配電監控終端(FTU)設計新思路

  配電監控終端按照應用場合主要分為DTU、FTU、TTU。DTU主要用於配電系統開閉所、開閉站、開關站、環網櫃等地面多路開關場合的監控終端單元,FTU主要用於配電網饋線重合器、斷路器、電動負荷開關等柱上單路開關場合的監控終端單元,TTU主要用於配網線路配電變壓器、箱式變壓器等變壓器場合的監控終端單元,這些都是做配電監控和配網自動化不可缺少的組成部分。

一、傳統的DTU、FTU 設計方案:

1、硬件設計

要考慮電源PT、開關內置CT(三相+零序)、內置或外置PT(三相+零序)、合閘線圈、分閘線圈、合閘位置、分閘位置、開關儲能狀態、開關SF6壓力狀態等電氣接口;要考慮後備電源管理,需在線路停電几小時內解決有線(RS485、CAN、LON、LAN、PTSN
、ADSL、FSK雙絞線 )/無線(無線跳頻、電力專頻、1.5/2.4G擴頻、微波、衛星通道、GPRS、CDMA)/光纖(串行自愈環、光纖以太網、PDH/SDH/WDM通道)通訊電源、開關操作能量和開關驅動問題;要考慮串口(RS232)、以太網口(10/100BASE-T)、CAN、USB、E1等通訊接口;要考慮LCD/TFT和LED等人機界面,要考慮鍵盤和按鈕等操作界面。

2、軟件設計

(1)遙測:監測1-3相PT、三相CT,可選零序PT、零序CT,計算電流、電壓、功率等。

(2)遙信:檢測開關合分閘位置、開關儲能、SF6壓力、短路故障、PT斷線、CT斷線、電池電壓等狀態,也可通過零序電流、零序電壓的大小來判斷接地故障,雖然該方法檢測小電流接地系統的單相接地並不可靠。

(3)遙控:遠方控制開關合分閘、報警狀態復歸等。

(4)遙調:遠方調整終端單元的參數,如PT變比、CT變比、PT接線方式和相序、短路故障檢測、接地故障檢測參數,也可以投退饋線自動化控制功能,例如電流型、電壓型等分段器功能,保護、重合閘和自動試合的重合器功能。

(5)對時與SOE:遠程對時,目的是要生成帶時標的開關變位、模擬量越限等SOE順序事件記錄,以便事後分析。

(6)通訊協議:IEC60870-5-101、102、103、104、61850、DNP3.0、CDT、MODBUS、CAN2.0、LONWORK等。

3、可靠性設計

(1)絕緣、耐壓、屏蔽、接地、防雷、通風、散熱問題

(2)防水、放塵、防凝露、防紫外線和高低溫問題

(3)EMC防護設計問題(靜電放電、脈衝群、阻尼震盪、電快瞬、浪涌、工頻和射頻輻射干擾)

(4)電源跌落和中斷、大電流衝擊和PT過電壓對裝置的影響問題

(5)電源管理以及後備電池損坏以後可能出現的系列問題

(6)遙控輸出防誤動設計問題

(7)自檢與自恢復設計。增加電源監視和硬件狗復位電路,對所有帶記憶功能的FLASH存儲區、靜態RAM區、寄存器、鎖存器、定時器、計數器、功能芯片和單元等都要求做握手通訊檢查和硬件復位控制。

二、基於數字化故障指示器技術的DTU、FTU設計方案:

1、硬件設計

採用數字化故障指示器,本地採用微功耗無線組網,遠程採用低功耗GPRS通訊。取消電源PT、開關內置CT(三相+零序)、內置或外置PT(三相+零序)等常規接口設計。架空線路採用太陽能供電,電纜系統採用CT取電,體積可以做到傳統DTU、FTU的1/4甚至更小,功耗可以傳統DTU、FTU的1/10甚至更小。由於無交流電源、PT和CT連接,可以做到不停電安裝和調試。

2、軟件設計

(1)遙測:監測1-30只“四遙”故障指示器(架空)、1-99只“四遙”故障指示器和1-33只“四遙”零序CT(電纜),可監測負荷電流、短路動作電流、首半波尖峰電流、接地動作電流、穩態零序電流(電纜)、暫態零序電流(電纜)、線路對地電壓、導線溫度【可擴】等。

(2)遙信:檢測開關合分閘位置、開關儲能、SF6壓力、指示器上報的短路故障、指示器上報的接地故障。

(3)遙控:遠方控制開關合分閘、指示器翻牌復歸等。

(4)遙調:遠方調整終端單元和指示器的參數。

(5)對時與SOE:取消。

(6)通訊協議:IEC60870-5-101,因為GPRS支持點對多點同時在線,可增加遙信變位主動上報功能。

3、可靠性設計

(1)全密封灌膠、等電位、低功耗設計,無絕緣、耐壓、通風和散熱問題

(2)防水、放塵、防凝露、防紫外線和高低溫設計

(3)EMC防護設計問題(靜電放電、脈衝群、阻尼震盪、電快瞬、浪涌、工頻和射頻輻射干擾)

(4)數字故障指示器內置大容量長壽命鋰電池和在線自取電設計,無電源跌落和中斷、無大電流衝擊和PT過電壓對裝置的影響問題

(5)數據採集器採用低功耗、太陽能或開口CT取電,與高壓無電氣連接,帶電池充放電監測和控制。

(6)遙控電源可控和防誤動設計

4、其它

(1)自檢與自恢復設計。增加電源監視和硬件狗復位電路,對所有帶記憶功能的FLASH存儲區、靜態RAM區、寄存器、鎖存器、定時器、計數器、功能芯片和單元等都要求做握手通訊檢查和硬件復位控制。

(2)元器件儘量要少,刪減不重要的硬件配置和軟件功能,只保留基本的遙測(負荷電流、線路電壓、短路動作電流、首半波尖峰電流、接地動作電流、導線溫度【可擴】)、遙信(開關位置、短路故障、接地故障和開關報警狀態)、遙控(開關合、分閘操作)和遙調(參數調整)功能。