基于Zigbee和零序电流增量法的配网单相接地故障定位方法.pdf

第４０卷第９期２０１２年５月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶｂ１．４０Ｎｏ．９Ｍａｙ１，２０１２基于Ｚｉｇｂｅｅ和零序电流增量法的配网单相接地故障定位方法周淙，马小敏，陈伟根，李剑，杨柱石，伍科（重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆４０００３０）摘要：针对目前配电网单相接地故障定位结果不够准确的问题，提出了基于Ｚｉｇｂｅｅ无线技术和零序电流增量法的配电网单相接地故障定位方法。分析了Ｚｉｇｂｅｅ无线传感器网络技术以及利用其采集线路零序电流的优势，设计了基于无线传感器网络的单相接地故障定位系统结构，采用了精确时钟协议（ＰＴＰ）的时间同步算法解决了时间同步性问题，完成了用于构建无线ｚｉｇｂｅｅ网络的协调器节点和传感器节点的软硬件设计。在实验室环境下，对电流传感器的幅频特性和无线传感器网络实测的线路零序电流进行了实验分析，结果表明，提出的采集分布式线路零序电流的方法以及利用其进行配网故障定位的方案具有较好的可行性和优越性。关键词：无线传感器网络；配电网；单相接地；零序电流；故障定位；ｚｉｇｂｅｅＡｓｏｌｕｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＺｉｇｂｅｅａｎｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｚｅｒｏｓｅｑｕｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔｆｏｒｏｎｌｉｎｅｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅｆａｕｌｔｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ——ＺＨＯＵＱｕａｎ，ＭＡＸｉａｏｍｉｎ，ＣＨＥＮｗｉ－ｇｅｎ，ＬＩＪｉａｎ，ＹＡＮＧＺｈｕｓｈｉ，ｗＵＫｅｆＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ＆ＳｙｓｔｅｍＳｅｃｕｒｉｔｙａｎｄＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ａｎｅｗｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＺｉｇｂｅｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｚｅｒｏｓｅｑｕｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＴｈｅＺｉｇｂｅｅｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｕｓｉｎｇＺｉｇｂｅｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇ—ｙｉｎｔｈｅｚｅｒｏｓｅｑｕｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｔｈｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｍｐｒｏｂｌｅｍｉｓｓｏｌｖｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆＰＴＰｔｉｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍ．Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒｎｏｄｅａｎｄｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｗｈｉｃｈａｒｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｗｉｒｅｌｅｓｓｎｅｔｗｏｒｋｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｉｎｌａｂｏｒａｔｏｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒａｎｄ—ｚｅｒｏｓｅｑｕｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔｅｒｒｏｒｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓｙｓｔｅｍａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｚｅｒｏ－－ｓｅｑｕｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｓｉｎｇｌｅ－－ｐｈａｓｅｆａｕｌｔｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆｕｓｉｎｇｚｅｒｏ－－ｓｅｑｕｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔｈａｖｅｇｏｏｄｃｒｅｄｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＢａｓｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎａ（９７３Ｐｒｏｇｒａｍ）（Ｎｏ．２００９ＣＢ７２４５０７）ａｎｄＦｕｎｄｓｆｏｒＩｎｎｏｖａｔｉｖｅＲｅｓｅａｒｃｈＧｒｏｕｐｓｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．５１０２１００５）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ；ｓｉｎｇｌｅｐｈａｓｅｅａｒｔｈｉｎｇ；ｚｅｒｏｓｅｑｕｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔ；ｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎ；Ｚｉｇｂｅｅ中图分类号：ＴＭ７７文献标识码：Ａ—文章编号：１６７４３４１５（２０１２）０９－００６２－０７０引言我国中压配电网一般采用中性点经消弧线圈接地（谐振接地）的运行方式。当系统发生单相接地故障时，故障电流较小，供电仍能保持线电压的对称性，不影响对负荷连续供电，规程规定可继续运基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）（２００９ＣＢ７２４５０７）；国家创新研究群体基金（５１０２１００５）行０．５～２ｈ，但长时间的接地运行极易形成两相短路，弧光接地还会引起全系统过电压，因此需要快…速准确地选出故障馈线和确定故障点位置。但中压配电网具有网络结构复杂，负荷分布较散的特点，特别是消弧线圈的补偿作用使接地电流变得更小，给故障检测及定位工作增加了难度，导致停电时间的延长和电力设备的损坏。因此，一种快速有效的故障定位方法就显得尤为重要。配电网单相接地故障定位方法已有研究，利用周淙，等基于Ｚｉｇｂｅｅ和零序电流增量法的配网单相接地故障定位方法－６３一基波群体比幅比相法进行故障定位【２Ｊ；利用五次谐波法进行故障定位ｒｊｊ，但是这两种方法受线路长短的影响较大，当线路较短时，零序电流相位误差将会很大，导致定位结果误差较大。利用零序暂态电流的首半波法和小波法进行故障定位【４Ｊ，但由于中压配电网接地现象复杂，其暂态过程持续时间长短差异比较大，在很多情况下当接地保护装置启动后，系统接地的暂态过程就己经基本结束，并进入接地的稳定状态Ｌ１Ｊ，因此，导致接地暂态信号的采集特别困难，难以实现。文献【１１提出基于零序电流突变量的配电网单相接地故障定位判据，此方法克服了线路长短及暂态电流的影响，但仅从线路处采集信号，没有建立信号采集传输处理的完整框架。无线传感器网络监测技术是近年来研究的热点，无线传感器网络集成了信息采集、数据处理和无线通信等功能，能够迅速、可靠地采集较弱的故障信号Ｊ，因此，在中压配电网中得到了越来越多的应用。传统的采集线路零序电流的途径主要是通过变电站零序电流互感器实现，利用无线传感器网络可以实现分布式线路的零序电流采集。本文提出了一种基于Ｚｉｇｂｅｅ技术和零序电流增量法的配电网单相接地故障定位方法，利用此方法可以实现谐振接地配电网的在线故障精确定位。１基于Ｚｉｇｂｅｅ和零序电流增量法的定位系统构架１．１Ｚｉｇｂｅｅ无线传感器网络技术无线传感器网络ｌｏＪ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔ．ｗｏｒｋ，ＷＳＮ）是由大量传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，它具有可快速部署、无人值守、功耗低、成本低等优点。