本书聚焦智能巡检与树线接地故障识别的深度融合核心命题，紧密贴合电力配网运维工程实际需求，构建“理论基础-技术研发-设备研制-应用实践-发展展望”的完整逻辑体系。
全书系统阐述智能巡检技术在树线接地故障识别中的应用原理、多源传感融合、智能算法建模、高精度设备研制等关键内容，深入解析林区、山区配网特殊工况下的故障防控技术路径。
本书兼顾理论性与实用性，既梳理配网中性点接地方式、故障形成机理等基础理论，又详解一二次融合开关、数字式互感器等设备研发及现场应用案例；同时兼具前瞻性，探讨微型化传感、人工智能融合等发展趋势，为电力工程、配电运维、智能巡检相关专业的科研人员、工程技术人员及高校师生提供全面、系统的参考，助力配网安全运行与林火防控能力提升。

第1章 电力配网树线接地故障与智能巡检概述 ………………………………… 1
1.1 电力配网架空线路运行现状 ………………………………………………… 1
1.1.1 中低压配网架空线路的分布特征 ……………………………………… 1
1.1.2 配网架空线路的主要故障类型 ………………………………………… 2
1.1.3 树线接地故障的危害 …………………………………………………… 3
1.2 树线接地故障形成机理与发展规律 ………………………………………… 4
1.2.1 树线放电的物理过程 …………………………………………………… 4
1.2.2 树线接地故障的影响因素 ……………………………………………… 6
1.2.3 树线接地故障的发展阶段 ……………………………………………… 8
1.3 电力智能巡检技术体系 ……………………………………………………… 9
1.3.1 电力智能巡检的定义与发展历程 ……………………………………… 9
1.3.2 电力智能巡检的核心技术范畴 ……………………………………… 10
1.3.3 智能巡检技术在配网故障识别中的应用价值 ……………………… 12
1.4 智能巡检与树线接地故障识别融合的必要性 …………………………… 13
1.4.1 传统树线接地故障识别技术的局限性 ……………………………… 13
1.4.2 传统电力巡检的痛点 ………………………………………………… 14
1.4.3 二者融合的技术优势与应用前景 …………………………………… 14
本章小结 …………………………………………………………………………… 15
第2章 树线接地故障识别基础理论与技术 ……………………………………… 17
2.1 配网中性点接地方式及故障特征 ………………………………………… 17
2.1.1 常见中性点接地方式 ………………………………………………… 17
2.1.2 不同接地方式下树线接地故障的电气特征 ………………………… 18
2.1.3 小电流接地系统树线接地故障的特殊性 …………………………… 20
2.2 树线接地故障的电气信号检测基础 ……………………………………… 21
2.2.1 电流信号、电压信号采集原理 ………………………………………… 21
2.2.2 暂态信号与稳态信号的特征差异及故障前后信号的变化规律 …… 22
2.2.3 高阻接地故障的信号检测难点 ……………………………………… 23
2.3 传统树线接地故障识别方法 ……………………………………………… 24
2.3.1 零序电流法 …………………………………………………………… 2
2.3.2 零序功率方向法 ……………………………………………………… 25
2.3.3 故障指示器法 ………………………………………………………… 26
2.4 树线接地故障识别的评价指标 …………………………………………… 27
2.4.1 技术指标 ……………………………………………………………… 27
2.4.2 应用指标 ……………………………………………………………… 28
本章小结 …………………………………………………………………………… 30
第3章 电力智能巡检核心技术与设备 …………………………………………… 31
3.1 传感感知技术 ……………………………………………………………… 31
3.1.1 电气量传感技术 ……………………………………………………… 31
3.1.2 环境量传感技术 ……………………………………………………… 34
3.1.3 图像/视频传感技术 …………………………………………………… 35
3.1.4 传感感知技术的发展趋势 …………………………………………… 36
3.2 物联网与通信技术 ………………………………………………………… 37
3.2.1 短距离通信技术 ……………………………………………………… 38
3.2.2 远距离通信技术 ……………………………………………………… 39
3.2.3 配电物联网架构 ……………………………………………………… 40
3.2.4 通信技术在故障识别中的要求 ……………………………………… 41
3.3 人工智能与大数据技术 …………………………………………………… 42
3.3.1 机器学习算法 ………………………………………………………… 43
3.3.2 深度学习算法 ………………………………………………………… 44
3.3.3 大数据分析技术 ……………………………………………………… 45
3.3.4 人工智能在智能巡检中的应用流程 ………………………………… 48
3.4 电力智能巡检典型设备 …………………………………………………… 49
3.4.1 在线监测设备 ………………………………………………………… 49
3.4.2 移动巡检设备 ………………………………………………………… 50
3.4.3 后台管理平台 ………………………………………………………… 52
本章小结 …………………………………………………………………………… 53
第4章 一二次融合技术在智能巡检与故障识别中的应用 ……………………… 54
4.1 一二次融合技术的基本概念与背景 ……………………………………… 54
4.1.1 一二次融合技术的基本概念 ………………………………………… 54
4.1.2 一二次融合技术的背景 ……………………………………………… 55
4.2 一二次融合开关的结构与工作原理 ……………………………………… 57
4.2.1 一次设备部分 ………………………………………………………… 57
4.2.2 二次设备部分 ………………………………………………………… 58
4.2.3 一二次融合开关的信号采集与传输流程 …………………………… 60
4.3 一二次融合开关对智能巡检的赋能 ……………………………………… 61
4.3.1 实现配网线路的实时在线巡检 ……………………………………… 61
4.3.2 提升巡检数据的精度与可靠性 ……………………………………… 62
