随着电力系统规模的日益扩大，高压远距离架空输电线路日益增多。输电线 路作为能量传输的纽带，是各大型电力系统之间的联络线，同时也是整个系统安 全稳定运行的基础。一旦输电线路上出现故障，必须尽快找到故障点并排除故障， 进而恢复供电。但是，由于高压和超高压输电线路暴露在不同的环境并分布在广 大的地理区域，运行环境恶劣(如险峻山区、不良地质、严寒气候、交通困难等)。 因此，它也是电力系统中发生故障最多的地方。在线路故障后迅速准确找到故障 点，不仅对及时修复线路和快速恢复供电，而且对整个电力系统的安全稳定和经 济运行都有十分重要的作用。
如图1所示，输电线路故障定位在线监测系统是一种在线测定输电线路故障 点位置的装置。不仅可以根据不同的故障特征迅速准确地判定故障点，提高故障 定位精度从而提高故障巡线效率，而且还能够捕捉暂态故障行波波形，对故障是 雷击故障还是非雷击故障、雷击故障属绕击还是反击进行智能辨识。输电线路故 障定位在线监测系统不仅能有助于及时修复故障线路，确保整个电网的安全稳定 运行，减少因输电线路故障带来的经济损失，而且能大量节省巡线的人力和物力， 减轻巡线人员繁重的体力劳动。从技术上保证电网的安全、稳定和经济运行，具 有巨大的社会和经济效益。
图1 输电线路故障定位在线监测装置
（2）系统组成
输电线路故障定位在线监测系统由前端采集系统和系统分析软件两大部分 构成，其中前端采集系统分为取样CT、高速数据采集装置、故障启动装置、无线 传输装置和取电装置，该系统总体结构如图2所示。
图 2 故障定位系统总体结构图
2.1 前端采集系统
2.1.1 罗氏线圈
取样对象为故障信息和工频信息。典型的罗氏线圈和隐患电流传感器如图 3 所示：
图 3 取样 CT
2.1.2 高速数据采集装置
为了保证行波法具有较高的定位精度需要有较高的采集频率，为保证定位精度在 100 米，采用高速采集卡进行高速采集。鉴于带宽的限制和仅需记录故障前 后数据，高速采集卡需要具备足够大的板载缓存。在高速数据采集电路捕捉到暂 态数据后，记录并初步分析，然后传到服务器，并进一步地分析处理以实现高精 度故障定位。
高速数据采集装主要功能：当装备接收到触发信号后，高速数据采集装置开 始工作，将导线的暂态信号转变为数据，存入 flash 中。
采集方式采用中间触发方式。中间触发方式如图 4 所示，单个数据采集采用 边沿正向中间触发方式，即触发事件位于整个采样数据的中间某个位置,触发事 件之前 M 段采样长度 M_Length 和触发事件之后 N 段采样长度 N_Length 均可通过 上层应用程序调节，且满足 M_Length 与 N_Length 之和等于 Sample_Length。
图 4 中间触发方式
当用户启动采集时，ADC（模数转换器）即刻进入实际的采样过程，采集数 据从 flash 的物理位置开始一次写入，写入到 Sample_Length 指定的长度位置时， 则返回到该位置继续写入，直到触发事件发生时继续采集 N_Length 长度后自动停止。
故障采集终端号输入和波形颜色与通道号对应关系如表1所示。 表 1 信号输入和波形颜色与通道对应关系
名称 | CH0 | CH1 | CH2 | CH3 |
信号输入 | A 相电流 | B 相电流 | C 相电流 | 各用 |
波形颜色 | 黄 | 绿 | 红 | / |
2.1.3 无线传输装置
主要将故障信息传到服务器，在没有故障的情况下，只会发送握手信息， 鉴于一次故障信息只有2kb数据，基本上每月只要基本流量10M即可。
2.1.4 取电装置
电流互感取电,供前端采集装置正常工作。典型的输电线路故障定位取点装置如图5所示：
图5 输电线路故障定位取电装置
在故障产生的时刻，输电线路会崩毁，为保证故障信息可以传送到服务 器，在前端采集装置中添加后备锂电池以及大电容，进行长时不间断的电能供应。
