區(qū)偉斌

摘要：配網(wǎng)線路故障定位與查找是配網(wǎng)系統(tǒng)安全維護(hù)工作的重要組成部分，只有及時(shí)、精準(zhǔn)地定位故障，解除故障問題，才能真正支持配網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)揮其應(yīng)有的功能和作用。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一項(xiàng)新型技術(shù)，被應(yīng)用于配網(wǎng)系統(tǒng)，發(fā)揮了有效的故障定位功能。文章分析了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在配電線路故障定位中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；配電線路；故障定位；故障查找；配網(wǎng)系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM734 文章編號(hào)：1009-2374（2016）06-0058-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.029

電力系統(tǒng)中故障定位研究已經(jīng)取得了一定的成果，然而多數(shù)研究局限于高壓輸電線路，對(duì)于低壓配電線路的故障定位技術(shù)目前依然處于研究階段，這是因?yàn)楦邏壕€路一般為大電流接地，線路構(gòu)造較為單一，一旦發(fā)生故障問題，相關(guān)的故障信息能夠被及時(shí)地辨別提取。然而，對(duì)于低壓配網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)說，故障發(fā)生時(shí)，由于其信息、信號(hào)比較弱小，這無(wú)疑為故障的排查帶來(lái)了巨大的難度，因此必須研究一套切實(shí)科學(xué)的故障排查方法。

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能分析

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要組成部分，主體由一組傳感器以AdHoc方式構(gòu)成。其發(fā)展是建立在無(wú)限通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)等基礎(chǔ)上。

該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能大體體現(xiàn)為：憑借對(duì)其所覆蓋的范圍空間內(nèi)各種信息的感受、收集與處理來(lái)及時(shí)反饋被監(jiān)測(cè)區(qū)域的故障信息，并將信息及時(shí)傳送至網(wǎng)絡(luò)管理員。近年來(lái)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了發(fā)展與進(jìn)步，并逐漸走向完善，將其應(yīng)用到配電系統(tǒng)，體現(xiàn)出敏銳的感知力，計(jì)算也更為精確，通訊能力也超強(qiáng)。

隨著電力系統(tǒng)故障技術(shù)研究的深入，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在配電線路故障定位中得到了推廣與應(yīng)用，發(fā)揮了對(duì)配網(wǎng)系統(tǒng)故障的定位、分析與監(jiān)測(cè)功能，提高了配網(wǎng)線路故障處理效率，創(chuàng)造了預(yù)期的工作效果。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障定位的優(yōu)勢(shì)

同以往的電力系統(tǒng)故障定位對(duì)比，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體現(xiàn)出以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于廣泛分布的規(guī)模性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其節(jié)點(diǎn)分布較多、范圍較廣，部署也相對(duì)集中，可以采集來(lái)自于各個(gè)維度的信號(hào)，信噪比較大，能保證測(cè)距的精度，有效拓展測(cè)距范圍，不會(huì)出現(xiàn)測(cè)距盲區(qū)。（2）網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)集中分布，能夠保證多項(xiàng)功能的發(fā)揮。例如采集并處理信息數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋粋€(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)揮了多方功能，控制了其他設(shè)備的使用，而且因?yàn)槭菬o(wú)線通訊，無(wú)需過于復(fù)雜的布線?？偟膩?lái)看其成本相對(duì)低廉，性價(jià)比較高。（3）適用范圍較廣。即便是地形復(fù)雜、條件惡劣的環(huán)境下，依然適合采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，它依然能夠發(fā)揮配網(wǎng)系統(tǒng)故障定位功能，緊急狀態(tài)下發(fā)揮其特有的靈活、變通優(yōu)勢(shì)。（4）故障定位模式獨(dú)特，一般為故障電流分量為采集對(duì)象，這樣就避免由于過度電阻所引發(fā)的測(cè)量精度問題。同時(shí)所采集的數(shù)據(jù)信息相對(duì)有限，也略去了更多計(jì)算、分析、數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)。更重要的是其所采用的是無(wú)線通訊模式，這樣就解除了以往的雙端法測(cè)距所導(dǎo)致的故障數(shù)據(jù)采集錯(cuò)位、不同步的問題。

3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在配電線路故障定位中的應(yīng)用

3.1 故障定位原理

將無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置于配網(wǎng)線路，就能夠及時(shí)收到來(lái)自于此節(jié)點(diǎn)所處線路的運(yùn)行狀態(tài)信息，例如電流信息、電壓狀況等。具體的節(jié)點(diǎn)配置模式如圖1所示，其中將電流的流動(dòng)方向假設(shè)同母線一致。

結(jié)合以往的故障類型來(lái)看，配網(wǎng)故障多為單相接地故障，以下單獨(dú)圍繞此類故障進(jìn)行分析。

圖1 配網(wǎng)無(wú)線傳感器設(shè)置結(jié)構(gòu)

其中小圓圈代表配置于輸電線路中的無(wú)線傳感器

節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)中性點(diǎn)不接地的特征，同時(shí)根據(jù)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的特點(diǎn)。如果依然采用舊式的零序電流分析法，故障定位效率低。此時(shí)選擇無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行故障定位，其主體功能體現(xiàn)為：依靠故障相路每?jī)蓚€(gè)臨近節(jié)點(diǎn)之間的故障與非故障電流幅值差，二者之間對(duì)比的策略進(jìn)行故障定位。