4.3.3 实现巡检与故障识别的一体化 ……………………………………… 63
4.4 一二次融合开关在树线接地故障识别中的核心作用 …………………… 64
4.4.1 高精度故障信号采集 ………………………………………………… 64
4.4.2 就地数字化处理技术 ………………………………………………… 65
4.4.3 与配网自动化系统的联动 …………………………………………… 66
4.5 一二次融合技术的应用现状与发展趋势 ………………………………… 68
4.5.1 应用现状 ……………………………………………………………… 68
4.5.2 发展趋势 ……………………………………………………………… 69
本章小结 …………………………………………………………………………… 70
第5章 高精度数字式互感器技术与故障信号采集 ……………………………… 71
5.1 互感器技术的发展历程 …………………………………………………… 71
5.1.1 传统电磁式互感器 …………………………………………………… 71
5.1.2 电子式互感器 ………………………………………………………… 72
5.1.3 数字式互感器 ………………………………………………………… 74
5.2 组合式电压电流传感器的设计与实现 …………………………………… 75
5.2.1 核心测量原理 ………………………………………………………… 75
5.2.2 结构设计 ……………………………………………………………… 77
5.2.3 数字化合并单元的功能 ……………………………………………… 78
5.3 数字式互感器的关键技术指标与性能测试 ……………………………… 80
5.3.1 关键技术指标 ………………………………………………………… 80
5.3.2 型式试验 ……………………………………………………………… 81
5.3.3 现场测试 ……………………………………………………………… 82
5.4 数字式互感器在智能巡检中的应用 ……………………………………… 83
5.4.1 实现配网线路电气量的连续巡检 …………………………………… 83
5.4.2 为故障识别提供高精度数据支撑 …………………………………… 84
5.4.3 与巡检终端的集成 …………………………………………………… 85
5.5 数字式互感器的发展趋势 ………………………………………………… 86
5.5.1 微型化 ………………………………………………………………… 86
5.5.2 高集成 ………………………………………………………………… 86
5.5.3 高可靠 ………………………………………………………………… 87
5.5.4 低功耗 ………………………………………………………………… 87
本章小结 …………………………………………………………………………… 88
第6章 树线接地故障特征提取与智能识别算法 ………………………………… 89
6.1 树线接地故障数据采集与预处理 ………………………………………… 89
6.1.1 数据来源 ……………………………………………………………… 89
6.1.2 数据类型 ……………………………………………………………… 90
6.1.3 数据预处理方法 ……………………………………………………… 91
6.1.4 不平衡数据处理 ……………………………………………………… 92
6.2 树线接地故障特征提取技术 ……………………………………………… 93
6.2.1 相模变换 ……………………………………………………………… 93
6.2.2 小波变换 ……………………………………………………………… 94
6.2.3 时频域特征提取 ……………………………………………………… 95
6.2.4 多源特征融合 ………………………………………………………… 96
6.3 基于暂态零序导纳的故障识别算法 ……………………………………… 97
6.3.1 算法原理 ……………………………………………………………… 97
6.3.2 算法优势 ……………………………………………………………… 97
6.3.3 算法实现 ……………………………………………………………… 98
6.4 基于人工智能的故障识别模型构建 ……………………………………… 99
6.4.1 LSTM模型 …………………………………………………………… 99
6.4.2 模型验证 ……………………………………………………………… 100
6.4.3 多算法融合模型 ……………………………………………………… 101
6.5 故障识别算法的仿真与试验验证 ………………………………………… 102
6.5.1 仿真平台搭建 ………………………………………………………… 102
6.5.2 真型试验验证 ………………………………………………………… 103
6.5.3 算法性能评价 ………………………………………………………… 104
本章小结 ………………………………………………………………………… 106
第7章 多源信号融合的智能巡检与故障预警系统 …………………………… 107
7.1 多源信号融合的基本理论 ………………………………………………… 107
7.1.1 多源信号融合的定义与分类 ………………………………………… 107
7.1.2 常用的融合算法 ……………………………………………………… 108
7.1.3 多源信号融合的必要性 ……………………………………………… 110
7.2 智能巡检多源感知系统的构建 …………………………………………… 111
7.2.1 电气量感知单元 ……………………………………………………… 111
7.2.2 环境量感知单元 ……………………………………………………… 112
7.2.3 图像感知单元 ………………………………………………………… 113
7.2.4 多源感知单元的集成与组网 ………………………………………… 113
7.3 多源信号融合的故障预警模型 …………………………………………… 114
7.3.1 信号预处理 …………………………………………………………… 114
7.3.2 特征层融合 …………………………………………………………… 115
7.3.3 决策层融合 …………………………………………………………… 116
7.3.4 阈值自适应调整 ……………………………………………………… 117
7.4 智能巡检与故障预警系统的功能设计 …………………………………… 118
7.4.1 实时监测功能 ………………………………………………………… 118
7.4.2 故障预警功能 ………………………………………………………… 118