2.2 系统分析软件
2.2.1 数据分析
数据分析是通过服务器上层应用程序实现的，这里主要针对其中的故障定位模块而言。
启动故障定位模块进行数据分析有两种情况：
（1）当数据采集模块新收到数据时，自动将采集数据以文件形式存盘，然 后启动故障定位模块进行数据分析；
（2）由人工操作根据数据文件索引库将历史数据文件导入应用程序变量中， 启动故障定位模块进行数据分析。
通过数据分析，判定该采集数据是由干扰引起的数据上传，还是由短路故障 引起的数据上传；再通过提取的故障信息判断故障类型，并区分是否是被监视线 路故障；确定故障线路后，还要判断是否是区内故障，若判断为区内故障，则选 择故障定位所需信息分量实现高精度故障定位；最后输出故障信号指示及报警， 并将输出定位结果统计到数据库中，以供故障历史查询。
2.2.2 数据存储
故障定位前端装置采集的故障数据上传到服务器的内存中后，需要从内存中取出故障数据以数据文件的形式保存到服务器的硬盘中。所有故障定位前端装置 采集的故障数据和开关量输入均存放到同一个数据文件中，作为该次故障的完整 信息。保存数据文件时，首先保存所有回路的采集数据，然后保存开关量输入。 采集数据保存顺序为：首先保存第一回线路的高速数据，然后保存第二回线路的 高速数据，以此类推地保存所有回线路的高速数据。
第一回线路的采集数据 | |
第二回线路的采集数据 | |
第n回线路的采集数据 | |
开关量输入 | |
图6 数据文件保存顺序
（3）工作原理
输电线路故障定位在线监测系统采用的是单端故障定位法以及双端定 位、多端定位原理的复合定位方法，具有较好的经济性，定位实时性更强，不受 通信设备和对端设备可靠性的影响。
一套输电线路单端行波高精度故障定位装置可以同时监视母线 M 上的 n 回线路，各回线路 CT-line1~Ctlinen 的二次电流信号作为故障定位装置的模 拟量输入，而被监视的线路断路器和母线断路器状态信号及启动信号作为故障定 位装置的开关量输入。
故障启动信号产生单元实时检测被监视线路是否发生故障，无故障时启 动信号呈低电平，若有故障发生则启动信号由低电平转为高电平产生一个上升沿 作为高速采集卡的触发信号及开关量输入。
每套故障定位装置可以监视多回输电线路，在输电网中安装方式主要如下：
（1）对于任意一回输电线路，至少有一端安装故障定位装置以定位该回输 电线路上的故障；
（2）尽量在进出线较多的变电站安装故障定位装置；
（3）对于进出线剩余回数较少的情况，可以考虑分配给对端的故障定位装 置；
（4）如图7所示，对于“T”节点线路，把“T”节点视为母线，将线路拓扑 结构转化为没有“T”节点的情况，在与“T”节点相连的三个支路母线处分别安 装故障定位装置。
c
图7“T”节点线路上单端故障定位装置的安装
典型的安装故障定位装置的工程现场施工图如图8所示：
图8 故障定位装置的工程现场施工图
5.1 系统主要功能
1、监测量的检测和采集功能：主要实现输电线路故障行波信号和工频故障 信号的检测与采集；通过高速循环采集技术实现故障信号的全过程采集。
2、数据处理功能：对采集的信号进行相应的数据处理和分析。
3、数据通信功能：根据不同故障监测装置的通讯条件，实时、准确地将数 据发送到中心监测站。支持数据校验、误码重发等功能，不丢失数据。在通讯中 断时，自动保存测得的数据，待通讯恢复后，及时将存储的数据传回中心站。
4、自检和自恢复功能：定时自检终端状态上报管理系统；对终端可能出现 的死机问题具有自恢复功能，故障监测装置可自动对其全部组件进行自检，并自 动向中心站报告各类故障情况；断电后具有自动复位功能。
5、故障监测装置参数设定：支持自动运行时远程设定测量参数。
5.2 系统主要特点
1、可在线准确检测并记录线路单相接地故障距离、相间短路故障距离、断 路故障距离、瞬间故障发生的距离； 2、可在线记录线路雷电流、进行雷击点定位和雷击次数的统计；
