CN102928739A - 基于无线传感器网络的电网单相接地故障定位方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了配电网单相接地故障诊断技术领域中的一种基于无线传感器网络的电网单相接地故障定位方法，该方法适用于3～60kv中性点非有效接地配电网。包括：通过布置在配电线路上的无线传感器网络节点采集相电流数据，并发送给数据管理节点，数据管理节点对三相瞬时电流相加，得到零序电流；根据在线定位故障判据，即发生故障点前后零序电流相位相差180°，来确定故障区域。本发明还提供了一种基于无线传感器网络的电网单相接地故障定位***。本发明保证了数据传输的可靠性，提升了故障定位的准确度，解决了现有技术中存在的问题。

Description

基于无线传感器网络的电网单相接地故障定位方法及***

技术领域

本发明属于配电网单相接地故障诊断技术领域，尤其涉及一种基于无线传感器网络的电网单相接地故障定位方法及***。

背景技术

我国3～60kv配电网广泛采用中性点非有效接地方式，属于小电流接地***，小电流接地***的故障绝大多数是单相接地故障，而单相接地故障是最主要的故障类型。一旦发生单相接地故障，传统的人工巡线不仅费时费力，而且需要进行大量拉闸操作，对电网正常运行和安全生产带来很大不便。因此，当故障发生后，应当尽快地确定故障点的位置。定位越准确，故障排除越迅速，越有利于保证电网的安全可靠运行。

目前配电网单相接地故障定位方法主要有注入信号法、阻抗法和行波法。由于配电发生单相接地故障时，故障信号微弱，难以识别，而且配电网线路分支多，结构复杂，一般多为树形拓扑结构，给故障定位带来了很大困难，定位准确率和定位精度不高。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种基于无线传感器网络的电网单相接地故障定位方法及***，用以解决现有的配电网单相接地故障定位准确率和精度不高的问题。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种基于无线传感器网络的配电网单相接地故障定位方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：在配电网线路上，每隔设定距离设置一个观测点，在每个配电网支路上设置一个汇聚节点；

步骤2：在每个观测点处，分别在三相线路上接入无线传感器网络节点，三个无线传感器网络节点分别采集三相线路的电流数据；

步骤:3：从每个观测点的三个无线传感器网络节点中选择一个无线传感器网络节点作为数据管理节点；对于每个观测点，无线传感器网络节点向数据管理节点发送各自采集的相应相线路的电流数据，从而得到每个观测点的三相线路的电流数据；

步骤4：每个观测点的数据管理节点对所处的观测点的三相线路的电流数据相加，得到每个观测点的零序电流；

步骤5：数据管理节点判断所处的观测点的零序电流是否超过设定阈值，如果超过设定阈值，则执行步骤6；否则，各观测点的三相线路上接入的无线传感器网络节点继续采集三相线路的电流数据；

步骤6：数据管理节点将所处的观测点的零序电流发送给汇聚节点，并触发相邻观测点的数据管理节点，使相邻观测点的数据管理节点将相邻观测点的零序电流发送至汇聚节点；

步骤7：汇聚节点比较两个相邻观测点的零序电流相位，如果两个相邻的观测点的零序电流相位差为180°，则判定单相接地故障发生在这两个相邻观测点之间。

一种基于无线传感器网络的配电网单相接地故障定位***，其特征是所述***包括接入到每个观测点的2个无线传感器网络节点和1个数据管理节点，设置在每个配电网支路上的1个汇聚节点，每个观测点的2个无线传感器网络节点通过无线通信方式与接入该观测点的数据管理节点相连，每个数据管理节点通过无线通信方式与该配电网支路上的汇聚节点相连；

接入到每个观测点的2个无线传感器网络节点分别用于测量该观测点的两相线路的电流数据，并将测得的数据发送至接入同一个观测点的数据管理节点；

接入到每个观测点的数据管理节点用于测量该观测点另外一相线路的电流数据，并接收接入同一个观测点的2个无线传感器网络节点发送的两相线路的电流数据；还用于将该观测点的三相线路的电流数据相加，得到观测点的零序电流，并在该观测点的零序电流超过设定阈值时，将该观测点的零序电流发送至汇聚节点；

