一城一北斗|北斗廣域同步技術在配網FXU 應用

申報單位：國網武夷山市供電公司

聯合申報單位：國網南平供電公司、蘇州銀蕨電力科技有限公司

主要完成人：蔣文武、姜波、佟曉暉、李春鵬、張冬榮、陳海強

一、案例簡介

中國配電網線路規模龐大、分支眾多、環境復雜。隨著新能源時代配電網結構的日益復雜，對準確定 位、快速隔離故障的要求越來越高，因此亟需解決配電網面臨的兩大“痛點”:一是單相接地故障電流特 征微弱，多數情況下小于10A,且在消弧線圈接地系統中只有小于10ms的暫態零序電流特征，導致單相接地故障的檢測定位不準，接地保護不敢投入跳閘；二是傳統饋線自動化參數整定復雜，保護級差配合難 或無法實現，在瞬時性故障時全線斷電，讓敏感負荷用戶損失大，在永久性故障時停電時間長、停電區域 大，故障自愈慢。

為切實解決這些問題，蘇州銀蕨電力科技有限公司開發了北斗廣域同步技術PMU型饋線終端FXU。 FXU繼承了基于北斗廣域同步傳感器產品中先進成熟的PMU廣域同步相量測量技術，檢測定位配網單相 接地故障時比傳統FTU更為準確、靈敏。通過沿線合理部署FXU,對故障區段判別具有“絕對選擇性”, 與開關設備配合可從故障點上下游就近跳閘快速自動隔離故障區段，實現故障停電區域最小化。

本方案破解了單相接地故障保護和故障饋線自動化(FA)操作這兩大現場難題，將非故障區段所受影 響降到最低或不受影響，對解決當前配網線路故障處置“痛點”有巨大的工程實用價值。

二、技術方案

在配網饋線自動化終端FTU內部集成北斗模塊和4G無線通信模塊，實現安裝在線路任何位置的裝置 都能精確同步到北斗衛星時間，所有采樣數據都帶有微秒精度的絕對時間標簽，可為廣域監測、保護和控 制提供基礎同步數據。中國電力系統中的電流、電壓均為頻率為50赫茲正弦相量，其三要素分別為幅值、 頻率和初始相角。PMU裝置采集電壓、電流信號，每個采樣數據都帶有us級的北斗時間戳，計算出幅值、 相位角、頻率及頻率變化，并按照規定的形式將正序相量、時間標記等裝配成報文傳送到遠端，為全系統 的監測、保護和控制提供基礎數據。

基于北斗廣域同步的相量測量技術在超高壓電網狀態估計、穩定控制、繼電保護以及故障定位等領域 已獲得廣泛應用。目前在220KV及以上變電站已廣泛使用，以PMU為基礎的廣域相量測量系統對提升電力系統動態安全穩定的監測與控制能力已得到廣泛認可，成為配電網監測與控制的有效手段。

三、創新亮點

基于北斗廣域同步橫向通信的保護控制PMU型饋線終端，利用廣覆蓋、低資費、小延時的4G無線通 信網絡，構建適應新型配電網的分布式智能保護控制體系。項目首創利用4G無線通信技術，基于縱聯差 動保護原理，實現對于包括單相接地和相間短路故障的具有絕對選擇性的精準隔離和秒級自愈。廣域同步 PMU型饋線自動化終端徹底解決了PMU測量技術在配電自動化終端應用的問題，使其具備采樣數據廣域同步和高保真性屬性，也就使得對于配電網線路故障采用縱聯差動保護成為可能，具備低成本、易推廣、 廣適應的特點，能夠根本性解決當前配電網故障保護選擇性差以及有源配電網的故障定位難題，為配電網 分布式電源快速發展掃清障礙，推動配電網轉型升級。

當前配電網保護與饋線自動化問題產生的根源是過電流保護存在的先天不足：選擇性差。在可選擇的 保護原理中，電流縱聯差動保護無疑是解決問題的最佳選擇。其原理成熟，具有絕對選擇性，適用于傳統 配電網與新形態配電網，但基于不同通信通道所帶來的工程化及規模應用有所差異。

單相接地故障保護的快速性不同于大電流相間短路故障必須在毫秒級要切除故障，防止設備燒毀，接 地故障為保證供電可靠性，對于瞬時性接地故障一般情況不跳閘(山區防火的需求例外，可以0秒速斷), 對于永久性接地故障，做到秒級切除故障已經完全可以滿足實際電網需求。所以，基于4G網絡的縱聯差 動保護完全可以滿足針對單相接地故障保護動作時間要求。

基于差動保護的廣域同步PMU型饋線自動化終端，配合傳統成套斷路器開關或1、2次融合柱上斷路 器，可廣泛應用于配電網架空線路，尤其是在故障多發線路或分布式光伏大規模接入線路，可充分發揮其 故障保護和自愈的技術優勢。在福建武夷山、建甌等區域進行配電網示范工程掛網試點，覆蓋3個變電站作為試點完成示范應用，解決當前配電網饋線自動化終端FTU采樣不同步(或同步精度不足)、采樣頻率低，無PMU屬性，后續 進一步在全省，重點是廣大配網線路推廣應用