配电网智能化水平不断提升，传统依靠录波器、保护装置、人工巡线等方式的故障定位模式，已难以满足“快速、精准、可视化”的现代电网运维要求。配网线路分布广、接线复杂、故障类型多样，尤其在分布式电源大量接入、负荷波动显著的情况下，线路发生瞬时性接地、短路、接触不良等故障后，若无法及时确定故障区段，极易扩大停电范围，增加抢修难度。

行波型故障定位技术因其定位精度高、响应速度快、抗干扰能力强，成为当前配网故障智能诊断的重要发展方向。本方案基于行波测距原理，结合边缘智能、北斗授时、无线通信与平台化运维体系，实现配电线路故障的毫秒级预警、秒级定位、分钟级研判，大幅提高故障抢修效率与供电可靠性。

一、总体设计目标

配网行波型故障预警与定位装置的总体建设目标如下：

1. 快速响应：行波触发后毫秒级记录，2–5 秒内完成定位上传。

2. 高精度测距：典型定位误差 ≤ 200 米，满足配电网现场巡查要求。

3. 全类型故障识别：支持单相接地、两相短路、三相短路、瞬时性跳闸等。

4. 全场景适应：支持架空线路、电缆线路、混合线路、分布式电源接入线路。

5. 可视化运维：平台展示行波波形、故障点、设备状态、运行统计等信息。

6. 高可靠通信：4G/5G/NB-IoT/光纤多通信方式自适应，确保数据实时回传。

二、系统架构设计

本方案采用“装置 + 北斗授时 + 云边协同平台”的整体架构，分为四个核心部分：

1. 行波采集与定位装置（终端）

安装在配网线路分段点、分支点、重要节点处。主要功能：

• 行波高速采样（100kHz～1MHz）

• 行波到达时刻提取（TOA）

• 故障波形自动捕获与压缩

• 北斗或IEEE1588 授时

• 故障预警、精确定点

• 本地数据缓存与边缘计算分析

2. 北斗/同步授时模块

高频行波定位对时间同步要求高，装置通过：

• 北斗高精度授时

• IEEE1588V2 精确时钟同步

• 时钟漂移自动修正

确保多台装置之间时间误差控制在 ≤ 0.1 微秒。

3. 通信系统

支持多种通信方式，灵活适配不同配电场景：

• 无线通信：4G/5G/NB-IoT

• 专网通信：电力专网 230MHz/专用光纤

• 边缘网关转发

数据采用端到端加密，确保安全可靠。

4. 配网故障预警与定位平台

平台提供：

• 行波波形可视化

• 故障点定位（GIS 叠加展示）

• 历史事件查询

• 装置在线监测

• 故障统计与健康分析

• 抢修工单联动

平台可部署在电力调控中心/运维单位机房或云环境。

三、核心技术介绍

1. 行波到达时刻检测（TOA 技术）

行波故障发生时产生高频脉冲信号，装置通过多通道同步采样、边缘智能算法快速检测行波波头，利用一阶差分、阈值触发、相关分析等方法提取行波到达时刻。

行波到达时刻检测精度可达 0.1 微秒级。

2. 三点/多点精确定位算法

基于装置间的相对距离与行波传播速度，使用：

• 两点差时法（TDOA）

• 三点综合定位法

• 多装置协同定位算法（冗余计算）

获得故障点的最优位置。

典型定位误差：≤0.2km。

3. 多源信息融合

装置可同步采集：

• 行波数据

• 低频工频量（电压、电流）

• 分布式电源运行信息

• 电缆护层电流异常信号

通过多信息融合算法提升误报排查能力。

4. 自适应故障识别与分类

内置 AI 模型可识别：

• 单相接地

• 三相短路

• 断线

• 间歇性接地

• 设备接触不良引起的高频噪声

识别准确率可达 95%+。

四、系统功能

1. 故障实时预警

发生故障行波后，终端立即触发记录，并在 <5秒 内将故障预警信息上传平台。

平台自动推送至运维人员手机/PC。

2. 故障定位与GIS可视化

平台计算故障位置后，在 GIS 地图上标记：

• 故障点

• 距离最近杆塔

• 距离配变位置

• 附近通道、道路信息

运维人员可根据地图导航快速到达现场。

3. 波形记录与专家分析

平台保存：

• 行波波形

• 事件前后工频数据

• 故障特征值

• 行波到达序列

支持专家远程分析，提升诊断效率。

4. 设备状态监测

终端可实时上传：

• 电源状态

• 通信质量

• 时钟同步状态

• 运行温度

• 采样通道健康度

发现异常自动告警。

5. 全量报表与统计分析

平台可生成：

• 月度故障分析

• 高频行波事件统计

• 线路可靠性评估

• 设备运行健康度报告

为电力公司提供决策依据。

五、典型部署方案

1. 配网架空线路

在以下节点部署装置：

• 主干线入口

• 核心分段点

• 分支出口

• 敏感区段（穿山、跨河、易覆冰区域）

装置间间距建议为 1–3km。

2. 配网电缆线路

安装位置：

• 电缆头

• 中间接头井

• 联络点

行波在电缆中衰减小，定位精度更高。

3. 分布式电源接入线路

考虑 DG 并网逆流影响，需：

• 增加多点同步装置

• 启用多源融合算法校准行波方向

确保故障定位可靠。

六、经济与运维价值

配网行波型故障预警与定位装置具有显著的经济效益和社会效益：

1. 停电时间减少 40–60%

2. 巡线时间由数小时缩短至 10–30 分钟

3. 减少抢修成本 20–40%

4. 提升供电可靠性（SAIDI/SAIFI）

5. 减少投诉、提升用户满意度

6. 提高配网智能化运维水平

典型案例表明，部署该系统后，故障定位效率提升 5–10倍。

配网行波型故障预警与定位装置是数字化配电网的重要基础设施，通过高频行波检测、北斗授时、边缘智能和平台化管理，实现了配电线路从“被动抢修”向“主动监测、快速响应、精准定位”的根本转变。本方案具备部署灵活、定位准确、通信可靠、维护便捷的优点，是当前电力公司建设智能配电网、提升供电可靠性的重要技术手段。