3、可在线检测线路负荷电流，包括定时回传及召测负荷电流数据；
4、软件具有自动故障识别、输出报警和数据文件存储功能；
5、具有快速自动定位故障位置、故障距离、故障时间、故障类型等功能；
6、具有不间断采集功能，消除暂态信号“记录死区”，防止雷电流干扰造成 漏记故障数据 ； 7、测距精度不受故障电阻、线路参数不对称、互感器误差、线路分布电容 等因素的影响； 8、可在当地或通过通信网对系统进行配置、管理及维护；
9、故障检测装置检测方法新颖，不仅动作可靠、性能稳定，而且安装和卸 落都极其简单方便。
6.1 工作环境
（1）环境温度：－40℃～+85℃；
（2）环境相对湿度：0～100％RH；
（3）大气压力：86kPa～106kPa；
（4）储存温度：－40℃～+85℃；
（5）风速：0km/h～100km/h；
（6）线路负荷：系统耦合取电正常工作电流范围 20A～1000A；
（7）系统能耐受 500kV 强电场、强磁场，具有可靠安全的电磁兼容能力。
6.2 故障定位技术指标
（1）能准确确定输电线路故障区间；区间定位可靠性 ≥99%
（2）能准确确定输电线路故障位置； 定位误差≤100 米
（3）有效检测线路长度； 最大有效检测线路长度30 公里
（4）行波传感器宽带 1kHz~2MHz
（5）行波采样率 ≥100MHz
（6）单导线故障电流测量范围 10A~1000A（有效值）
（7）行波电流连续记录时长 ≥1000μs
6.3 故障原因辨识指标
（1）能辨识非雷击故雷击故障与障 雷击与非雷击故障辨识准确≥95%
（2）能辨识绕击故障与反击故障 绕击故障与反击故障识别准确≥90%
7.1 通讯方式
采用 4G/GPRS 实现与数据采集终端间的通信，兼容 2g/3g/4g 的卫星通信，实现故障行波电流全波波形监测。
7.2 供电方式
电源采用耦合取电方式，本设备采用低功耗设计，在导线电流<
随着电力系统规模的日益扩大，高压远距离架空输电线路日益增多。输电线 路作为能量传输的纽带，是各大型电力系统之间的联络线，同时也是整个系统安 全稳定运行的基础。一旦输电线路上出现故障，必须尽快找到故障点并排除故障， 进而恢复供电。但是，由于高压和超高压输电线路暴露在不同的环境并分布在广 大的地理区域，运行环境恶劣(如险峻山区、不良地质、严寒气候、交通困难等)。 因此，它也是电力系统中发生故障最多的地方。在线路故障后迅速准确找到故障 点，不仅对及时修复线路和快速恢复供电，而且对整个电力系统的安全稳定和经 济运行都有十分重要的作用。
如图1所示，输电线路故障定位在线监测系统是一种在线测定输电线路故障 点位置的装置。不仅可以根据不同的故障特征迅速准确地判定故障点，提高故障 定位精度从而提高故障巡线效率，而且还能够捕捉暂态故障行波波形，对故障是 雷击故障还是非雷击故障、雷击故障属绕击还是反击进行智能辨识。输电线路故 障定位在线监测系统不仅能有助于及时修复故障线路，确保整个电网的安全稳定 运行，减少因输电线路故障带来的经济损失，而且能大量节省巡线的人力和物力， 减轻巡线人员繁重的体力劳动。从技术上保证电网的安全、稳定和经济运行，具 有巨大的社会和经济效益。
图1 输电线路故障定位在线监测装置
（2）系统组成
输电线路故障定位在线监测系统由前端采集系统和系统分析软件两大部分 构成，其中前端采集系统分为取样CT、高速数据采集装置、故障启动装置、无线 传输装置和取电装置，该系统总体结构如图2所示。
图 2 故障定位系统总体结构图
2.1 前端采集系统
2.1.1 罗氏线圈
取样对象为故障信息和工频信息。典型的罗氏线圈和隐患电流传感器如图 3 所示：
图 3 取样 CT
2.1.2 高速数据采集装置
