国网山西省电力公司盂县供电公司 山西省阳泉市盂县 045100
摘要：智能电网是在传统电网的基础上增加各类智能化设备，使电网的运营管理实现自动化和智能化。由于电网中涉及到大量的状态参数，如何采集并汇集这些数据成为一大难点。采用物联网技术可以很好地解决这个问题，通过在电网线路中布设传感器和网络传输设备，即可实现电网设备的互连。通过对数据的分析，可以高效识别配电网故障位置。考虑到我国配电网中的故障绝大多数是瞬时单相接地，因此该文也是以此为重点展开研究的。
关键词：物联网；配电网；故障定位
1物联网技术在配电网故障定位的国内研究动态
作为一种极具重要战略意义的新型的产业技术，物联网与智能配电网的相互促进与融合已经受到了世界各国政府及科研团体的高度关注和重视，我国也不例外，已经把物联网和智能电网列为国家战略，并且全方位地部署了一系列重大的示范工程和科技项目。在作为智能电网重要组成部分的智能配电网的研究方面，专家基于对电力信息化现状与智能配电网的发展趋势差异比对和分析，构想了建设有中国特色的智能配电网的发展方向；而在物联网技术及其应用的研究方面，研究人员从探讨其国内与国外的研究与发展的现状入手，来设计中国物联网的体系架构，并针对物联网关键技术-RFID射频识别及典型应用M2M（MachinetoMachine）提出了各种设计方法。将物联网技术应用到智能配电网中是网络技术进步与发展的必然产物，同时智能电网应用物联网技术也是智能电网发展与进步的客观需求，基于物联网技术可以实现对电力系统信息的泛在与多维采集，有效地整合整个电力系统的设施和资源，进而达到对整个电力系统的智能监控，建设一个坚强并且智能的电力系统。很早开始，国家电网就已经开展物联网在智能电网领域的应用研究了。例如2001年一个无线传感网络(WSN)在配电网的应用就已经立项研究了。当前，在类似方面如智能用电、高压电力检测、无线抄表、智能家居、智能小区等的方面的项目大概有8～10项，这些研究与探索大大促进了智能电网的建设进程。但是现在的研究或者局限于物联网在智能电网的某一方面应用，或者停留于理论一层，未能有一个系统的物联网与智能电网融合的实现。而对于配电网的故障定位问题许多学者也做了大量研究，并提出很多定位理论和方法。小电流故障定位技术按利用的信号方式不同可以分为主动式定位方法和被动式定位方法两类。主动定位法是指故障发生后向系统注入一种特定的信号，根据一些定位原理算法来确定故障点；被动式定位法是利用故障前后线路自身产生的一些特征电压、电流信号来进行故障定位。小电流故障定位也可按是否需要线路断电进行定位，分为在线故障定位和离线故障定位两种方式。离线定位法即在故障线路完全停电的情况下进行的故障定位；在线定位，是在故障线路带电继续运行的情况下进行的故障定位。下面对国内目前研究的一些故障定位方法进行总结，主要有信号注入法、行波法、故障指示器法等。此外，国内还有一些学者提出利用神经网络法定位和粗糙集等定位方法作为故障定位的依据，但这些方法都停留在理论研究阶段，没有实现实用化。
2配电网故障特征分析
2.1 中性点不接地系统单相接地故障
所谓中性点不接地系统，是指变压器的中性点处于悬空状态，不接任何导线，因此与大地之间是不存在电气连接的，但是对地电容是有电流的。一般来说，可以认为电网三相对称，在正常工作的情况下，三相线路的零电流均没有零电流，即零电流是零。如果出现单相接地故障，电网三相的对称性就被破坏，不平衡的电流流经各线路形成零电流。在单相接地故障的状态下，非对称的三相电压会表现了一个零序电压，该电压相应诱导出零序电流，并且可以根据正常线路来计算零序电流的大小，即求和后取相反数。零序电流是随着距离的增加而不断衰减的，以故障点为圆心，距离越大，零序电流越小。因此，可以根据这些特点来定位故障点的位置。由于零序电流和电压的相位恰好是滞后或超前90°的关系，因此只要找到两个相位的分界点，就可以判断为故障点。