ｚｉｇｂｅｅ【７Ｊ是一种新兴的中短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线传感器网络通信技术，支持地理定位功能。主要用于近距离无线连接，通过它的接力式信息传递方式可以实现远距离数据传送。Ｚｉｇｂｅｅ是一个最多可到６５５３６个无线数传模块组成的无线数传网络平台［８］，每个模块之间可以相互通信；每个网络节点问的距离可以从标准的７５１ＴＩ，到扩展后的几百米，甚至几公里；同时整个Ｚｉｇｂｅｅ网络还可以与现有的电力通信网络相连接。与传统零序电流采集方法相比，基于Ｚｉｇｂｅｅ无线传感器网络的分布式线路零序电流采集方案的优势如下：１）无线传感器网络采用无线通信模块，不需要复杂的布线，且能从不同的空间视角获取线路电流信息，因此具有更强的优越性。２）克服了只能通过线路两端变电站内的ＣＴ采集零序电流的缺点，可以实时监测线路零序电流的变化。１．２零序电流增量法定位原理自动调谐消弧线圈已经逐步取代手动调节的消弧线圈，其自动跟踪补偿系统电容，正常情况下消弧线圈处于过补偿１５％的状态，发生接地后自动调谐到全补偿状态，减小接地电流【９Ｊ。电流增量法利用调谐前后的零序电流变化进行选线，首先将调谐前后的零序电流折算到一个电压，然后比较各条线路的零序电流变化量，变化量最大的就是故障线路。Ⅳ假设从变电站出线端引出的第条线路Ｅ点发生单相接地故障，消弧线圈参数改变前后，消弧线圈的电抗值分别为Ｚ和置，零序电压分别为和，各分支线路在消弧线圈电抗值改变前后的零序电流分别为，，和，，各条线路的对地电容值…分别为Ｃｒｌ，Ｇ，，Ｃ，Ｃ。基于Ｚｉｇｂｅｅ无线传感器网络的配电网单相接地故障点前后零序电流特征分析如图１所示。通过安装在配电网传输线上的无线传感器节点，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中所示，灰色方格表示无线传感器节点。设电流方向为从母线流向线路。图１故障点前后零序电流特征分析示意图Ｆｉｇ．１Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｚｅｒｏｓｅｑｕｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔｂｅｆｏｒｅａｎｄ－－ａｆｔｅｒｆａｕｌｔｐｏｉｎｔ通过零序电流增量法的原理ｆ１可知，节点Ａ的注入电流Ｉ与消弧线圈的变化保持一致，在消弧线圈参数改变前，节点Ｂ和节点Ｃ的零序电流分别为—ＩＢ＝ＩＪｃｏＣ１０（１）●●Ｉｃ＝ｊｃｏＣ２ｏ（２）在消弧线圈参数改变后，节点Ｂ和节点Ｃ的零序电流分别为●●●Ｂ＝，一ｊｃｏＣ，Ｕ０（３），ｃ＝ｊｏ２（２２，０（４）由于消弧线圈参数的改变引起故障电流的变．．６４．．电力系统保护与控制化，导致零序电压发生变化，会使各条线路的零序电流都发生变化，从式（２）和式（４）可得—ＩＣ｜Ｕｏ＝Ｉ，ｃ｜Ｕｏ即Ｉｃ＝ＩｃＵｏ／（６）若将消弧线圈参数改变前后的零序电流折算到同一个电压下，则可抵消零序电压变化带来的影响，由此可得节点Ｂ和节点Ｃ的零序电流变化量：●●●●●△—ＩＢ＝ＩＢＩＢＵｏ／Ｕ０＝．．（７）一Ｕｏ／（ｊ￣ＬＩ）＋Ｕｏ／（ｊｏ）Ｌ２）△—Ｉｃ＝ＩｃＩ＇ｃＵｏ／Ｕ０＝０（８１由式（７）和式（８）可知，当改变消弧线圈参数后，将由此而引起的零序电流变化折算到同一电压下时，故障点之前的线路中的零序电流将会变化，故障点之后的线路中的零序电流将不会变化。１．３单相接地故障定位系统结构基于Ｚｉｇｂｅｅ无线技术和零序电流增量法的配网单相接地故障定位系统的结构图如图２所示。整个系统由变电站监控中心、ＧＰＲＳ／３Ｇ网，Ｚｉｇｂｅｅ无线传感器网络三部分组成圳，图中虚线表示无线Ｚｉｇｂｅｅ组网路径。图２系统结构示意图Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ将Ｚｉｇｂｅｅ无线传感器网络中的电流传感器节点沿线路安装于杆塔上，电流传感器的采样频率设为１ｋＨｚ，即为１ｍｓ采样一次，一个周期采样２０个点，通过２０个点的电流值将其还原成电流波形。将采集到的三相电流波形经过信号调理电路的处理后进行叠加，得到零序电流波形，再求出其零序电流的有效值。考虑实际运行的三相线路并不完全对称，线路中也存在较小的零序电流，但当系统出现接地故障时，此时的零序电流与未出现接地故障时的相比较，变化很大。因此，当协调器节点接收到经过Ｚｉｇｂｅｅ网络传送的零序电流有效值后，对其进行判定，当零序电流超过设定阈值，协调器节点将零序电流量打包后通过ＧＰＲＳ／３Ｇ网络发送至监控中心，若没有超过设定的阈值，则不发送。监控中心通过比较采集的零序电流，可将单相接地故障点定位于两个杆塔之间。配网１０ｋＶ架空线档距范围为４０￣２００ｍ。