基于物聯(lián)網技術的配電系統(tǒng)故障定位研究

郭偉洪

（廣東電網公司佛山順德供電局，廣東 順德 528300）

隨著我國特高壓投資規(guī)劃建設的提出和當前特高壓電網的快速發(fā)展，為智能電網的建設提供了堅強的骨干網架和實現(xiàn)基礎。而智能電網實現(xiàn)的一個重要基礎就是需要結合物聯(lián)網技術，它的應用對智能電網的建設與發(fā)展具有舉足輕重的作用。在智能電網范疇內，物聯(lián)網技術可以在故障定位，電氣一次二次設備狀態(tài)監(jiān)測和智能用電用表中扮演關鍵的作用，為智能電網的實現(xiàn)提供重要的技術支撐，促進智能電網的快速發(fā)展和智能化[1]。

在智能電網的關鍵技術中，配電系統(tǒng)的故障定位是一項重要的研究內容[2]。而基于無線互感器的物聯(lián)網技術由于具有對故障信息進行采集、故障數(shù)據分析處理和無線通信的功能，能夠迅速地分析判斷出故障發(fā)生的位置。因此，基于互聯(lián)網技術的配電系統(tǒng)故障定位研究得到了電力企業(yè)管理人員和專家學者的日益重視。

本文開展基于物聯(lián)網技術的配電網故障定位研究工作。首先對物聯(lián)網技術進行了簡要介紹，并提出了基于物聯(lián)網及無線傳感網絡的配電系統(tǒng)故障定位方法，比較了其相對傳統(tǒng)故障定位系統(tǒng)的優(yōu)勢，在此基礎上，以單相接地故障為例介紹了基于物聯(lián)網技術的故障定位原理與定位判據。最后，通過算例系統(tǒng)論證了基于物聯(lián)網技術的配電系統(tǒng)定位的有效性和可行性。

1 物聯(lián)網技術

物聯(lián)網技術的構想由美國MIT在1998年提出，并且由AUTO-ID Ashton教授與1999年提出物聯(lián)網的概念，當時的目的是希望通過視頻識別技術（RFID）無線電傳感技術和定位技術實現(xiàn)工作的自動化和工作的高可靠性。并且隨著無線通信技術、數(shù)據挖掘和信息分析融合處理的數(shù)字信息技術的加入，物聯(lián)網技術得到高度的認識和關注。

物聯(lián)網定義為通過RFID、定位技術、無線傳感器技術和激光掃描器等信心交換和通信技術，組成含有定位功能、監(jiān)控和管理功能、智能化識別功能和跟蹤功能的一個網絡。通過這個網絡可以實現(xiàn)對聲音、光、電氣信息、熱、化學信息、力學信息和位置的實時采集，實現(xiàn)對物體與過程的自動化識別功能，因為物聯(lián)網能把任何事物與互聯(lián)網連接起來，其實對其的監(jiān)測、識別、定位和管理的一體化功能[3-5]。

物聯(lián)網技術是智能電網信息的感知末梢，能過實現(xiàn)智能電網背景框架下的要求的對運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，負荷管理，線損分析和需求側管理等環(huán)節(jié)的高效一體化管理目標。

智能電網關鍵技術與功能是實現(xiàn)配電系統(tǒng)故障定位。由于配電線路結構復雜、分支多、負荷分配不均勻，導線、變壓器、柱上開關、高壓計量等電力設施型號、規(guī)格、種類繁多，所以故障點定位一直是難題。作為物聯(lián)網核心技術的無線傳感器網絡近來得到快速的發(fā)展。無線傳感器網絡的傳感節(jié)點具有體積小、價格低廉的特。由于傳感節(jié)點不需要絕緣設備的輔助就可以安裝在桿塔的帶電側，因此實現(xiàn)無線傳感網絡對輸電線路舉行監(jiān)測的成本低廉化，方便該項技術的普及與推廣。由于具備能過監(jiān)測、采集和感知信息的能力而能對系統(tǒng)運行狀態(tài)信息的實時監(jiān)測，因此是智能電網其是智能電網終端設備的一個基本環(huán)節(jié)，對實現(xiàn)配電系統(tǒng)故障定位功能具有重要的作用。

