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1、第32卷第20期Vol.32No.202008年10月25日Oct.25,2008基于无线传感器网络的配电线路故障定位方案苗世洪,谌小莉,刘沛,黄绪勇(华中科技大学电气与电子工程学院,湖北省武汉市430074)摘要:提出了基于无线传感器网络的故障定位系统方案。根据电力系统故障测距对测距装置的要求及无线传感器网络本身的特点,对该定位系统提出了要求。阐述了应用无线传感器网络进行故障定位的优势,推导了故障定位原理,设计了无线传感器网络定位系统结构,采用同步触发装置解决了同步性问题,借助于多路径可靠信息路由机制满足了网络可靠性要求。仿真结果表明
2、,该路由机制既满足了可靠性要求又减少了网络开销。关键词:无线传感器网络;配电线路;故障定位;同步性;可靠性;路由机制中图分类号:TM734;TN9290引言据并可靠传输给区域管理节点,从而转发给控制中心。目前,国内外关于故障测距技术的研究成果很5)能源的高效使用。传感器节点体积微小,通多,但大多针对110kV及以上高压输电线路,对中常携带能量十分有限的电池,所以如何高效使用能压配电网的研究很少。原因在于高压电网采用中性量以最大化网络生命周期是传感器网络应用在故障点有效接地方式,属于大电流接地系统,线路结构简测距中面临的最大挑战。单,故障信号
3、明显,易于判别提取。35kV,66kV中无线传感器网络与传统故障定位系统相比,具压配电网采用中性点非有效接地方式,发生单相接[9]有以下独特的优势:地故障后故障信号相对较弱,目前还没有很好的故1)无线传感器网络是一个大规模网络,节点分障测距方法。随着配电网供电用户重要性的提高,布广,部署密集,能够通过不同空间视角获取信号,配电网故障的及时排除及故障点的及时发现显得日具有更大的信噪比,不仅提高了测距精度,而且扩大益重要,研究中压配电网的故障测距技术具有重要[1-7]了测距区域,减少了洞穴或盲区。意义。2)无线传感器网络中的节点高度集成了数据采无
4、线传感器网络集成了信息采集、数据处理和集、数据处理和通信等功能,大大简化了设备,同时,无线通信等功能,能够迅速、可靠地采集较弱的故障由于是无线通信模块,不需要复杂的通信布线,因信号,并能快速、准确地判断出故障位置,因此,在中此,无线传感器网络具有更高的性价比。压配电网的故障定位中得到了越来越多的关注。3)对于偏远地区或环境较恶劣的地区,更加适1基于无线传感器网络的故障定位合利用无线传感器网络进行故障定位;此外,在紧急场合下,也具有其独特的优势。1.1概述根据电力系统故障测距对测距装置的要求及无4)无线传感器网络通过采集故障电流分量来进线传
5、感器网络本身的特点,基于无线传感器网络的行故障定位,不仅消除了因过渡电阻造成的测量精故障定位应满足[8]:度不准确,而且采集数据少,简化了分析计算;同时1)定位的准确性。它使用无线通信,克服了传统上使用双端法测距带2)快速性。来的采集故障数据不同步的影响。3)同步性。无线传感器节点采集及要处理的各1.2故障定位原理相电气量数据应满足同步精度的要求。通过安装在配电网传输线上的无线传感器节4)可靠性。故障发生时节点能够采集到故障数点,可以得到该节点所在位置的电流信息。配电网馈线系统结构和无线传感器网络节点的配置如图1收稿日期:2008-06-0
6、2;修回日期:2008-07-09。所示。设电流方向为从母线流向线路。国家自然科学基金资助项目(50677024)。电力系统中约90%的故障是单相接地故障,所612008,32(20)以本文就配电网中单相接地故障进行定位分析。由此,可以得到不同节点的故障电流的差值:IA12=
7、IA1-IA2
8、IA2,3=
9、IA2-IA3
10、IB12=
11、IB1-IB2
12、(2)IB2,3=
13、IB2-IB3
14、IC12=
15、IC1-IC2
16、IC2,3=
17、IC2-IC3
18、图1系统结构当C相发生接地故障时,有Fig.1S
19、ystemstructureIA2,3IB2,3IC2,3针对中性点不接地系统及中性点经消弧线圈接IC12KIA12(3)地系统中零序电流的特点,利用传统的采用分析零IC12KIB12序电流大小和方向的方法不能很好地满足定位要式中:K为单相节点故障检测灵敏度系数。求,本文提出一种基于无线传感器网络故障定位新K的取值要避开节点的采样误差对故障检测22方法,该方法利用故障相相邻节点间故障电流幅值的影响,有K3。设k=(C1,C2)/((A1,差与对应非故障相相邻节点间故障电流幅值差之比A2))。k即为故障相相邻节点间故
20、障电流幅值差与的方法来实现故障的精确定位。对应非故障相相邻节点间故障电流幅值差之比,根图2所示为单相接地故障的故障电流分布图。据该比值即可实现故障定位。当C相节点1