7.4.3 故障定位功能 ………………………………………………………… 119
7.4.4 历史数据查询功能 …………………………………………………… 120
7.5 系统的抗干扰设计 ………………………………………………………… 120
7.5.1 硬件抗干扰设计 ……………………………………………………… 120
7.5.2 软件抗干扰设计 ……………………………………………………… 121
7.5.3 通信抗干扰设计 ……………………………………………………… 122
本章小结 ………………………………………………………………………… 122
第8章 树线接地故障识别装置研发与应用 …………………………………… 124
8.1 装置研发的总体要求与设计原则 ………………………………………… 124
8.1.1 总体要求 ……………………………………………………………… 124
8.1.2 设计原则 ……………………………………………………………… 126
8.2 基于一二次融合开关的树线接地故障识别装置整体架构 ……………… 127
8.2.1 硬件部分 ……………………………………………………………… 127
8.2.2 软件部分 ……………………………………………………………… 128
8.2.3 硬件与软件的协同工作流程 ………………………………………… 129
8.3 装置核心硬件的选型与开发 ……………………………………………… 130
8.3.1 组合式电压电流传感器 ……………………………………………… 130
8.3.2 数字化合并单元 ……………………………………………………… 131
8.3.3 馈线终端单元(FTU)………………………………………………… 132
8.3.4 环境感知模块 ………………………………………………………… 133
8.4 装置核心软件的开发与实现 ……………………………………………… 134
8.4.1 装置核心软件的开发环境 …………………………………………… 134
8.4.2 数据采集模块的开发 ………………………………………………… 135
8.4.3 故障识别模块的开发 ………………………………………………… 136
8.4.4 预警与控制模块的开发 ……………………………………………… 138
8.5 装置的型式试验与性能验证 ……………………………………………… 139
8.5.1 第三方真型试验 ……………………………………………………… 139
8.5.2 主要性能指标验证 …………………………………………………… 140
8.5.3 环境适应性试验 ……………………………………………………… 141
8.6 装置的样机制作与调试 …………………………………………………… 142
8.6.1 样机制作流程 ………………………………………………………… 142
8.6.2 现场调试 ……………………………………………………………… 143
8.6.3 问题改进和性能优化 ………………………………………………… 143
本章小结 ………………………………………………………………………… 144
第9章 智能巡检与树线接地故障识别的工程应用实践 ……………………… 146
9.1 工程应用场景与需求分析 ………………………………………………… 146
9.1.1 应用场景 ……………………………………………………………… 146
9.1.2 工程需求 ……………………………………………………………… 147
9.1.3 应用难点 ……………………………………………………………… 148
9.2 工程应用方案设计 ………………………………………………………… 148
9.3 地区示范工程应用 ………………………………………………………… 150
9.3.1 示范工程概况 ………………………………………………………… 150
9.3.2 装置安装与调试 ……………………………………………………… 151
9.3.3 运行监测与数据采集 ………………………………………………… 151
9.3.4 应用效果分析 ………………………………………………………… 152
9.4 工程应用中的问题与解决措施 …………………………………………… 153
9.4.1 现场应用中的常见问题 ……………………………………………… 153
9.4.2 现场运行问题配套整改方案 ………………………………………… 154
9.4.3 装置与系统的优化升级 ……………………………………………… 154
9.5 工程应用的经济效益与社会效益 ………………………………………… 155
9.5.1 经济效益 ……………………………………………………………… 155
9.5.2 社会效益 ……………………………………………………………… 156
本章小结 ………………………………………………………………………… 156
第10章 智能巡检与树线接地故障识别技术的发展趋势与展望 ……………… 158
10.1 技术发展趋势 …………………………………………………………… 158
10.1.1 传感感知技术 ……………………………………………………… 158
10.1.2 人工智能技术 ……………………………………………………… 159
10.1.3 物联网技术 ………………………………………………………… 161
10.1.4 一二次融合技术 …………………………………………………… 162
10.2 应用发展趋势 …………………………………………………………… 163
10.2.1 智能巡检的全面普及 ……………………………………………… 163
10.2.2 故障识别的主动式防控 …………………………………………… 164
10.2.3 多系统融合应用 …………………………………………………… 165
10.2.4 国产化与标准化 …………………………………………………… 166
10.3 新型电力系统的应用展望 ……………………………………………… 167
10.3.1 新能源设备的接入对配网故障识别的影响 ……………………… 167
10.3.2 新型电力系统对智能巡检与树线接地故障识别技术的新要求 … 168
10.3.3 技术融合助力新型电力系统建设 ………………………………… 169
10.4 现存挑战与解决思路 …………………………………………………… 170
10.4.1 技术挑战 …………………………………………………………… 170
10.4.2 应用挑战 …………………………………………………………… 171
10.4.3 解决思路 …………………………………………………………… 172
本章小结 ………………………………………………………………………… 173