汇聚节点用于接收相邻观测点的零序电流，并比较两个相邻观测点的零序电流相位，如果两个相邻的观测点的零序电流相位差为180°，则判定单相接地故障发生在这两个相邻观测点之间。

所述无线传感器网络节点包括电流互感器、信号调理单元、处理器、功率放大器、能量供给模块和无线通信模块；电流互感器、信号调理单元、处理器、功率放大器和无线通信模块顺次相连；能量供给模块与处理器相连；

所述电流互感器接入观测点的一相线路，用于采集该相线路上的瞬时电流数据；

所述信号调理单元用于对采集的瞬时电流数据进行信号调理；

所述处理器用于对调理后的电流数据进行A/D采样，并进行存储；

所述功率放大器用于对A/D采样的电路数据进行放大处理；

所述无线通信模块用于将放大处理后的电流数据发送给数据管理节点；

所述能量供给模块用于为处理器提供工作能量。

本发明能够快速准确地确定单相接地故障点位置，消除实际的故障暂态分量和稳态分量易负荷、变压器非理想特性的影响；并且，采用低成本的无线传感器网络节点，还能极大地节约***成本。

附图说明

图1是无线传感器网络节点在配电线路上的布置结构图；

图2是计算零序电流示意图；

图3是无线传感器网络节点结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

在如图1所示的三相辐射状配电网中，每隔设定的距离（通常在500m）设置观测点。每条线路分支设置一个汇聚节点。在每个观测点，A、B、C三相线路上分别接入无线传感器网络节点，图1中的小方框表示安装在电力线路上的无线传感器网络节点，数字表示观测点号。在每个观测点处，A、B、C三相线路上的无线传感器网络节点轮流作为数据管理节点。可以先选择A相线路上的无线传感器网络节点担任数据管理节点，当A相线路上的无线传感器网络节点出现故障时，再由B相的无线传感器网络节点担任，B相线路上的无线传感器网络节点出现故障时再由C相的无线传感器担任。

无线传感器网络节点负责采集每相的电流数据，并发往数据管理节点。数据管理节点的任务不仅采集本相电流数据，而且接收来自其他两相的电流数据，并对其进行汇总处理。在第1个观测点，三相无线传感器网络节点测得A、B、C三相电流分别为I1_A、I1_B和I1_C。当A相接入的无线传感器网络节点作为数据管理节点时，B相和C相的节点将电流值I1_B和I1_C发送给数据管理节点。在数据管理节点，如图2所示，对三相电流值相加可得零序电流值，即I01＝I1_A+I1_B+I1_C。同样，在观测点2，对测得的三相电流I2_A、I2_B和I2_C相加，可得观测点2处的零序电流值为I02=I2_A+I2_B+I2_C。以此类推，可得各个观测点处的零序电流。数据管理节点计算出所处的观测点的零序电流后，判断所处的观测点的零序电流是否超过设定阈值，如果超过设定阈值，则数据管理节点将所处的观测点的零序电流发送给汇聚节点，并触发相邻观测点的数据管理节点，使相邻观测点的数据管理节点将相邻观测点的零序电流发送至汇聚节点；

汇聚节点收集各个观测点的数据管理节点的信息，汇总后发给故障管理中心。汇聚节点可由观测点处的数据管理节点担任，除具有数据管理功能外，最重要的是具有GSM/GPRS模块，通过GPRS的方式与故障管理中心相连。在中性点非有效接地配电网中，当汇聚节点接收的两个相邻观测点的零序电流的相位相差为180°时，则可以确定单相接地故障一定发生在这两个相邻观测点之间。在判定单相接地故障发生后，汇聚节点向故障管理中心报告接地故障点发生的位置。如果汇聚节点发现该区域内所有零序电流的相位相同，将上传所有观测点的零序电流相位信息。在故障管理中心，根据配电网的拓扑结构，查找相邻观测点的零序电流相位相差180°的观测点，进而确定故障区域。

