，故障发生后自动上传故障信息与定位结果，大幅降低了运维人员的工作强度。

三、配网行波故障在线监测装置的关键技术实现

3.1 高速信号采集与处理模块

行波信号的有效频率范围通常在kHz到MHz级别，要准确捕捉行波的初始到达时刻，装置必须具备足够高的采样速率，当前主流的行波监测装置采样速率都达到了1MHz以上，部分高端装置采样速率可以达到10MHz，确保可以完整还原行波信号的波形特征。同时，为了处理海量的采样数据，装置通常采用FPGA+ARM的双核架构，FPGA负责高速采样与实时数据预处理，完成行波信号的提取与初始时刻标定，ARM负责数据存储、通信与故障判断，这种架构既满足了高速处理的要求，又兼具灵活性与扩展性，可以适配不同电压等级、不同线路结构的配网监测需求。

3.2 行波信号去噪与初始点标定技术

配网运行环境中存在大量电磁干扰，包括开关操作、负荷波动、无线通信干扰等，这些干扰会叠加在行波信号上，导致行波信号被噪声淹没，无法准确识别初始到达时刻。因此，行波监测装置必须具备高效的去噪算法，当前主流的去噪方法包括小波变换、经验模态分解、希尔伯特黄变换等，其中小波变换因为可以对信号进行多尺度分解，能够在不同频率层提取行波信号，去噪效果稳定，成为应用广泛的去噪方法。通过小波变换对信号进行分解后，可以根据不同尺度下的模极大值特征识别行波信号的初始到达点，排除噪声干扰，获得准确的时间差数据，为故障定位提供基础。

3.3 时间同步技术

采用双端行波定位方法时，故障定位精度直接依赖于两端装置的时间同步精度，如果时间同步存在误差，会直接转化为故障定位误差，因此高精度时间同步是行波监测装置的核心技术要求。当前主流装置普遍采用GPS/北斗卫星授时技术，授时精度可以达到亚微秒级别，完全满足双端行波定位的精度要求，同时部分装置还配备了本地守时模块，当卫星信号丢失时，依然可以在一段时间内保持高精度时间同步，避免装置因授时中断停止工作，提升了装置运行的可靠性。

3.4 通信与数据上传模块

配网行波故障在线监测装置通常安装在户外杆塔或者电缆分支箱中，需要将采集到的故障信息与定位结果上传到主站系统，方便运维人员及时查看与处置。当前主流装置支持多种通信方式，包括光纤通信、4G/5G无线通信、电力载波通信等，可以根据现场的通信条件选择合适的通信方式，当通信中断时，装置可以本地存储故障数据，待通信恢复后自动补传，避免数据丢失。同时，装置支持标准IEC通信协议，可以直接对接配网自动化主站系统，实现监测数据的共享，不需要额外搭建专用主站，降低了系统改造的成本。

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