电流传感器节点采用从高压线路上感应取能【Ｊｌｌ和锂电池相结合的供电方式，最大限度地保证了系统供电的稳定性。每个Ｚｉｇｂｅｅ网络由一个分布在杆塔上的协调器节点和多个电流传感器节点组成。协调器的作用相当于一个网关，可以作为短距离无线通信与长距离通信的中间桥梁，以扩展Ｚｉｇｂｅｅ网络的通信范围。本系统采用网状网络，具有较高的传输可靠性和强大的自修复能力。当某路由节点发生故障或被移除时，原先通过它与协调器通信的子节点将自动搜索新的路由并更新路由表，通过另一条路由路径与协调器进行通信，能够保证网络的正常工作。２系统硬件节点设计本系统采用兼容ＩＥＥＥ８０２．１５．４的无线射频芯片ＣＣ２５３０Ｆ２５６，它工作在２．４ＧＨｚ全球免授权免费频段上，具有２５０ｋｂｐｓ无线通信带宽，两节点之间进行可靠传输的直接通信距离为４５０ｍ。同时还在端节点与网关之间加了很多路由节点进行中继，大大拓展了端节点与网关的通信距离。系统结构中协调器节点起着连接传感器子节点和监控中心的作用，位于线路杆塔上的协调器节点与线路两侧的传感器子节点和路由器节点构成Ｚｉｇｂｅｅ网状网络，这样每条线路均可加入多个网状网络，网络的可靠性得到有效保证，通信距离因此也可满足要求Ｌｌ。协调器节点将接收到的电流数据进行打包，然后通过ＧＰＲＳ模块发送到监控中心进行分析处理Ｌ１，此组网方法避免了每个传感器节点均安装ＧＰＲＳ模块。图３为协调器硬件结构图。电源模块采用从高压线路上感应取能ｌ１【１和锂电池相结合的供电方式。………一．Ｊ图３协调器硬件结构图Ｆｉｇ．３Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒｈａｒｄｗａｒｅ协调器节点采用模块化设计思想，其整个节点包括四部分：控制电路、无线Ｚｉｇｂｅｅ模块、ＧＰＲＳ模块、系统电源监测电路Ｈ］。其具备２５６ＫＢ内存的Ｆｌａｓｈ存储器，包括２个通用同步／异步串行接收周淙，等基于Ｚｉｇｂｅｅ和零序电流增量法的配网单相接地故障定位方法一６５．发送器，１２位ＡＤＣ和２１个通用输入／输出接口。具备高速低功耗８０５１ＭＣＵ、８ＫＢＲＡＭ以及丰富强大的外设资源。在接收机／发送模式下，电流消耗分别为２４ｍＡ和２９ｍＡ。睡眠模式与工作模式问的超短激活时间，使此射频芯片成为针对超长电池使用寿命应用的理想方案。同时，其还兼容ＴＩ公司的协议栈（ｚ．Ｓｔａｃｋ），发送功率为＋４ｄＢｍ时，在空旷环—境下可有效传输４００４５０ｍ，最大接收灵敏度为－１０１ｄＢｍ，且数据包传输率保持在９９％以上。监控中心与协调器的距离较远，采用基于ＴＣＰ／ＩＰ协议的ＧＰＲＳ通信网络。ＭＥ３０００模块内部已集成ＴＣＰ／ＩＰ协议，ＣＰＵ只需用ＧＰＲＳＡＴ指令与ＭＥ３０００交换信息，进而实现与主站的数据通信。３系统软件设计系统通过设置数据采集周期实现对监测对象的定时监测。主站软件主要实现将终端设备采集的电流数据进行滤波、积分以及Ｄ／Ａ转换等功能。协调器、路由器和传感器节点软件则是在ＩＡＲＥｍｂｅｄｄｅｄｗｏｒｋｂｅｎｃｈ开发环境下，在Ｚ．Ｓｔａｃｋｖ２．２．０［１５］协议栈基础上进行的Ｚｉｇｂｅｅ的应用开发。Ｚ．Ｓｔａｃｋ包含了网状网络拓扑的几乎全功能的协议栈，Ｚ．Ｓｔａｃｋ协议栈总体上由三部分构成：硬件抽象层、操作系统抽象层和Ｚｉｇｂｅｅ协议各层。由于协议栈各层的内容都以任务事件的形式被集成，因此从程序执行角度来讲，主要接触的是前面两个部分。Ｚ．Ｓｔａｃｋ为使用者提供了一个易用的操作系统平台，所有的应用都可以基于此系统之上以任务的形式完成。协议栈以库的形式体现，并提供全功能的ＡＰＩ函数集，底层驱动可根据实际需求进行修改，具有较好的灵活性、通用性和可移植性。经过初始化完成之后的传感器子节点，若其覆盖范围之内有一个同频带的协调器节点处于工作状态，则传感器子节点调用ａｐｌＪｏｉｎＮｅｔｗｏｒｋ函数申请加入Ｚｉｇｂｅｅ网络【Ｊ圳。过程如下：首先传感器子节点搜索附近网络中是否有协调器节点，若存在协调器节点，协调器节点则会应答传感器子节点，当传感器子节点收到协调器节点的三次应答后，就申请加入其所在的网络中，并向其发送自己的６４位物理地址，入网成功的传感器子节将会收到协调器节点发给子节点的１６位的短网络地址。图４、图５分别是协调器及传感器子节点的程序流程图。Ｚｉｇｂｅｅ无线网络是一种典型的分布式处理系统，而分布式系统协同工作的一个重要基础就是节构建Ｚｉｇｂｅｅ￣］络发送完毕Ⅱ一图４协调器节点程序流程图Ｆｉｇ．４Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒｎｏｄｅｐｒｏｇｒａｍ图５传感器子节点程序流程图Ｆｉｇ．５Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｐｒｏｇｒａｍ点之间的时间同步；并且，应用无线传感器网络进行故障定位时，需要采集的节点电流信息同步才能准确决定系统的运行状态Ｉ５Ｊ，所以同步性在无线传感器网络故障定位中尤为重要。如果没有时间同步机制的保障，则会导致数据在后期分析处理时误差过大或者结果完全错误。目前提出的同步机制方案有ＲＢＳ、ＴＰＳＮ和ＬＴＳ”算法ＩＪ，但由于应用于电力系统中的无线传感器节．６６．电力系统保护与控制点布置在配网线路上，因此从拓扑结构上来看，形成的无线传感器网络为一个带状分布，节点布置的地理区域跨度大。这个明显的分布特点决定了如果采用传统的同步机制很难满足要求，因此本系统采用了一种精确时钟协议ｌｌ８Ｊ（ＰＴＰ）的时间同步算法。与ＲＢＳ、ＴＰＳＮ和ＬＴＳ等其他算法相比，基于精确时钟协议（ＰＴＰ）的时间同步算法通过引入偏移估计和斜率补偿，使传感器协调器各节点能够共享同一时钟基准，同步精度得到较大提高，保证各节点之间的时间精度在ｌ０ｕｓ以内。同时，ＰＴＰ时间同步算法也较好地克服了多跳网络的同步开销和随跳数增加而增大的累计误差。因此其满足故障定位中时间同步的要求，且在同步过程中占用信道资源较小，同步开销较低。４实验及分析４．１实验平台的建立为了测试基于Ｚｉｇｂｅｅ无线技术和零序电流增量法的故障定位方法的性能，在实验室搭建了模拟单相接地故障的实验平台。实验电路图如图６所示，电源为三相电流源，单相输出电流为ｌ～１００Ａ，隔离变压器变比为１：１，负载为三角形连接，Ｒ为保护电阻，Ａ、Ｂ、Ｃ三相接上电流传感器ｓＡ，ｓＢ，ｓｃ电流传感器前端线路对地分布电容参数用集中参数ＣＡ１，ＣＢ，Ｃｃ１来模拟，电流传感器后端线路对地分布电容参数用集中参数ＣＡ２，ＣＢ２，Ｃｃ２来模拟。图６实验电路图Ｆｉｇ．６Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｍｏｄｅ［针对此实验电路，本文设计了作为无线传感器网络终端节点的电流传感器。传感器磁芯材料的选择在一定程度上决定了传感器的测量频带，因为本设计是要采集工频大电流，因而选择磁导率高的坡莫合金１Ｊ８５磁环作为所设计的电流传感器的磁芯。磁环的内外径分别为３０１ＴＵＴＩ、８０ｌｌ１１ＴＩ，高度为３０ｍｎ＇ｌ，漆包线直径为０．９ｍｒｎ，线圈匝数３０匝，终端匹配电阻１００Ｑ，此传感器可以很好的采集到１～１００Ａ的工频电流。通过坡莫合金电流传感器获得的电压与线路电流在幅值上比值为３．３３，相位上保持同步。图７所示为电流传感器的幅频特性曲线，从图中可以看出电流传感器可以很好的采集到频率为１０～３０００Ｈｚ的电流，满足传感器采集线路工频电流的要求。频率／Ｈｚ图７传感器幅频特性—Ｆｉｇ．７Ａｍｐ［ｉｔｕｄｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒ４．２实测结果与分析当Ａ相发生单相永久接地故障后，三相线路不平衡，出现零序分量，电流传感器获得的三相电流数据经过滤波去噪后绘成波形如图８所示。电流传感器输出的模拟电压信号接入信号调理电路，使其经过信号调理电路的放大、滤波、线性化补偿、隔离保护等措施后，输出为Ｏ～３－３ｖ的电压信号，再接入Ａ／Ｄ转换电路，将其转化成数字信号并打包，利用Ｚｉｇｂｅｅ无线技术传送到电脑终端。在实验室条件下通过改变故障点接地电阻的大小，调节线路零序电流，使其在１～２０Ａ之间变化，通过无线传感器网络实测的线路零序电流如表１所不。表１无线传感器网络实测的线路零序电流误差Ｔａｂｌｅ１Ｚｅｒｏ－ｓｅｑｕｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔｅｒｒｏｒｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓｙｓｔｅｍ∞如们加Ｏ周淙，等基于Ｚｉｇｂｅｅ和零序电流增量法的配网单相接地故障定位方法．６７．《罂脚世采样点数图８传感器采集三相电流Ｆｉｇ．８Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ５结论本文提出了一种基于Ｚｉｇｂｅｅ无线传感器网络技术和零序电流增量法的配电网单相接地故障定位方法。１）提出了一种三层分布式配网线路监测方案，设计了无线Ｚｉｇｂｅｅ网络的协调器节点和传感器节点的软硬件系统，利用分布在线路上的电流传感器节点采集线路电流并通过路由器节点传输到位于杆塔上的协调器节点，最后通过ＧＰＲＳ实现与远端监控中心的数据通信。２）提出了一种基于无线传感器网络的分布式线路零序电流采集方案，克服了只能通过线路两端变电站内的ＣＴ采集零序电流的缺点。