在電力系統的安全穩定運行中，輸電線路的故障快速定位至關重要。分布式行波故障在線監測裝置通過對故障行波信號的精準捕捉與分析，為短路故障的定位提供了高效解決方案。該裝置利用行波在輸電線路中的傳播特性，結合分布式布置的監測單元，能夠在故障發生后迅速確定故障點位置，為故障搶修爭取寶貴時間。

• 故障行波的產生與傳播特性

當輸電線路發生短路故障時，故障點瞬間會產生大量能量釋放，導致電壓和電流的急劇變化，這種突變會以電磁波的形式向線路兩端傳播，形成故障行波。行波在輸電線路中的傳播速度主要由線路的電感和電容參數決定，對于特定類型的輸電線路，其傳播速度相對穩定，一般在2.5×10^8 m/s左右。行波在傳播過程中，遇到線路終端、故障點或線路結構變化處時，會發生反射和折射現象，這些反射波中攜帶了故障位置的關鍵信息。

• 分布式監測單元的協同工作機制

分布式行波故障在線監測裝置通常由多個監測單元組成，這些單元沿輸電線路間隔布置，能夠實時采集線路上的電流、電壓行波信號。每個監測單元均具備獨立的信號采集、處理和存儲能力，并通過通信網絡與主站系統實現數據交互。當短路故障發生后，靠近故障點的監測單元會首先檢測到故障行波的初始波頭，隨后其他監測單元也會相繼捕捉到行波信號及其反射波。監測單元對采集到的行波信號進行濾波、放大和模數轉換等預處理，提取行波波頭的到達時間、極性和幅值等特征參數，并將這些數據實時上傳至主站系統。

• 基于行波到達時間差的定位算法

主站系統接收到各監測單元上傳的行波數據后，核心通過行波到達時間差定位算法計算故障位置。假設故障點距離兩個相鄰監測單元A和B的距離分別為x和L-x（其中L為A、B兩監測單元之間的線路長度），行波從故障點傳播到監測單元A的時間為tA，傳播到監測單元B的時間為tB，行波傳播速度為v，則存在以下關系：tA = x/v，tB = (L-x)/v。兩式相減可得時間差Δt = tA - tB = (2x - L)/v，通過求解該方程可得到故障點距離監測單元A的距離x = v·Δt+L/2。在實際應用中，為提高定位精度，系統會綜合多個監測單元的時間差數據進行交叉驗證，剔除異常值，確保定位結果的可靠性。

• 反射波定位與多端數據融合優化

除了初始行波到達時間差定位外，裝置還會利用故障行波在故障點和線路終端產生的反射波進行輔助定位。反射波的到達時間與初始行波到達時間之間存在一定的時間間隔，該間隔與故障點到監測單元的距離以及行波傳播速度相關。通過分析反射波波頭的到達時間，可以進一步修正故障位置計算結果。同時，對于長距離輸電線路或存在分支線路的復雜場景，系統采用多端數據融合技術，整合來自不同監測單元的行波信息，構建多維度的定位方程組，通過算法求解實現對故障點的精確定位。這種多信息融合的方式能夠有效克服單一算法在復雜工況下的局限性，提高定位的準確性和適應性。