申報(bào)單位：國網(wǎng)武夷山市供電公司

聯(lián)合申報(bào)單位：國網(wǎng)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(qiáng)

一、案例簡介

中國配電網(wǎng)線路規(guī)模龐大、分支眾多、環(huán)境復(fù)雜。隨著新能源時(shí)代配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，對(duì)準(zhǔn)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(wǎng)面臨的兩大“痛點(diǎn)”:一是單相接地故障電流特 征微弱，多數(shù)情況下小于10A,且在消弧線圈接地系統(tǒng)中只有小于10ms的暫態(tài)零序電流特征，導(dǎo)致單相接地故障的檢測(cè)定位不準(zhǔn)，接地保護(hù)不敢投入跳閘；二是傳統(tǒng)饋線自動(dòng)化參數(shù)整定復(fù)雜，保護(hù)級(jí)差配合難 或無法實(shí)現(xiàn)，在瞬時(shí)性故障時(shí)全線斷電，讓敏感負(fù)荷用戶損失大，在永久性故障時(shí)停電時(shí)間長、停電區(qū)域 大，故障自愈慢。

為切實(shí)解決這些問題，蘇州銀蕨電力科技有限公司開發(fā)了北斗廣域同步技術(shù)PMU型饋線終端FXU。 FXU繼承了基于北斗廣域同步傳感器產(chǎn)品中先進(jìn)成熟的PMU廣域同步相量測(cè)量技術(shù)，檢測(cè)定位配網(wǎng)單相 接地故障時(shí)比傳統(tǒng)FTU更為準(zhǔn)確、靈敏。通過沿線合理部署FXU,對(duì)故障區(qū)段判別具有“絕對(duì)選擇性”, 與開關(guān)設(shè)備配合可從故障點(diǎn)上下游就近跳閘快速自動(dòng)隔離故障區(qū)段，實(shí)現(xiàn)故障停電區(qū)域最小化。

本方案破解了單相接地故障保護(hù)和故障饋線自動(dòng)化(FA)操作這兩大現(xiàn)場難題，將非故障區(qū)段所受影 響降到最低或不受影響，對(duì)解決當(dāng)前配網(wǎng)線路故障處置“痛點(diǎn)”有巨大的工程實(shí)用價(jià)值。

二、技術(shù)方案

在配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端FTU內(nèi)部集成北斗模塊和4G無線通信模塊，實(shí)現(xiàn)安裝在線路任何位置的裝置 都能精確同步到北斗衛(wèi)星時(shí)間，所有采樣數(shù)據(jù)都帶有微秒精度的絕對(duì)時(shí)間標(biāo)簽，可為廣域監(jiān)測(cè)、保護(hù)和控 制提供基礎(chǔ)同步數(shù)據(jù)。中國電力系統(tǒng)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(hào)，每個(gè)采樣數(shù)據(jù)都帶有us級(jí)的北斗時(shí)間戳，計(jì)算出幅值、 相位角、頻率及頻率變化，并按照規(guī)定的形式將正序相量、時(shí)間標(biāo)記等裝配成報(bào)文傳送到遠(yuǎn)端，為全系統(tǒng) 的監(jiān)測(cè)、保護(hù)和控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

基于北斗廣域同步的相量測(cè)量技術(shù)在超高壓電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)、穩(wěn)定控制、繼電保護(hù)以及故障定位等領(lǐng)域 已獲得廣泛應(yīng)用。目前在220KV及以上變電站已廣泛使用，以PMU為基礎(chǔ)的廣域相量測(cè)量系統(tǒng)對(duì)提升電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)與控制能力已得到廣泛認(rèn)可，成為配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)與控制的有效手段。

三、創(chuàng)新亮點(diǎn)

基于北斗廣域同步橫向通信的保護(hù)控制PMU型饋線終端，利用廣覆蓋、低資費(fèi)、小延時(shí)的4G無線通 信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建適應(yīng)新型配電網(wǎng)的分布式智能保護(hù)控制體系。項(xiàng)目首創(chuàng)利用4G無線通信技術(shù)，基于縱聯(lián)差 動(dòng)保護(hù)原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)于包括單相接地和相間短路故障的具有絕對(duì)選擇性的精準(zhǔn)隔離和秒級(jí)自愈。廣域同步 PMU型饋線自動(dòng)化終端徹底解決了PMU測(cè)量技術(shù)在配電自動(dòng)化終端應(yīng)用的問題，使其具備采樣數(shù)據(jù)廣域同步和高保真性屬性，也就使得對(duì)于配電網(wǎng)線路故障采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)成為可能，具備低成本、易推廣、 廣適應(yīng)的特點(diǎn)，能夠根本性解決當(dāng)前配電網(wǎng)故障保護(hù)選擇性差以及有源配電網(wǎng)的故障定位難題，為配電網(wǎng) 分布式電源快速發(fā)展掃清障礙，推動(dòng)配電網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

當(dāng)前配電網(wǎng)保護(hù)與饋線自動(dòng)化問題產(chǎn)生的根源是過電流保護(hù)存在的先天不足：選擇性差。在可選擇的 保護(hù)原理中，電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)無疑是解決問題的最佳選擇。其原理成熟，具有絕對(duì)選擇性，適用于傳統(tǒng) 配電網(wǎng)與新形態(tài)配電網(wǎng)，但基于不同通信通道所帶來的工程化及規(guī)模應(yīng)用有所差異。

單相接地故障保護(hù)的快速性不同于大電流相間短路故障必須在毫秒級(jí)要切除故障，防止設(shè)備燒毀，接 地故障為保證供電可靠性，對(duì)于瞬時(shí)性接地故障一般情況不跳閘(山區(qū)防火的需求例外，可以0秒速斷), 對(duì)于永久性接地故障，做到秒級(jí)切除故障已經(jīng)完全可以滿足實(shí)際電網(wǎng)需求。所以，基于4G網(wǎng)絡(luò)的縱聯(lián)差 動(dòng)保護(hù)完全可以滿足針對(duì)單相接地故障保護(hù)動(dòng)作時(shí)間要求。

基于差動(dòng)保護(hù)的廣域同步PMU型饋線自動(dòng)化終端，配合傳統(tǒng)成套斷路器開關(guān)或1、2次融合柱上斷路 器，可廣泛應(yīng)用于配電網(wǎng)架空線路，尤其是在故障多發(fā)線路或分布式光伏大規(guī)模接入線路，可充分發(fā)揮其 故障保護(hù)和自愈的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在福建武夷山、建甌等區(qū)域進(jìn)行配電網(wǎng)示范工程掛網(wǎng)試點(diǎn)，覆蓋3個(gè)變電站作為試點(diǎn)完成示范應(yīng)用，解決當(dāng)前配電網(wǎng)饋線自動(dòng)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(xù) 進(jìn)一步在全省，重點(diǎn)是廣大配網(wǎng)線路推廣應(yīng)用