專利名稱：基于無線傳感器網(wǎng)絡的電網(wǎng)單相接地故障定位方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于配電網(wǎng)單相接地故障診斷技術領域，尤其涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的電網(wǎng)單相接地故障定位方法及系統(tǒng)。
背景技術：
我國3 60kv配電網(wǎng)廣泛采用中性點非有效接地方式，屬于小電流接地系統(tǒng)，小電流接地系統(tǒng)的故障絕大多數(shù)是單相接地故障，而單相接地故障是最主要的故障類型。一旦發(fā)生單相接地故障，傳統(tǒng)的人工巡線不僅費時費力，而且需要進行大量拉閘操作，對電網(wǎng)正常運行和安全生產(chǎn)帶來很大不便。因此，當故障發(fā)生后，應當盡快地確定故障點的位置。定位越準確，故障排除越迅速，越有利于保證電網(wǎng)的安全可靠運行。
目前配電網(wǎng)單相接地故障定位方法主要有注入信號法、阻抗法和行波法。由于配電發(fā)生單相接地故障時，故障信號微弱，難以識別，而且配電網(wǎng)線路分支多，結構復雜，一般多為樹形拓撲結構，給故障定位帶來了很大困難，定位準確率和定位精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的電網(wǎng)單相接地故障定位方法及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有的配電網(wǎng)單相接地故障定位準確率和精度不高的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術方案是，一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的配電網(wǎng)單相接地故障定位方法，其特征是所述方法包括步驟I :在配電網(wǎng)線路上，每隔設定距離設置一個觀測點，在每個配電網(wǎng)支路上設置一個匯聚節(jié)點；步驟2 :在每個觀測點處，分別在三相線路上接入無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，三個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點分別采集三相線路的電流數(shù)據(jù)；步驟3 :從每個觀測點的三個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點中選擇一個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點作為數(shù)據(jù)管理節(jié)點；對于每個觀測點，無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點向數(shù)據(jù)管理節(jié)點發(fā)送各自采集的相應相線路的電流數(shù)據(jù)，從而得到每個觀測點的三相線路的電流數(shù)據(jù)；步驟4 :每個觀測點的數(shù)據(jù)管理節(jié)點對所處的觀測點的三相線路的電流數(shù)據(jù)相力口，得到每個觀測點的零序電流；步驟5 :數(shù)據(jù)管理節(jié)點判斷所處的觀測點的零序電流是否超過設定閾值，如果超過設定閾值，則執(zhí)行步驟6 ;否則，各觀測點的三相線路上接入的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點繼續(xù)采集三相線路的電流數(shù)據(jù)；步驟6 :數(shù)據(jù)管理節(jié)點將所處的觀測點的零序電流發(fā)送給匯聚節(jié)點，并觸發(fā)相鄰觀測點的數(shù)據(jù)管理節(jié)點，使相鄰觀測點的數(shù)據(jù)管理節(jié)點將相鄰觀測點的零序電流發(fā)送至匯聚節(jié)點；步驟7 :匯聚節(jié)點比較兩個相鄰觀測點的零序電流相位,如果兩個相鄰的觀測點的零序電流相位差為180°，則判定單相接地故障發(fā)生在這兩個相鄰觀測點之間。
一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的配電網(wǎng)單相接地故障定位系統(tǒng)，其特征是所述系統(tǒng)包括接入到每個觀測點的2個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點和I個數(shù)據(jù)管理節(jié)點，設置在每個配電網(wǎng)支路上的I個匯聚節(jié)點，每個觀測點的2個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點通過無線通信方式與接入該觀測點的數(shù)據(jù)管理節(jié)點相連，每個數(shù)據(jù)管理節(jié)點通過無線通信方式與該配電網(wǎng)支路上的匯聚節(jié)點相連； 接入到每個觀測點的2個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點分別用于測量該觀測點的兩相線路的電流數(shù)據(jù)，并將測得的數(shù)據(jù)發(fā)送至接入同一個觀測點的數(shù)據(jù)管理節(jié)點；接入到每個觀測點的數(shù)據(jù)管理節(jié)點用于測量該觀測點另外一相線路的電流數(shù)據(jù)，并接收接入同一個觀測點的2個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點發(fā)送的兩相線路的電流數(shù)據(jù)；還用于將該觀測點的三相線路的電流數(shù)據(jù)相加，得到觀測點的零序電流，并在該觀測點的零序電流超過設定閾值時，將該觀測點的零序電流發(fā)送至匯聚節(jié)點；匯聚節(jié)點用于接收相鄰觀測點的零序電流，并比較兩個相鄰觀測點的零序電流相位，如果兩個相鄰的觀測點的零序電流相位差為180°，則判定單相接地故障發(fā)生在這兩個相鄰觀測點之間。所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點包括電流互感器、信號調(diào)理單元、處理器、功率放大器、能量供給模塊和無線通信模塊；電流互感器、信號調(diào)理單元、處理器、功率放大器和無線通信模塊順次相連；能量供給模塊與處理器相連；所述電流互感器接入觀測點的一相線路，用于采集該相線路上的瞬時電流數(shù)據(jù)；所述信號調(diào)理單元用于對采集的瞬時電流數(shù)據(jù)進行信號調(diào)理；所述處理器用于對調(diào)理后的電流數(shù)據(jù)進行A/D采樣，并進行存儲；所述功率放大器用于對A/D采樣的電路數(shù)據(jù)進行放大處理；所述無線通信模塊用于將放大處理后的電流數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)管理節(jié)點；所述能量供給模塊用于為處理器提供工作能量。本發(fā)明能夠快速準確地確定單相接地故障點位置，消除實際的故障暫態(tài)分量和穩(wěn)態(tài)分量易負荷、變壓器非理想特性的影響；并且，采用低成本的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，還能極大地節(jié)約系統(tǒng)成本。


