配电监控终端(FTU)设计新思路

  配电监控终端按照应用场合主要分为DTU、FTU、TTU。DTU主要用于配电系统开闭所、开闭站、开关站、环网柜等地面多路开关场合的监控终端单元,FTU主要用于配电网馈线重合器、断路器、电动负荷开关等柱上单路开关场合的监控终端单元,TTU主要用于配网线路配电变压器、箱式变压器等变压器场合的监控终端单元,这些都是做配电监控和配网自动化不可缺少的组成部分。

一、传统的DTU、FTU 设计方案:

1、硬件设计

要考虑电源PT、开关内置CT(三相+零序)、内置或外置PT(三相+零序)、合闸线圈、分闸线圈、合闸位置、分闸位置、开关储能状态、开关SF6压力状态等电气接口;要考虑后备电源管理,需在线路停电几小时内解决有线(RS485、CAN、LON、LAN、PTSN
、ADSL、FSK双绞线 )/无线(无线跳频、电力专频、1.5/2.4G扩频、微波、卫星通道、GPRS、CDMA)/光纤(串行自愈环、光纤以太网、PDH/SDH/WDM通道)通讯电源、开关操作能量和开关驱动问题;要考虑串口(RS232)、以太网口(10/100BASE-T)、CAN、USB、E1等通讯接口;要考虑LCD/TFT和LED等人机界面,要考虑键盘和按钮等操作界面。

2、软件设计

(1)遥测:监测1-3相PT、三相CT,可选零序PT、零序CT,计算电流、电压、功率等。

(2)遥信:检测开关合分闸位置、开关储能、SF6压力、短路故障、PT断线、CT断线、电池电压等状态,也可通过零序电流、零序电压的大小来判断接地故障,虽然该方法检测小电流接地系统的单相接地并不可靠。

(3)遥控:远方控制开关合分闸、报警状态复归等。

(4)遥调:远方调整终端单元的参数,如PT变比、CT变比、PT接线方式和相序、短路故障检测、接地故障检测参数,也可以投退馈线自动化控制功能,例如电流型、电压型等分段器功能,保护、重合闸和自动试合的重合器功能。

(5)对时与SOE:远程对时,目的是要生成带时标的开关变位、模拟量越限等SOE顺序事件记录,以便事后分析。

(6)通讯协议:IEC60870-5-101、102、103、104、61850、DNP3.0、CDT、MODBUS、CAN2.0、LONWORK等。

3、可靠性设计

(1)绝缘、耐压、屏蔽、接地、防雷、通风、散热问题

(2)防水、放尘、防凝露、防紫外线和高低温问题

(3)EMC防护设计问题(静电放电、脉冲群、阻尼震荡、电快瞬、浪涌、工频和射频辐射干扰)

(4)电源跌落和中断、大电流冲击和PT过电压对装置的影响问题

(5)电源管理以及后备电池损坏以后可能出现的系列问题

(6)遥控输出防误动设计问题

(7)自检与自恢复设计。增加电源监视和硬件狗复位电路,对所有带记忆功能的FLASH存储区、静态RAM区、寄存器、锁存器、定时器、计数器、功能芯片和单元等都要求做握手通讯检查和硬件复位控制。

二、基于数字化故障指示器技术的DTU、FTU设计方案:

1、硬件设计

采用数字化故障指示器,本地采用微功耗无线组网,远程采用低功耗GPRS通讯。取消电源PT、开关内置CT(三相+零序)、内置或外置PT(三相+零序)等常规接口设计。架空线路采用太阳能供电,电缆系统采用CT取电,体积可以做到传统DTU、FTU的1/4甚至更小,功耗可以传统DTU、FTU的1/10甚至更小。由于无交流电源、PT和CT连接,可以做到不停电安装和调试。

2、软件设计

(1)遥测:监测1-30只“四遥”故障指示器(架空)、1-99只“四遥”故障指示器和1-33只“四遥”零序CT(电缆),可监测负荷电流、短路动作电流、首半波尖峰电流、接地动作电流、稳态零序电流(电缆)、暂态零序电流(电缆)、线路对地电压、导线温度【可扩】等。

(2)遥信:检测开关合分闸位置、开关储能、SF6压力、指示器上报的短路故障、指示器上报的接地故障。

(3)遥控:远方控制开关合分闸、指示器翻牌复归等。

(4)遥调:远方调整终端单元和指示器的参数。

(5)对时与SOE:取消。

(6)通讯协议:IEC60870-5-101,因为GPRS支持点对多点同时在线,可增加遥信变位主动上报功能。

3、可靠性设计

(1)全密封灌胶、等电位、低功耗设计,无绝缘、耐压、通风和散热问题

(2)防水、放尘、防凝露、防紫外线和高低温设计

(3)EMC防护设计问题(静电放电、脉冲群、阻尼震荡、电快瞬、浪涌、工频和射频辐射干扰)

(4)数字故障指示器内置大容量长寿命锂电池和在线自取电设计,无电源跌落和中断、无大电流冲击和PT过电压对装置的影响问题

(5)数据采集器采用低功耗、太阳能或开口CT取电,与高压无电气连接,带电池充放电监测和控制。

(6)遥控电源可控和防误动设计

4、其它

(1)自检与自恢复设计。增加电源监视和硬件狗复位电路,对所有带记忆功能的FLASH存储区、静态RAM区、寄存器、锁存器、定时器、计数器、功能芯片和单元等都要求做握手通讯检查和硬件复位控制。

(2)元器件尽量要少,删减不重要的硬件配置和软件功能,只保留基本的遥测(负荷电流、线路电压、短路动作电流、首半波尖峰电流、接地动作电流、导线温度【可扩】)、遥信(开关位置、短路故障、接地故障和开关报警状态)、遥控(开关合、分闸操作)和遥调(参数调整)功能。