基于物聯(lián)網技術及無線傳感器的配電系統(tǒng)故障定位的主要原理如下：基于配電系統(tǒng)線路的特點，在線路的每一個桿塔上安裝無線傳感器，監(jiān)測線路與變壓器等設備的正序，零序電壓和電流，組成一個無線傳感網絡。通過無線傳感器網絡采集這些監(jiān)測變量，并且通過通信網絡將監(jiān)測信息傳送到變電所，通過對數(shù)據進行處理與分析便可對故障發(fā)生的位置進行快速準確的定位，實現(xiàn)配電網故障定位的迅速精確化。

基于物聯(lián)網技術及無線傳感器網絡的故障定位方法相對與傳統(tǒng)的故障定位方法，有以下好處[3-6]：

1）故障地點定位的距離更加準確了，同時擴大了故障地點定位的距離，減少了故障測距的盲區(qū)。

2）基于物聯(lián)網技術的定位設備相對于傳統(tǒng)的故障定位系統(tǒng)起性價比更高。

3）相對與傳統(tǒng)的故障定位系統(tǒng)，基于物聯(lián)網技術的定位方法更加適合偏遠地區(qū)或者環(huán)境比較惡劣的區(qū)域。

4）基于物聯(lián)網技術的故障定位方法通過采取故障電流分量信息，經過分析比較之后確定故障發(fā)生地點，需要的數(shù)據信息較少，方法更加的簡化。同時由于采用無線通信技術，客服了采集故障數(shù)據不同步的影響。

2 基于物聯(lián)網的故障定位實現(xiàn)

傳感節(jié)點都沿某一個方向安裝在桿塔的同一邊，一條線路含有大量的傳感節(jié)點，同時在該條線路所連變電站設置一個匯集節(jié)點。如果線路上某處發(fā)生了故障，傳感節(jié)點向匯集節(jié)點發(fā)送計算出的電流故障分量信息。

匯集節(jié)點接收到各傳感節(jié)點上送的各相電流故障分量信息之后，通過電力專用線路將所有的信息發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過分析比較故障相相鄰傳感節(jié)點故障電流幅值差和對應故障相相鄰節(jié)點故障電流幅值差的方法來實現(xiàn)故障的精確定位，將故障發(fā)生地點定位在滿足判據條件的相鄰兩個傳感節(jié)點之間。

下面以圖1所示的配網系統(tǒng)的單相接地故障對基于物聯(lián)網技術及無線傳感網絡的定位原理進行分析[7-9]。

圖1 配網系統(tǒng)結構圖

當圖1所示的配電系統(tǒng)C相節(jié)點1和節(jié)點2之間發(fā)生接地故障時（中性點經消弧線圈接地），故障電流的分布情況如圖2中虛線所示。圖2中黑色方框為無線傳感器節(jié)點。

圖2 C相1和2之間發(fā)生單相接地故障時故障電流分布

每個節(jié)點的故障電流幅值為

據此，不同節(jié)點的故障電流差值：

式中，K為單相節(jié)點故障檢測靈敏度系數(shù)。

3 算例分析

以圖1所示的配電網系統(tǒng)為研究對象，在線路節(jié)點1與線路節(jié)點2之間發(fā)生C相短路故障。仿真結果見表1。

表1 C相發(fā)生接地故障時節(jié)點電流

根據判據式（3）可知，C相傳感器節(jié)點1和2之間的線路發(fā)生了C相接地故障。

4 結論

隨著以特高壓電網為骨干網架的智能電網的發(fā)展，給物聯(lián)網技術在智能電網中的引用提供了機遇。本文對物聯(lián)網技術進行了簡要介紹，并提出了基于物聯(lián)網及無線傳感網絡的配電系統(tǒng)故障定位方法，比較了其相對傳統(tǒng)故障定位系統(tǒng)的優(yōu)勢，在此基礎上，以單相接地故障為例介紹了基于物聯(lián)網技術的故障定位原理與定位判據。最后，通過算例系統(tǒng)論證了基于物聯(lián)網技術的配電系統(tǒng)定位的有效性和可行性。

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