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)安全維護工作的重要組成部分，只有及時、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)的安全運轉(zhuǎn)，發(fā)揮其應(yīng)有的功能和作用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一項新型技術(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) 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM734 文章編號：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，這是因為高壓線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地辨別提取。然而，對于低壓配網(wǎng)系統(tǒng)來說，故障發(fā)生時，由于其信息、信號比較弱小，這無疑為故障的排查帶來了巨大的難度，因此必須研究一套切實科學(xué)的故障排查方法。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能分析

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是無線網(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：憑借對其所覆蓋的范圍空間內(nèi)各種信息的感受、收集與處理來及時反饋被監(jiān)測區(qū)域的故障信息，并將信息及時傳送至網(wǎng)絡(luò)管理員。近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了發(fā)展與進步，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，計算也更為精確，通訊能力也超強。

隨著電力系統(tǒng)故障技術(shù)研究的深入，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在配電線路故障定位中得到了推廣與應(yīng)用，發(fā)揮了對配網(wǎng)系統(tǒng)故障的定位、分析與監(jiān)測功能，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 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障定位的優(yōu)勢

同以往的電力系統(tǒng)故障定位對比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體現(xiàn)出以下的優(yōu)點：（1）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于廣泛分布的規(guī)模性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其節(jié)點分布較多、范圍較廣，部署也相對集中，可以采集來自于各個維度的信號，信噪比較大，能保證測距的精度，有效拓展測距范圍，不會出現(xiàn)測距盲區(qū)。（2）網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點集中分布，能夠保證多項功能的發(fā)揮。例如采集并處理信息數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，一個傳感器網(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，而且因為是無線通訊，無需過于復(fù)雜的布線?？偟膩砜雌涑杀鞠鄬Φ土詢r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。（4）故障定位模式獨特，一般為故障電流分量為采集對象，這樣就避免由于過度電阻所引發(fā)的測量精度問題。同時所采集的數(shù)據(jù)信息相對有限，也略去了更多計算、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線通訊模式，這樣就解除了以往的雙端法測距所導(dǎo)致的故障數(shù)據(jù)采集錯位、不同步的問題。

3 無線傳感器網(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

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

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

圖1 配網(wǎng)無線傳感器設(shè)置結(jié)構(gòu)

其中小圓圈代表配置于輸電線路中的無線傳感器

節(jié)點。

根據(jù)中性點不接地的特征，同時根據(jù)中性點經(jīng)消弧線圈接地的特點。如果依然采用舊式的零序電流分析法，故障定位效率低。此時選擇無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行故障定位，其主體功能體現(xiàn)為：依靠故障相路每兩個臨近節(jié)點之間的故障與非故障電流幅值差，二者之間對比的策略進行故障定位。

圖2是一個單相接地故障電流分布的圖示，如果C相節(jié)點1與節(jié)點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）為中性點不接地的情況，圖2（b）則為中性點經(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）為中性點不接地

（b）中性點經(jīng)消弧線圈接地

圖2

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

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，這樣才意味著測距成功。因此，無線傳感器網(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)點的配置間隔關(guān)系很大，選擇相對誤差δ，其值要小于2%，l代表被檢測線路的總長度，r則為節(jié)點的配置間隔，D為節(jié)點傳輸半徑的高極值。要想確保故障測距精度，就要滿足δ≤r/l≤D/l。

假設(shè)現(xiàn)實配網(wǎng)中引入MICA2傳感器節(jié)點，則D值最大為500～1000m，現(xiàn)實操作過程中，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?？焖偾谐龑儆谝豁椫匾收隙ㄎ坏姆椒ǎm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)點立即投入運轉(zhuǎn)，故障信號在4ms內(nèi)傳輸完畢。以無線傳感器網(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，節(jié)點能夠飛速地進入運行，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)延時現(xiàn)象，具體涵蓋數(shù)據(jù)處理、發(fā)送等的延時以及數(shù)據(jù)從發(fā)送處至匯聚處的傳輸過程中所耗費的時間等，各個線路中節(jié)點之間相距50米。然而，對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說，將其應(yīng)用于配網(wǎng)線路，經(jīng)過統(tǒng)計計算風(fēng)險，在網(wǎng)絡(luò)量為15%的狀態(tài)下，匯聚演示能夠達到規(guī)定要求，僅為3.34ms，這一點就說明了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特殊功能與作用，能夠達到配網(wǎng)線路故障及時定位、查找的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 故障定位的可靠性分析

將無線傳感器網(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，無線傳感器節(jié)點可以及時、有效地監(jiān)測到故障信號；同時，中下層節(jié)點的相關(guān)信息能夠確保安全、合理地傳送到不同部位節(jié)點，最終傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

3.3.2 因為傳感器節(jié)點選擇了特殊的設(shè)備進行數(shù)據(jù)收集，也就是常用的行波觸發(fā)設(shè)備。因此，節(jié)點能夠適時地查看到故障相關(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、及時性與準(zhǔn)確性。

3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量優(yōu)化分析

現(xiàn)實的故障定位、分析與運轉(zhuǎn)過程中，能量約束為最大的問題之一，傳感器節(jié)點中有各種模塊可以消耗能量，具體涵蓋傳感器模塊、無線通訊模塊等。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線通訊模塊，這就為傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究帶來了全新的課題，問題研究集中在怎樣能讓無線通訊模塊耗費最少的能量，從而從整體上優(yōu)化能量的消耗。

4 結(jié)語

配網(wǎng)線路故障定位與查找是配網(wǎng)系統(tǒng)安全維護工作的重要組成部分，只有及時、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)的安全運轉(zhuǎn)，發(fā)揮其應(yīng)有的功能和作用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一項新型技術(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

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（責(zé)任編輯：陳 潔）