基于暂态行波法的配电网故障定位装置研究

　　引言

　　我国配电网由于早期投资不足，设备老化和技术性能低劣，故障频发，往往一点故障引发全线甚至大面积停电，因此必须尽快找到故障线路，排除故障。然而与输电网相比，配电网结构复杂，分支点多，特别是10kV配电网，故障排查极其困难。配电网故障的准确及时定位是电力部门急需解决的一个难题。本文采用暂态行波定位方法，介绍了一种配网故障定位装置，并给出了其软硬件设计。

　　行波故障定位简介

　　所谓行波，是指沿线路传播的电压、电流波，分为稳态行波和暂态行波。暂态行波只在故障时产生，不可重复，并且在系统达到稳态时衰减为零，具有易逝性。若线路某一点发生故障，则会在该点产生暂态行波以接近光速的速度向线路两端传播，并在波阻抗不连续的地方发生反射和折射。由于实际线路损耗的存在，行波在传输过程中会发生衰减、畸变，出现失真现象，再加上反射波、折射波的叠加，都给行波的获取带来困难，但是初始行波到达时的幅值最大，波头变化率也最大，此时最容易进行捕捉。因此，本文通过记录故障产生的初始波到达测量点的GPS 同步时钟精确时间值，由离故障点最近的两个测量点测得的GPS时间差计算故障点精确位置，可以不受故障点透射波的影响。

　　系统结构

　　整个系统由安装在测量点的若干故障定位装置、通信链路和中心端三部分构成，本文主要介绍故障定位装置的设计。定位装置通过感应式的电压传感器采集行波信号，监测到故障后，在移动通信网络和互联网的基础上，通过GPRS DTU将故障信息传到中心端，中心端根据至少两个测量点上传的数据和时间信息，利用小波分析理论，将故障初始行波浪涌在较低尺度(较高频带)下第1个小波模极大值点所对应的时刻作为行波波头到达时刻，即故障发生的时间，利用各测量点检测到故障的时间差计算故障点离各测量点的距离，从而确定故障点的位置，及时调度人员排除故障。

　　故障定位装置的硬件电路设计

　　故障定位装置主要由外围的电压传感器、GPS授时模块、GPRS DTU传输模块以及信号调理电路、ADC、FPGA、SRAM数据存储器和MCU构成。

　　其中，FPGA和MCU是整个电路的核心。FPGA负责数据的高速采集，它控制ADC实时采集数据，并判断是否发生故障，若没有故障发生，将数据存入SRAM即可;否则，需锁定GPS模块的时标，及时通知MCU将记录下的故障波形和时标信息取走;MCU负责在发生故障时从FPGA获取故障相关信息，并通过GPRS DTU将数据上传到监控中心，完成数据的远程通信任务。这种MCU+FPGA的结构，充分利用了可编程逻辑器件并行、高速的特点和MCU在任务处理方面的优势，既保证了数据采样的速度，又解决了与低速任务处理之间的矛盾。下面对各部分电路以及所采用的元器件进行介绍。