圖I是無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點在配電線路上的布置結構圖；圖2是計算零序電流示意圖；圖3是無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點結構圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應用。在如圖I所示的三相輻射狀配電網(wǎng)中，每隔設定的距離(通常在500m)設置觀測點。每條線路分支設置一個匯聚節(jié)點。在每個觀測點，A、B、C三相線路上分別接入無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，圖I中的小方框表示安裝在電力線路上的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，數(shù)字表示觀測點號。在每個觀測點處，A、B、C三相線路上的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點輪流作為數(shù)據(jù)管理節(jié)點?？梢韵冗x擇A相線路上的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點擔任數(shù)據(jù)管理節(jié)點，當A相線路上的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點出現(xiàn)故障時，再由B相的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點擔任，B相線路上的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點出現(xiàn)故障時再由C相的無線傳感器擔任。無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點負責采集每相的電流數(shù)據(jù)，并發(fā)往數(shù)據(jù)管理節(jié)點。數(shù)據(jù)管理節(jié)點的任務不僅采集本相電流數(shù)據(jù)，而且接收來自其他兩相的電流數(shù)據(jù)，并對其進行匯總處理。在第I個觀測點，三相無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點測得A、B、C三相電流分別為I1_A、I1_B和I1_C。當A相接入的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點作為數(shù)據(jù)管理節(jié)點時，B相和C相的節(jié)點將電流值11_B和11_C發(fā)送給數(shù)據(jù)管理節(jié)點。在數(shù)據(jù)管理節(jié)點，如圖2所示，對三相電流值相加可得零序電流值，即IOl = I1_A+I1_B+I1_C。同樣，在觀測點2，對測得的三相電流I2_A、I2_B和I2_C相加，可得觀測點2處的零序電流值為I02=I2_A+I2_B+I2_C。以此類推，可得各個觀測點處的零序電流。數(shù)據(jù)管理節(jié)點計算出所處的觀測點的零序電流后，判斷所處的觀測點的零序電流是否超過設定閾值，如果超過設定閾值，則數(shù)據(jù)管理節(jié)點將所處的觀測點的零序電流發(fā)送給匯聚節(jié)點，并觸發(fā)相鄰觀測點的數(shù)據(jù)管理節(jié)點，使相鄰觀測點的數(shù)據(jù)管理節(jié)點將相鄰觀測點的零序電流發(fā)送至匯聚節(jié)點；匯聚節(jié)點收集各個觀測點的數(shù)據(jù)管理節(jié)點的信息，匯總后發(fā)給故障管理中心。匯聚節(jié)點可由觀測點處的數(shù)據(jù)管理節(jié)點擔任，除具有數(shù)據(jù)管理功能外，最重要的是具有GSM/GPRS模塊，通過GPRS的方式與故障管理中心相連。在中性點非有效接地配電網(wǎng)中，當匯聚節(jié)點接收的兩個相鄰觀測點的零序電流的相位相差為180°時，則可以確定單相接地故障一定發(fā)生在這兩個相鄰觀測點之間。在判定單相接地故障發(fā)生后，匯聚節(jié)點向故障管理中心報告接地故障點發(fā)生的位置。如果匯聚節(jié)點發(fā)現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)所有零序電流的相位相同，將上傳所有觀測點的零序電流相位信息。在故障管理中心，根據(jù)配電網(wǎng)的拓撲結構，查找相鄰觀測點的零序電流相位相差180°的觀測點，進而確定故障區(qū)域。無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點如圖2所示，其主控制器芯片采用TI公司的CC2530，該無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點由電流互感器采集配電線路上的瞬時電流數(shù)據(jù)，經(jīng)過信號調(diào)理模塊后送給CC2530進行A/D采樣。CC2530處理器負責控制整個傳感器節(jié)點的操作，存儲和處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其它節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)；功率放大器(PA)對CC2530要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行功率放大，且CC2530能控制功率放大器的倍數(shù)；能量供應模塊為傳感器節(jié)點提供運行所需的能量，采用鋰電池與感應取電互補的供電模式。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準?！?br> 權利要求