为了保证行波法具有较高的定位精度需要有较高的采集频率，为保证定位精度在 100 米，采用高速采集卡进行高速采集。鉴于带宽的限制和仅需记录故障前 后数据，高速采集卡需要具备足够大的板载缓存。在高速数据采集电路捕捉到暂 态数据后，记录并初步分析，然后传到服务器，并进一步地分析处理以实现高精 度故障定位。
高速数据采集装主要功能：当装备接收到触发信号后，高速数据采集装置开 始工作，将导线的暂态信号转变为数据，存入 flash 中。
采集方式采用中间触发方式。中间触发方式如图 4 所示，单个数据采集采用 边沿正向中间触发方式，即触发事件位于整个采样数据的中间某个位置,触发事 件之前 M 段采样长度 M_Length 和触发事件之后 N 段采样长度 N_Length 均可通过 上层应用程序调节，且满足 M_Length 与 N_Length 之和等于 Sample_Length。
图 4 中间触发方式
当用户启动采集时，ADC（模数转换器）即刻进入实际的采样过程，采集数 据从 flash 的物理位置开始一次写入，写入到 Sample_Length 指定的长度位置时， 则返回到该位置继续写入，直到触发事件发生时继续采集 N_Length 长度后自动停止。
故障采集终端号输入和波形颜色与通道号对应关系如表1所示。 表 1 信号输入和波形颜色与通道对应关系
名称 | CH0 | CH1 | CH2 | CH3 |
信号输入 | A 相电流 | B 相电流 | C 相电流 | 各用 |
波形颜色 | 黄 | 绿 | 红 | / |
2.1.3 无线传输装置
主要将故障信息传到服务器，在没有故障的情况下，只会发送握手信息， 鉴于一次故障信息只有2kb数据，基本上每月只要基本流量10M即可。
2.1.4 取电装置
电流互感取电,供前端采集装置正常工作。典型的输电线路故障定位取点装置如图5所示：
图5 输电线路故障定位取电装置
在故障产生的时刻，输电线路会崩毁，为保证故障信息可以传送到服务 器，在前端采集装置中添加后备锂电池以及大电容，进行长时不间断的电能供应。
2.2 系统分析软件
2.2.1 数据分析
数据分析是通过服务器上层应用程序实现的，这里主要针对其中的故障定位模块而言。
启动故障定位模块进行数据分析有两种情况：
（1）当数据采集模块新收到数据时，自动将采集数据以文件形式存盘，然 后启动故障定位模块进行数据分析；
（2）由人工操作根据数据文件索引库将历史数据文件导入应用程序变量中， 启动故障定位模块进行数据分析。
通过数据分析，判定该采集数据是由干扰引起的数据上传，还是由短路故障 引起的数据上传；再通过提取的故障信息判断故障类型，并区分是否是被监视线 路故障；确定故障线路后，还要判断是否是区内故障，若判断为区内故障，则选 择故障定位所需信息分量实现高精度故障定位；最后输出故障信号指示及报警， 并将输出定位结果统计到数据库中，以供故障历史查询。
2.2.2 数据存储
故障定位前端装置采集的故障数据上传到服务器的内存中后，需要从内存中取出故障数据以数据文件的形式保存到服务器的硬盘中。所有故障定位前端装置 采集的故障数据和开关量输入均存放到同一个数据文件中，作为该次故障的完整 信息。保存数据文件时，首先保存所有回路的采集数据，然后保存开关量输入。 采集数据保存顺序为：首先保存第一回线路的高速数据，然后保存第二回线路的 高速数据，以此类推地保存所有回线路的高速数据。
第一回线路的采集数据 | |
第二回线路的采集数据 | |
第n回线路的采集数据 | |
开关量输入 | |
图6 数据文件保存顺序
（3）工作原理
输电线路故障定位在线监测系统采用的是单端故障定位法以及双端定 位、多端定位原理的复合定位方法，具有较好的经济性，定位实时性更强，不受 通信设备和对端设备可靠性的影响。
一套输电线路单端行波高精度故障定位装置可以同时监视母线 M 上的 n 回线路，各回线路 CT-line1~Ctlinen 的二次电流信号作为故障定位装置的模 拟量输入，而被监视的线路断路器和母线断路器状态信号及启动信号作为故障定 位装置的开关量输入。