圖2是一個(gè)單相接地故障電流分布的圖示，如果C相節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)2之間出現(xiàn)接地故障，那么故障電流將出現(xiàn)，如虛線部分所展示，圖2（a）為中性點(diǎn)不接地的情況，圖2（b）則為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的情況。其中陰影部分代表故障電流于不同相線路中的分布情況。

（a）為中性點(diǎn)不接地

（b）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

圖2

用i0mj代表節(jié)點(diǎn)j故障前m相的采樣電流。Imj代表節(jié)點(diǎn)j出現(xiàn)故障問題時(shí)，m相的采樣電流。各個(gè)節(jié)點(diǎn)故障電流，能夠得出其幅值：ΔImj=Imj-I0mj，因此能算出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障電流差值。

3.2 故障定位的準(zhǔn)確性與快速性

3.2.1 精準(zhǔn)性。故障測(cè)距最為關(guān)鍵、核心的規(guī)定為保證故障定位的精準(zhǔn)性，這樣才意味著測(cè)距成功。因此，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可否發(fā)揮作用，第一步應(yīng)該確保其可以精準(zhǔn)地找到故障位置。該系統(tǒng)內(nèi)部，故障能否被精準(zhǔn)地定位，同節(jié)點(diǎn)的配置間隔關(guān)系很大，選擇相對(duì)誤差δ，其值要小于2%，l代表被檢測(cè)線路的總長(zhǎng)度，r則為節(jié)點(diǎn)的配置間隔，D為節(jié)點(diǎn)傳輸半徑的高極值。要想確保故障測(cè)距精度，就要滿足δ≤r/l≤D/l。

假設(shè)現(xiàn)實(shí)配網(wǎng)中引入MICA2傳感器節(jié)點(diǎn)，則D值最大為500～1000m，現(xiàn)實(shí)操作過程中，r通常取50m，l值則要在2.5km以上，這樣才能真正達(dá)到精準(zhǔn)度的標(biāo)準(zhǔn)，其可以滿足中低壓配網(wǎng)的故障定位需求。

3.2.2 快速性仿真分析。快速切除屬于一項(xiàng)重要故障定位的方法，適合于配網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。具體表現(xiàn)為：配網(wǎng)故障出現(xiàn)，節(jié)點(diǎn)立即投入運(yùn)轉(zhuǎn)，故障信號(hào)在4ms內(nèi)傳輸完畢。以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為依托的配網(wǎng)故障定位通常引入了同步觸發(fā)設(shè)備，故障出現(xiàn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)能夠飛速地進(jìn)入運(yùn)行，從而以最快的速度切除故障。

數(shù)據(jù)在匯聚過程中可能出現(xiàn)延時(shí)現(xiàn)象，具體涵蓋數(shù)據(jù)處理、發(fā)送等的延時(shí)以及數(shù)據(jù)從發(fā)送處至匯聚處的傳輸過程中所耗費(fèi)的時(shí)間等，各個(gè)線路中節(jié)點(diǎn)之間相距50米。然而，對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)說，將其應(yīng)用于配網(wǎng)線路，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)，在網(wǎng)絡(luò)量為15%的狀態(tài)下，匯聚演示能夠達(dá)到規(guī)定要求，僅為3.34ms，這一點(diǎn)就說明了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特殊功能與作用，能夠達(dá)到配網(wǎng)線路故障及時(shí)定位、查找的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 故障定位的可靠性分析

將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)置于配網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部，發(fā)揮故障排查與定位，能夠達(dá)到一定的可靠性，具體體現(xiàn)在以下方面：

3.3.1 配網(wǎng)出現(xiàn)故障問題后，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)可以及時(shí)、有效地監(jiān)測(cè)到故障信號(hào)；同時(shí)，中下層節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息能夠確保安全、合理地傳送到不同部位節(jié)點(diǎn)，最終傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

3.3.2 因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)選擇了特殊的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，也就是常用的行波觸發(fā)設(shè)備。因此，節(jié)點(diǎn)能夠適時(shí)地查看到故障相關(guān)的數(shù)據(jù)、信息。而且該傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也能將所收集的信息及時(shí)地傳送出去，為控制中心所接收，這樣就保證了配網(wǎng)故障定位的高效性、及時(shí)性與準(zhǔn)確性。

3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量?jī)?yōu)化分析

現(xiàn)實(shí)的故障定位、分析與運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，能量約束為最大的問題之一，傳感器節(jié)點(diǎn)中有各種模塊可以消耗能量，具體涵蓋傳感器模塊、無(wú)線通訊模塊等。當(dāng)前，由于集成電路技術(shù)的發(fā)展與優(yōu)化，傳感器模塊自身的功率消耗也逐漸降低，更多的能量都集中被損耗于無(wú)線通訊模塊，這就為傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究帶來(lái)了全新的課題，問題研究集中在怎樣能讓無(wú)線通訊模塊耗費(fèi)最少的能量，從而從整體上優(yōu)化能量的消耗。

4 結(jié)語(yǔ)

配網(wǎng)線路故障定位與查找是配網(wǎng)系統(tǒng)安全維護(hù)工作的重要組成部分，只有及時(shí)、精準(zhǔn)地定位故障，解除故障問題，才能真正支持配網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)揮其應(yīng)有的功能和作用。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一項(xiàng)新型技術(shù)，被應(yīng)用于配網(wǎng)系統(tǒng)，發(fā)揮了有效的故障定位功能。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：陳 潔）