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的配電網(wǎng)單相接地故障定位方法，其特征是所述方法包括 步驟I :在配電網(wǎng)線路上，每隔設定距離設置一個觀測點，在每個配電網(wǎng)支路上設置一個匯聚節(jié)點； 步驟2 :在每個觀測點處，分別在三相線路上接入無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，三個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點分別采集三相線路的電流數(shù)據(jù)； 步驟3 :從每個觀測點的三個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點中選擇一個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點作為數(shù)據(jù)管理節(jié)點；對于每個觀測點，無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點向數(shù)據(jù)管理節(jié)點發(fā)送各自采集的相應相線路的電流數(shù)據(jù)，從而得到每個觀測點的三相線路的電流數(shù)據(jù)； 步驟4 :每個觀測點的數(shù)據(jù)管理節(jié)點對所處的觀測點的三相線路的電流數(shù)據(jù)相加，得到每個觀測點的零序電流； 步驟5 :數(shù)據(jù)管理節(jié)點判斷所處的觀測點的零序電流是否超過設定閾值，如果超過設定閾值，則執(zhí)行步驟6 ;否則，各觀測點的三相線路上接入的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點繼續(xù)采集三相線路的電流數(shù)據(jù)； 步驟6 :數(shù)據(jù)管理節(jié)點將所處的觀測點的零序電流發(fā)送給匯聚節(jié)點，并觸發(fā)相鄰觀測點的數(shù)據(jù)管理節(jié)點，使相鄰觀測點的數(shù)據(jù)管理節(jié)點將相鄰觀測點的零序電流發(fā)送至匯聚節(jié)占. 步驟7:匯聚節(jié)點比較兩個相鄰觀測點的零序電流相位，如果兩個相鄰的觀測點的零序電流相位差為180°，則判定單相接地故障發(fā)生在這兩個相鄰觀測點之間。
2.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的配電網(wǎng)單相接地故障定位系統(tǒng)，其特征是所述系統(tǒng)包括接入到每個觀測點的2個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點和I個數(shù)據(jù)管理節(jié)點，設置在每個配電網(wǎng)支路上的I個匯聚節(jié)點，每個觀測點的2個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點通過無線通信方式與接入該觀測點的數(shù)據(jù)管理節(jié)點相連，每個數(shù)據(jù)管理節(jié)點通過無線通信方式與該配電網(wǎng)支路上的匯聚節(jié)點相連； 接入到每個觀測點的2個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點分別用于測量該觀測點的兩相線路的電流數(shù)據(jù)，并將測得的數(shù)據(jù)發(fā)送至接入同一個觀測點的數(shù)據(jù)管理節(jié)點； 接入到每個觀測點的數(shù)據(jù)管理節(jié)點用于測量該觀測點另外一相線路的電流數(shù)據(jù)，并接收接入同一個觀測點的2個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點發(fā)送的兩相線路的電流數(shù)據(jù)；還用于將該觀測點的三相線路的電流數(shù)據(jù)相加，得到觀測點的零序電流，并在該觀測點的零序電流超過設定閾值時，將該觀測點的零序電流發(fā)送至匯聚節(jié)點； 匯聚節(jié)點用于接收相鄰觀測點的零序電流，并比較兩個相鄰觀測點的零序電流相位，如果兩個相鄰的觀測點的零序電流相位差為180°，則判定單相接地故障發(fā)生在這兩個相鄰觀測點之間。
3.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征是所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點包括電流互感器、信號調(diào)理單元、處理器、功率放大器、能量供給模塊和無線通信模塊；電流互感器、信號調(diào)理單元、處理器、功率放大器和無線通信模塊順次相連；能量供給模塊與處理器相連； 所述電流互感器接入觀測點的一相線路，用于采集該相線路上的瞬時電流數(shù)據(jù)； 所述信號調(diào)理單元用于對采集的瞬時電流數(shù)據(jù)進行信號調(diào)理； 所述處理器用于對調(diào)理后的電流數(shù)據(jù)進行A/D采樣，并進行存儲；所述功率放大器用于對A/D采樣的電路數(shù)據(jù)進行放大處理；所述無線通信模 塊用于將放大處理后的電流數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)管理節(jié)點；所述能量供給模塊用于為處理器提供工作能量。
全文摘要
本發(fā)明公開了配電網(wǎng)單相接地故障診斷技術領域中的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的電網(wǎng)單相接地故障定位方法，該方法適用于3～60kv中性點非有效接地配電網(wǎng)。包括通過布置在配電線路上的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點采集相電流數(shù)據(jù)，并發(fā)送給數(shù)據(jù)管理節(jié)點，數(shù)據(jù)管理節(jié)點對三相瞬時電流相加，得到零序電流；根據(jù)在線定位故障判據(jù)，即發(fā)生故障點前后零序電流相位相差180°，來確定故障區(qū)域。本發(fā)明還提供了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的電網(wǎng)單相接地故障定位系統(tǒng)。本發(fā)明保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，提升了故障定位的準確度，解決了現(xiàn)有技術中存在的問題。
文檔編號G01R31/08GK102928739SQ20121043308
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權日2012年11月2日
發(fā)明者賈惠彬, 張彩霞, 劉濤, 項洪印, 戚宇林, 楊宏宇 申請人:華北電力大學(保定)