故障启动信号产生单元实时检测被监视线路是否发生故障，无故障时启 动信号呈低电平，若有故障发生则启动信号由低电平转为高电平产生一个上升沿 作为高速采集卡的触发信号及开关量输入。
每套故障定位装置可以监视多回输电线路，在输电网中安装方式主要如下：
（1）对于任意一回输电线路，至少有一端安装故障定位装置以定位该回输 电线路上的故障；
（2）尽量在进出线较多的变电站安装故障定位装置；
（3）对于进出线剩余回数较少的情况，可以考虑分配给对端的故障定位装 置；
（4）如图7所示，对于“T”节点线路，把“T”节点视为母线，将线路拓扑 结构转化为没有“T”节点的情况，在与“T”节点相连的三个支路母线处分别安 装故障定位装置。
c
图7“T”节点线路上单端故障定位装置的安装
典型的安装故障定位装置的工程现场施工图如图8所示：
图8 故障定位装置的工程现场施工图
5.1 系统主要功能
1、监测量的检测和采集功能：主要实现输电线路故障行波信号和工频故障 信号的检测与采集；通过高速循环采集技术实现故障信号的全过程采集。
2、数据处理功能：对采集的信号进行相应的数据处理和分析。
3、数据通信功能：根据不同故障监测装置的通讯条件，实时、准确地将数 据发送到中心监测站。支持数据校验、误码重发等功能，不丢失数据。在通讯中 断时，自动保存测得的数据，待通讯恢复后，及时将存储的数据传回中心站。
4、自检和自恢复功能：定时自检终端状态上报管理系统；对终端可能出现 的死机问题具有自恢复功能，故障监测装置可自动对其全部组件进行自检，并自 动向中心站报告各类故障情况；断电后具有自动复位功能。
5、故障监测装置参数设定：支持自动运行时远程设定测量参数。
5.2 系统主要特点
1、可在线准确检测并记录线路单相接地故障距离、相间短路故障距离、断 路故障距离、瞬间故障发生的距离； 2、可在线记录线路雷电流、进行雷击点定位和雷击次数的统计；
3、可在线检测线路负荷电流，包括定时回传及召测负荷电流数据；
4、软件具有自动故障识别、输出报警和数据文件存储功能；
5、具有快速自动定位故障位置、故障距离、故障时间、故障类型等功能；
6、具有不间断采集功能，消除暂态信号“记录死区”，防止雷电流干扰造成 漏记故障数据 ； 7、测距精度不受故障电阻、线路参数不对称、互感器误差、线路分布电容 等因素的影响； 8、可在当地或通过通信网对系统进行配置、管理及维护；
9、故障检测装置检测方法新颖，不仅动作可靠、性能稳定，而且安装和卸 落都极其简单方便。
6.1 工作环境
（1）环境温度：－40℃～+85℃；
（2）环境相对湿度：0～100％RH；
（3）大气压力：86kPa～106kPa；
（4）储存温度：－40℃～+85℃；
（5）风速：0km/h～100km/h；
（6）线路负荷：系统耦合取电正常工作电流范围 20A～1000A；
（7）系统能耐受 500kV 强电场、强磁场，具有可靠安全的电磁兼容能力。
6.2 故障定位技术指标
（1）能准确确定输电线路故障区间；区间定位可靠性 ≥99%
（2）能准确确定输电线路故障位置； 定位误差≤100 米
（3）有效检测线路长度； 最大有效检测线路长度30 公里
（4）行波传感器宽带 1kHz~2MHz
（5）行波采样率 ≥100MHz
（6）单导线故障电流测量范围 10A~1000A（有效值）
（7）行波电流连续记录时长 ≥1000μs
6.3 故障原因辨识指标
（1）能辨识非雷击故雷击故障与障 雷击与非雷击故障辨识准确≥95%
（2）能辨识绕击故障与反击故障 绕击故障与反击故障识别准确≥90%
7.1 通讯方式
采用 4G/GPRS 实现与数据采集终端间的通信，兼容 2g/3g/4g 的卫星通信，实现故障行波电流全波波形监测。
7.2 供电方式
电源采用耦合取电方式，本设备采用低功耗设计，在导线电流<
