一城一北斗|北斗广域同步技术在配网FXU 应用

申报单位：国网武夷山市供电公司

联合申报单位：国网南平供电公司、苏州银蕨电力科技有限公司

主要完成人：蒋文武、姜波、佟晓晖、李春鹏、张冬荣、陈海强

一、案例简介

中国配电网线路规模庞大、分支众多、环境复杂。随着新能源时代配电网结构的日益复杂，对准确定 位、快速隔离故障的要求越来越高，因此亟需解决配电网面临的两大“痛点”:一是单相接地故障电流特 征微弱，多数情况下小于10A,且在消弧线圈接地系统中只有小于10ms的暂态零序电流特征，导致单相接地故障的检测定位不准，接地保护不敢投入跳闸；二是传统馈线自动化参数整定复杂，保护级差配合难 或无法实现，在瞬时性故障时全线断电，让敏感负荷用户损失大，在永久性故障时停电时间长、停电区域 大，故障自愈慢。

为切实解决这些问题，苏州银蕨电力科技有限公司开发了北斗广域同步技术PMU型馈线终端FXU。 FXU继承了基于北斗广域同步传感器产品中先进成熟的PMU广域同步相量测量技术，检测定位配网单相 接地故障时比传统FTU更为准确、灵敏。通过沿线合理部署FXU,对故障区段判别具有“绝对选择性”, 与开关设备配合可从故障点上下游就近跳闸快速自动隔离故障区段，实现故障停电区域最小化。

本方案破解了单相接地故障保护和故障馈线自动化(FA)操作这两大现场难题，将非故障区段所受影 响降到最低或不受影响，对解决当前配网线路故障处置“痛点”有巨大的工程实用价值。

二、技术方案

在配网馈线自动化终端FTU内部集成北斗模块和4G无线通信模块，实现安装在线路任何位置的装置 都能精确同步到北斗卫星时间，所有采样数据都带有微秒精度的绝对时间标签，可为广域监测、保护和控 制提供基础同步数据。中国电力系统中的电流、电压均为频率为50赫兹正弦相量，其三要素分别为幅值、 频率和初始相角。PMU装置采集电压、电流信号，每个采样数据都带有us级的北斗时间戳，计算出幅值、 相位角、频率及频率变化，并按照规定的形式将正序相量、时间标记等装配成报文传送到远端，为全系统 的监测、保护和控制提供基础数据。

基于北斗广域同步的相量测量技术在超高压电网状态估计、稳定控制、继电保护以及故障定位等领域 已获得广泛应用。目前在220KV及以上变电站已广泛使用，以PMU为基础的广域相量测量系统对提升电力系统动态安全稳定的监测与控制能力已得到广泛认可，成为配电网监测与控制的有效手段。

三、创新亮点

基于北斗广域同步横向通信的保护控制PMU型馈线终端，利用广覆盖、低资费、小延时的4G无线通 信网络，构建适应新型配电网的分布式智能保护控制体系。项目首创利用4G无线通信技术，基于纵联差 动保护原理，实现对于包括单相接地和相间短路故障的具有绝对选择性的精准隔离和秒级自愈。广域同步 PMU型馈线自动化终端彻底解决了PMU测量技术在配电自动化终端应用的问题，使其具备采样数据广域同步和高保真性属性，也就使得对于配电网线路故障采用纵联差动保护成为可能，具备低成本、易推广、 广适应的特点，能够根本性解决当前配电网故障保护选择性差以及有源配电网的故障定位难题，为配电网 分布式电源快速发展扫清障碍，推动配电网转型升级。

当前配电网保护与馈线自动化问题产生的根源是过电流保护存在的先天不足：选择性差。在可选择的 保护原理中，电流纵联差动保护无疑是解决问题的最佳选择。其原理成熟，具有绝对选择性，适用于传统 配电网与新形态配电网，但基于不同通信通道所带来的工程化及规模应用有所差异。

单相接地故障保护的快速性不同于大电流相间短路故障必须在毫秒级要切除故障，防止设备烧毁，接 地故障为保证供电可靠性，对于瞬时性接地故障一般情况不跳闸(山区防火的需求例外，可以0秒速断), 对于永久性接地故障，做到秒级切除故障已经完全可以满足实际电网需求。所以，基于4G网络的纵联差 动保护完全可以满足针对单相接地故障保护动作时间要求。

基于差动保护的广域同步PMU型馈线自动化终端，配合传统成套断路器开关或1、2次融合柱上断路 器，可广泛应用于配电网架空线路，尤其是在故障多发线路或分布式光伏大规模接入线路，可充分发挥其 故障保护和自愈的技术优势。在福建武夷山、建瓯等区域进行配电网示范工程挂网试点，覆盖3个变电站作为试点完成示范应用，解决当前配电网馈线自动化终端FTU采样不同步(或同步精度不足)、采样频率低，无PMU属性，后续 进一步在全省，重点是广大配网线路推广应用