通过电流传感器节点实测的三相电流进而得到零序电流，分析了无线传感器网络实测的线路零序电流误差，说明这种零序电流采集方案是可行的。３）提出了基于Ｚｉｇｂｅｅ无线技术和零序电流增量法的单相接地故障定位方法，当系统出现单相接地故障时，可将故障点准确地定位于两个杆塔之间，说明此方法具有较好的可行性。参考文献［１］倪广魁，鲍海，张利，等．基于零序电流突变量的配电网单相故障带电定位判据【Ｊ］．中国电机工程学报，２０１０，３０（３１１：１１８－１２２．—ＮＩＧｕａｎｇｋｕｉ，ＢＡＯＨａｉ，ＺＨＡＮＧＬｉ，ｅｔａ１．Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆａｕｌｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｚｅｒｏｓｅｑｕｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔ—ｆｏｒｏｎｌｉｎｅｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅｐｈａｓｅｆａｕｌｔｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２０１０，３０（３１、：１１８－１２２．［２］庞清乐，陈生银．基于人工免疫算法的小电流接地故障选线［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００９，３７（２４）：２７．３１．ＰＡＮＧＱｉｎｇ－ｌｅ，ＣＨＥＮＳｈｅｎｇ－ｙｉｎ．Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｍｍｕｎｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｆａｕｌｔｙｌｉｎｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙｇｒｏｕｎｄｉｎｇｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ—ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２００９，３７（２４）：２７３１．［３］陈火彬．１０ｋＶ配电线路单相接地故障的检测和预防［Ｊ］．电力设备，２００５，６（３１：６２．６４．—ＣＨＥＮＨｕｏ－ｂｉｎ．Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅｐｈａｓｅｇｒｏｕｎｄｉｎｇｆａｕｌｔｆｏｒ１０ｋＶｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌｉｎｅ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ—Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，２００５，６（３）：６２６４．［４］齐郑，杨以涵．中性点非有效接地系统单相接地选线技术分析【Ｊ］．电力系统自动化，２００４，２８（１４）：１－５．—ＱＩＺｈｅｎｇ，ＹＡＮＧＹｉｈａｎ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｆａｕｌｔ—ｌｉｎｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｆｏｒｓｉｎｇｌｅ－・ｐｈａｓｅ－ｔｏ・－ｅａｒｔｈｆａｕｌｔｓｉｎｎｅｕｔｒａｌ—ｐｏｉｎｔｎｏｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｇｒｏｕｎｄｅｄｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００４，２８（１４）：１－５．［５］苗世洪，谌小莉，刘沛．基于无线传感器网络的配电线路故障定位方案［Ｊ］．电力系统自动化，２００８，３２（２０）：６１．６６．——ＭＩＡＯＳｈｉｈｏｎｇ，ＣＨＥＮＸｉａｏｌｉ，ＬＩＵＰｅｉ．Ａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌｉｎｅｓｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００８，３２（２０）：６１－６６．［６］黄新波，罗兵，刘存孝．采用Ｚｉｇｂｅｅ芯片的无线加速度传感器网络节点的实现【Ｊ】＿高电压技术，２０１０，３６（８）：１９６２・１９６９．