2.2 谐振接地系统小电流故障
在谐振接地系统小电流故障分析中，通常假设不存在弧光现象造成的干扰，因此可以将故障点流过的暂态故障电流分成两部分：一部分是来自对地电容，另一部分是来自消弧线圈电感。这两部分可以分别进行计算。在单相接地故障出现的情况下，非对称电压的会引发相应的故障电流，但这个暂态故障电流从产生到稳定需要一个过程。目前一些变压器的中性点并非不接地，但也不是直接接地，而是在中性点与地之间串联一个消弧线圈，这会引入一定的补偿效应而无法直接识别零序电流。但如果对消弧线圈的电抗值进行调控，即可在一定的范围内改变中性点电压，尽管正常线路的对地电容与调控前的电流不一致，但调控后的值在当量上是相等的。因此，如果检测到零序电流当量变化与补偿电流一致的测点时，即可判定出现了单相永久接地故障。
3 故障定位统设计分析
3.1 系统总体结构
基于物联网技术的配电网故障定位系统主要由两大部分构成，分别为监控中心和监控终端。其中，监控中心又包括各种服务器，可以完成通信、数据存储和处理分析等任务；监控终端由大量的传感器构成，由无线网络实现互连，并将采集到的数据发送给监控中心。传感器的布设应根据线路的区段划分来确定，可根据经验在故障率较高的区段加密布设。一旦线路某区段发生故障，采集到的信号会立即通过网络传输至监控中心，监控中心的应用服务器收到数据后根据判据进行分析，同时将故障点显示出来，实现故障点的定位。
3.2 时钟同步方案
时间差是故障定位的重要参数之一，但不同的设备之间的内部时钟总是会有误差的，因为每个设备都有着独立的晶体振荡单元，这些晶体振荡频率不可能完全一致，经过长期的积累后必然会造成明显的时钟误差。另外，设备的工作温度也对时钟精度有较大的影响。因此，为了实现配电网中的故障定位，必须对时钟进行同步校准。该文采用的方案是在通信报文中加入一个单独的字段用于标记时间戳，应用服务器在收到报文会根据设备之间的时间差对各设备进行定期校准。
3.3 数据同步采集方案
所谓数据的同步采集，显然要求做好两个方面的工作，即同步和传输。目前在物联网领域中常用的同步采集方案有GPS和WSN，但无论哪种方案都不是万能的，都有着不同的优缺点。为了提高同步采集的精度，该文根据配电网区段定位的特征，采取了多级同步的设计方案。在区段比较大的位置，由于传感器布设间隔较大，可采集高精度GPS作为同步信号源；对于区段较小的节点，由于传感器布设较密集，误差范围相对较小，因此采用WSN时间同步协议进行同步即可满足定位精度，降低能耗和硬件投资成本。
结束语
智能电网的应用是电网发展的必然趋势，而物联网技术的发展使智能电网的管理不再困难。但配电网故障定位的准确性是建立在高质量算法基础之上的，当前的定位算法虽然可以满足一些常规的故障分析需求，但对于大型配电网和更加精确的故障定位，这些算法仍需进行不断的改进。随着物联网技术的发展，配电网故障定位技术也将不断完善，成为配电网日常管理的重要辅助手段。
参考文献
[1]廖登伟.配网自动化故障定位的问题研究及应用[J].通讯世界,2019,26(8):253-254.
[2]时庆宾.基于PMS和GIS系统的10kV配电网故障快速定位方法研究[J].电子制作,2016(17):81-82.
[3]江博,王秋杰,梅李鹏,等.分布式发电系统广域保护和故障定位技术研究[J].通信电源技术,2016,33(2):25-29,33.