基于物联网技术的配电系统故障定位研究

郭伟洪

（广东电网公司佛山顺德供电局，广东 顺德 528300）

随着我国特高压投资规划建设的提出和当前特高压电网的快速发展，为智能电网的建设提供了坚强的骨干网架和实现基础。而智能电网实现的一个重要基础就是需要结合物联网技术，它的应用对智能电网的建设与发展具有举足轻重的作用。在智能电网范畴内，物联网技术可以在故障定位，电气一次二次设备状态监测和智能用电用表中扮演关键的作用，为智能电网的实现提供重要的技术支撑，促进智能电网的快速发展和智能化[1]。

在智能电网的关键技术中，配电系统的故障定位是一项重要的研究内容[2]。而基于无线互感器的物联网技术由于具有对故障信息进行采集、故障数据分析处理和无线通信的功能，能够迅速地分析判断出故障发生的位置。因此，基于互联网技术的配电系统故障定位研究得到了电力企业管理人员和专家学者的日益重视。

本文开展基于物联网技术的配电网故障定位研究工作。首先对物联网技术进行了简要介绍，并提出了基于物联网及无线传感网络的配电系统故障定位方法，比较了其相对传统故障定位系统的优势，在此基础上，以单相接地故障为例介绍了基于物联网技术的故障定位原理与定位判据。最后，通过算例系统论证了基于物联网技术的配电系统定位的有效性和可行性。

1 物联网技术

物联网技术的构想由美国MIT在1998年提出，并且由AUTO-ID Ashton教授与1999年提出物联网的概念，当时的目的是希望通过视频识别技术（RFID）无线电传感技术和定位技术实现工作的自动化和工作的高可靠性。并且随着无线通信技术、数据挖掘和信息分析融合处理的数字信息技术的加入，物联网技术得到高度的认识和关注。

物联网定义为通过RFID、定位技术、无线传感器技术和激光扫描器等信心交换和通信技术，组成含有定位功能、监控和管理功能、智能化识别功能和跟踪功能的一个网络。通过这个网络可以实现对声音、光、电气信息、热、化学信息、力学信息和位置的实时采集，实现对物体与过程的自动化识别功能，因为物联网能把任何事物与互联网连接起来，其实对其的监测、识别、定位和管理的一体化功能[3-5]。

物联网技术是智能电网信息的感知末梢，能过实现智能电网背景框架下的要求的对运行状态的实时监测，负荷管理，线损分析和需求侧管理等环节的高效一体化管理目标。

智能电网关键技术与功能是实现配电系统故障定位。由于配电线路结构复杂、分支多、负荷分配不均匀，导线、变压器、柱上开关、高压计量等电力设施型号、规格、种类繁多，所以故障点定位一直是难题。作为物联网核心技术的无线传感器网络近来得到快速的发展。无线传感器网络的传感节点具有体积小、价格低廉的特。由于传感节点不需要绝缘设备的辅助就可以安装在杆塔的带电侧，因此实现无线传感网络对输电线路举行监测的成本低廉化，方便该项技术的普及与推广。由于具备能过监测、采集和感知信息的能力而能对系统运行状态信息的实时监测，因此是智能电网其是智能电网终端设备的一个基本环节，对实现配电系统故障定位功能具有重要的作用。

基于物联网技术及无线传感器的配电系统故障定位的主要原理如下：基于配电系统线路的特点，在线路的每一个杆塔上安装无线传感器，监测线路与变压器等设备的正序，零序电压和电流，组成一个无线传感网络。通过无线传感器网络采集这些监测变量，并且通过通信网络将监测信息传送到变电所，通过对数据进行处理与分析便可对故障发生的位置进行快速准确的定位，实现配电网故障定位的迅速精确化。

基于物联网技术及无线传感器网络的故障定位方法相对与传统的故障定位方法，有以下好处[3-6]：

1）故障地点定位的距离更加准确了，同时扩大了故障地点定位的距离，减少了故障测距的盲区。

2）基于物联网技术的定位设备相对于传统的故障定位系统起性价比更高。

3）相对与传统的故障定位系统，基于物联网技术的定位方法更加适合偏远地区或者环境比较恶劣的区域。

4）基于物联网技术的故障定位方法通过采取故障电流分量信息，经过分析比较之后确定故障发生地点，需要的数据信息较少，方法更加的简化。同时由于采用无线通信技术，客服了采集故障数据不同步的影响。

2 基于物联网的故障定位实现

传感节点都沿某一个方向安装在杆塔的同一边，一条线路含有大量的传感节点，同时在该条线路所连变电站设置一个汇集节点。如果线路上某处发生了故障，传感节点向汇集节点发送计算出的电流故障分量信息。

汇集节点接收到各传感节点上送的各相电流故障分量信息之后，通过电力专用线路将所有的信息发送到监控中心，监控中心通过分析比较故障相相邻传感节点故障电流幅值差和对应故障相相邻节点故障电流幅值差的方法来实现故障的精确定位，将故障发生地点定位在满足判据条件的相邻两个传感节点之间。

下面以图1所示的配网系统的单相接地故障对基于物联网技术及无线传感网络的定位原理进行分析[7-9]。

图1 配网系统结构图

当图1所示的配电系统C相节点1和节点2之间发生接地故障时（中性点经消弧线圈接地），故障电流的分布情况如图2中虚线所示。图2中黑色方框为无线传感器节点。

图2 C相1和2之间发生单相接地故障时故障电流分布

每个节点的故障电流幅值为

据此，不同节点的故障电流差值：

式中，K为单相节点故障检测灵敏度系数。

3 算例分析

以图1所示的配电网系统为研究对象，在线路节点1与线路节点2之间发生C相短路故障。仿真结果见表1。

表1 C相发生接地故障时节点电流

根据判据式（3）可知，C相传感器节点1和2之间的线路发生了C相接地故障。

4 结论

随着以特高压电网为骨干网架的智能电网的发展，给物联网技术在智能电网中的引用提供了机遇。本文对物联网技术进行了简要介绍，并提出了基于物联网及无线传感网络的配电系统故障定位方法，比较了其相对传统故障定位系统的优势，在此基础上，以单相接地故障为例介绍了基于物联网技术的故障定位原理与定位判据。最后，通过算例系统论证了基于物联网技术的配电系统定位的有效性和可行性。

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