无线传感器网络节点如图2所示，其主控制器芯片采用TI公司的CC2530，该无线传感器网络节点由电流互感器采集配电线路上的瞬时电流数据，经过信号调理模块后送给CC2530进行A/D采样。CC2530处理器负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其它节点发来的数据；功率放大器（PA）对CC2530要发送的数据进行功率放大，且CC2530能控制功率放大器的倍数；能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，采用锂电池与感应取电互补的供电模式。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于无线传感器网络的配电网单相接地故障定位方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：在配电网线路上，每隔设定距离设置一个观测点，在每个配电网支路上设置一个汇聚节点；

步骤2：在每个观测点处，分别在三相线路上接入无线传感器网络节点，三个无线传感器网络节点分别采集三相线路的电流数据；

步骤:3：从每个观测点的三个无线传感器网络节点中选择一个无线传感器网络节点作为数据管理节点；对于每个观测点，无线传感器网络节点向数据管理节点发送各自采集的相应相线路的电流数据，从而得到每个观测点的三相线路的电流数据；

步骤4：每个观测点的数据管理节点对所处的观测点的三相线路的电流数据相加，得到每个观测点的零序电流；

步骤5：数据管理节点判断所处的观测点的零序电流是否超过设定阈值，如果超过设定阈值，则执行步骤6；否则，各观测点的三相线路上接入的无线传感器网络节点继续采集三相线路的电流数据；

步骤6：数据管理节点将所处的观测点的零序电流发送给汇聚节点，并触发相邻观测点的数据管理节点，使相邻观测点的数据管理节点将相邻观测点的零序电流发送至汇聚节点；

步骤7：汇聚节点比较两个相邻观测点的零序电流相位，如果两个相邻的观测点的零序电流相位差为180°，则判定单相接地故障发生在这两个相邻观测点之间。

2.一种基于无线传感器网络的配电网单相接地故障定位***，其特征是所述***包括接入到每个观测点的2个无线传感器网络节点和1个数据管理节点，设置在每个配电网支路上的1个汇聚节点，每个观测点的2个无线传感器网络节点通过无线通信方式与接入该观测点的数据管理节点相连，每个数据管理节点通过无线通信方式与该配电网支路上的汇聚节点相连；

接入到每个观测点的2个无线传感器网络节点分别用于测量该观测点的两相线路的电流数据，并将测得的数据发送至接入同一个观测点的数据管理节点；

接入到每个观测点的数据管理节点用于测量该观测点另外一相线路的电流数据，并接收接入同一个观测点的2个无线传感器网络节点发送的两相线路的电流数据；还用于将该观测点的三相线路的电流数据相加，得到观测点的零序电流，并在该观测点的零序电流超过设定阈值时，将该观测点的零序电流发送至汇聚节点；

汇聚节点用于接收相邻观测点的零序电流，并比较两个相邻观测点的零序电流相位，如果两个相邻的观测点的零序电流相位差为180°，则判定单相接地故障发生在这两个相邻观测点之间。

3.根据权利要求1所述的***，其特征是所述无线传感器网络节点包括电流互感器、信号调理单元、处理器、功率放大器、能量供给模块和无线通信模块；电流互感器、信号调理单元、处理器、功率放大器和无线通信模块顺次相连；能量供给模块与处理器相连；

所述电流互感器接入观测点的一相线路，用于采集该相线路上的瞬时电流数据；

所述信号调理单元用于对采集的瞬时电流数据进行信号调理；

所述处理器用于对调理后的电流数据进行A/D采样，并进行存储；

所述功率放大器用于对A/D采样的电路数据进行放大处理；

所述无线通信模块用于将放大处理后的电流数据发送给数据管理节点；

所述能量供给模块用于为处理器提供工作能量。

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