——ＨＵＡＮＧＸｉｎｂｏ，ＬＵＯＢｉｎｇ，ＬＩＵＣｕｎｘｉａｏ．ＤｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓａｃｃｅｌｅｒａｔｏｎｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｎｏｄｅｕｓｉｎｇＺｉｇｂｅｅｃｈｉｐ［Ｊ］．ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１０，３６（８）：１９６２．１９６９．［７］梁湖辉，张峰，常冲．基于ＺｉｇＢｅｅ的变电站监测报警系统［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（１２）：１２１．１２４．ＬＩＡＮＧＨｕ－ｈｕｉ，ＺＨＡＮＧＦｅｎｇ，ＣＨＡＮＧＣｈｏｎｇ．Ｚｉｇｂｅｅ－ｂａｓｅｄｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄａｌａｒｍｉｎｇｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，—３８（１２）：１２１１２４．［８］桂勋，冯浩．基于无线公网和ＺｉｇＢｅｅ无线传感器网络技术的输电线路综合监测系统［Ｊ］．电网技术，２００８，—３２（２０）：４０４３．ＧＵＩＸｕｎ，ＦＥＮＧＨａｏ．Ｏｎ－ｌｉｎｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｂａｓｅｄｏｎｗｉｒｅｌｅｓｓｐｕｂｌｉｃｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，—３２（２０）：４０４３．一６８．电力系统保护与控制［９］吴杰，王政．基于ＦＴＵ的小电流接地系统故障定位方—法再研究【Ｊ】．继电器，２００４，３２（２２）：２９３５．ＷＵＪｉｅ．ＷＡＮＧＺｈｅｎｇ．ＲｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｆｏｒａｐｐｒｏａｃｈｅｓｔｏｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＦＴＵｉｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｎｅｕｔｒａｌｕｎｅａｒｔｈｅｄ［Ｊ］．Ｒｅｌａｙ，２００４，３２（２２）：２９－３５．［１０］郭谋发，杨振中，杨耿杰．基于ＺｉｇＢｅｅＰｒｏ技术的配电线路无线网络化监控系统［Ｊ１．电力自动化设备，２０１０，３０（９）：１０５－１１０．——ＧＵＯＭｏｕｆａ，ＹＡＮＧＺｈｅｎｚｈｏｎｇ，ＹＡＮＧＧｅｎｇ－ｊｉｅ．ＷｉｒｅｌｅｓｓｎｅｔｗｏｒｋｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＺｉｇＢｅｅＰｒｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌｉｎｅｓ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ—ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，２０１０，３０（９）：１０５１１０．［１１］李先志，杜林，陈伟根，等．输电线路状态监测系统取能电源的设计新原理【Ｊ１．电力系统自动化，２００８，—３２（１）：７６８Ｏ．——ＬＩＸｉａｎｚｈｉ，ＤＵＬｉｎ，ＣＨＥＮＷｅｉｇｅｎ，ｅｔａ１．Ａｎｏｖｅｌｓｃｈｅｍｅｏｆｄｒａｗ－ｏｕｔｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｕｔｉｌｚｅｄｉｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓｔａｔｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００８，３２（１）：７６－８０．［１２］牛斗，王婷婷，姚艳艳，等．基于ＴｉｎｙＯＳ的无线电力抄表系统采集器的设计［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（６）：９６－１００．ＮＩＵＤｏｕ，ＷＡＮＧＴｉｎｇ－ｔｉｎｇ，ＹＡＯＹａｎ－ｙａｎ，ｅｔａ１．ＤｅｓｉｇｎｏｆｃｏｌｌｅｃｔｏｒｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＴｉｎｙＯＳ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄ—Ｃｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（６）：９６１００．［１３］ＹａｎｇＹｉ，ＤｉｖａｎＤｅｅｐａｋ，ＧＨａｒｌｅｙＲｏｎａｌｄ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｌｉｎｅｓｅｎｓｏｍｅｔｆｏｒｏｖｅｒｈｅａｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＤｅｌｉｖｅｒｙ，２００９，２６（３０）：１－８．［１４］何宾，吕育斌，冯涛，等．Ｚｉｇｂｅｅ技术和ＤＬ／Ｔ６４５规约在无线抄表系统中的应用【Ｊ］．电力系统保护与控制，２００９，３７（２４）：８１．８４．ＨＥＢｉｎ，ＬｔｉＹｕ－ｂｉｎ，ＦＥＮＧＴａｏ，ｅｔａ１．ＷｉｒｅｌｅｓｓｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＺｉｇｂｅｅａｎｄＤＬ／Ｔ６４５［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ—ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２００９，３７（２４）：８１８４．［１５］赖联有．ＺｉｇＢｅｅ协议分析及其实现［Ｊ】．齐齐哈尔大学学报，２０１０，２６（１）：４７．５０．—ＬＡＩＬｉａｎｙｏｕ．ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＺｉｇＢｅｅｐｒｏｔｏｃａｌｓｔａｃｋ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＱｉｑｉｈａｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１０，２６（１）：４７・５０．［１６］王亭岭，陈建明，熊军华．基于ＣＣ２４３０的ＺｉｇＢｅｅ无线传感器网络管理系统的设计与开发［Ｊ１．华北水利水电学院学报，２０１０，３１（１１：７３．７５．—ＷＡＮＧＴｉｎｇ－ｌｉｎｇ，ＣＨＥＮＪｉａｎ－ｍｉｎｇ，ＸＩＯＮＧＪｕｎｈｕａ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎｏｆＺｉｇＢｅｅｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＣＣ２４３０［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙａｎｄＨｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，２０１０，３１（１）：７３・７５．［１７］张坤，刘枫．ＺｉｇＢｅｅ无线传感器网络时钟同步研究［Ｊ】．西南大学学报：自然科学版，２００７，２９（１）：８１８４．ＺＨＡＮＧＫｕｎ，ＬＩＵＦｅｎｇ．ＳｔｕｄｙｏｆｔｉｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｏｆＺｉｇＢｅｅｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ，２００７，２９（１）：８１－８４．［１８］李本亮，王厚军，师奕兵．基于ＰＴＰ的无线分布式测试系统时钟同步研究［Ｊ】．电子科技大学学报，２０１０，３９（４）：５５６－５５９．—ＬＩＢｅｎｌｉａｎｇ，ＷＡＮＧＨｏｕ￣ｕｎ，ＳＨＩＹｉ－ｂｉｎｇ．ＣｌｏｃｋｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＰＴＰ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａ，２０１０，—３９（４）：５５６５５９．—收稿日期：２０１１－０６２９；—修回日期：２０１１－０８１２作者简介：周淙（１９７３－），男，教授，硕士研究生导师，研究方向为电气设备在线监测与故障诊断，电力地理信息系统，配—电Ｎ４Ｌ４ｔ￣；Ｅｍａｉｌ：ｚｈｏｕｑｕａｎ＠ｃｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ马小敏（１９８８－），男，硕士研究生，研究方向为电气设备在线监测与故障诊断。Ｅ－ｍａｉｌ：２００９１１０２１７９＠ｃｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