基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配電系統(tǒng)故障定位研究

郭偉洪

（廣東電網(wǎng)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(shè)的提出和當(dāng)前特高壓電網(wǎng)的快速發(fā)展，為智能電網(wǎng)的建設(shè)提供了堅強(qiáng)的骨干網(wǎng)架和實現(xiàn)基礎(chǔ)。而智能電網(wǎng)實現(xiàn)的一個重要基礎(chǔ)就是需要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，它的應(yīng)用對智能電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展具有舉足輕重的作用。在智能電網(wǎng)范疇內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以在故障定位，電氣一次二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和智能用電用表中扮演關(guān)鍵的作用，為智能電網(wǎng)的實現(xiàn)提供重要的技術(shù)支撐，促進(jìn)智能電網(wǎng)的快速發(fā)展和智能化[1]。

在智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)中，配電系統(tǒng)的故障定位是一項重要的研究內(nèi)容[2]。而基于無線互感器的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)由于具有對故障信息進(jìn)行采集、故障數(shù)據(jù)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(wǎng)技術(shù)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(xué)者的日益重視。

本文開展基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配電網(wǎng)故障定位研究工作。首先對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了簡要介紹，并提出了基于物聯(lián)網(wǎng)及無線傳感網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)上，以單相接地故障為例介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的故障定位原理與定位判據(jù)。最后，通過算例系統(tǒng)論證了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配電系統(tǒng)定位的有效性和可行性。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的構(gòu)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(wǎng)的概念，當(dāng)時的目的是希望通過視頻識別技術(shù)（RFID）無線電傳感技術(shù)和定位技術(shù)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(shù)、數(shù)據(jù)挖掘和信息分析融合處理的數(shù)字信息技術(shù)的加入，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到高度的認(rèn)識和關(guān)注。

物聯(lián)網(wǎng)定義為通過RFID、定位技術(shù)、無線傳感器技術(shù)和激光掃描器等信心交換和通信技術(shù)，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(wǎng)絡(luò)。通過這個網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)對聲音、光、電氣信息、熱、化學(xué)信息、力學(xué)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(wǎng)能把任何事物與互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)技術(shù)是智能電網(wǎng)信息的感知末梢，能過實現(xiàn)智能電網(wǎng)背景框架下的要求的對運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)測，負(fù)荷管理，線損分析和需求側(cè)管理等環(huán)節(jié)的高效一體化管理目標(biāo)。

智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與功能是實現(xiàn)配電系統(tǒng)故障定位。由于配電線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分支多、負(fù)荷分配不均勻，導(dǎo)線、變壓器、柱上開關(guān)、高壓計量等電力設(shè)施型號、規(guī)格、種類繁多，所以故障點(diǎn)定位一直是難題。作為物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)近來得到快速的發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感節(jié)點(diǎn)具有體積小、價格低廉的特。由于傳感節(jié)點(diǎn)不需要絕緣設(shè)備的輔助就可以安裝在桿塔的帶電側(cè)，因此實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)對輸電線路舉行監(jiān)測的成本低廉化，方便該項技術(shù)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(yùn)行狀態(tài)信息的實時監(jiān)測，因此是智能電網(wǎng)其是智能電網(wǎng)終端設(shè)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(wǎng)技術(shù)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(diǎn)，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(shè)備的正序，零序電壓和電流，組成一個無線傳感網(wǎng)絡(luò)。通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集這些監(jiān)測變量，并且通過通信網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測信息傳送到變電所，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析便可對故障發(fā)生的位置進(jìn)行快速準(zhǔn)確的定位，實現(xiàn)配電網(wǎng)故障定位的迅速精確化。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)定位的距離更加準(zhǔn)確了，同時擴(kuò)大了故障地點(diǎn)定位的距離，減少了故障測距的盲區(qū)。

2）基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定位設(shè)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(wǎng)技術(shù)的定位方法更加適合偏遠(yuǎn)地區(qū)或者環(huán)境比較惡劣的區(qū)域。

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

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的故障定位實現(xiàn)

傳感節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，同時在該條線路所連變電站設(shè)置一個匯集節(jié)點(diǎn)。如果線路上某處發(fā)生了故障，傳感節(jié)點(diǎn)向匯集節(jié)點(diǎn)發(fā)送計算出的電流故障分量信息。

匯集節(jié)點(diǎn)接收到各傳感節(jié)點(diǎn)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(diǎn)故障電流幅值差和對應(yīng)故障相相鄰節(jié)點(diǎn)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(diǎn)定位在滿足判據(jù)條件的相鄰兩個傳感節(jié)點(diǎn)之間。

下面以圖1所示的配網(wǎng)系統(tǒng)的單相接地故障對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及無線傳感網(wǎng)絡(luò)的定位原理進(jìn)行分析[7-9]。

圖1 配網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)圖1所示的配電系統(tǒng)C相節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2之間發(fā)生接地故障時（中性點(diǎn)經(jīng)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(diǎn)。

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(diǎn)的故障電流幅值為

據(jù)此，不同節(jié)點(diǎn)的故障電流差值：

式中，K為單相節(jié)點(diǎn)故障檢測靈敏度系數(shù)。

3 算例分析

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

表1 C相發(fā)生接地故障時節(jié)點(diǎn)電流

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

4 結(jié)論

隨著以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的智能電網(wǎng)的發(fā)展，給物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的引用提供了機(jī)遇。本文對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了簡要介紹，并提出了基于物聯(lián)網(wǎng)及無線傳感網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)上，以單相接地故障為例介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的故障定位原理與定位判據(jù)。最后，通過算例系統(tǒng)論證了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配電系統(tǒng)定位的有效性和可行性。

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