第3章 配電終端——FTU

3.1 終端建設(shè)原則和終端電源的配置

3.1.1 終端建設(shè)原則

標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 11184—2014《配電自動(dòng)化規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》明確了終端建設(shè)原則。這里進(jìn)行簡要介紹。

1.總體要求

（1）配電終端用于對環(huán)網(wǎng)單元、站所單元、柱上開關(guān)、配電變壓器、線路等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測或控制，具體功能規(guī)范應(yīng)符合Q/GDW 514的要求。

（2）配電終端應(yīng)滿足高可靠、易安裝、免維護(hù)、低功耗的要求，并應(yīng)提供標(biāo)準(zhǔn)通信接口。

（3）配電終端供電電源應(yīng)滿足數(shù)據(jù)采集、控制操作和實(shí)時(shí)通信等功能要求。

（4）應(yīng)根據(jù)可靠性需求、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設(shè)備狀況，合理選用配電終端類型。對關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)，如主干線聯(lián)絡(luò)開關(guān)、必要的分段開關(guān)、進(jìn)出線較多的開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)單元和配電室，宜配置“三遙”終端；對一般性節(jié)點(diǎn)，如分支開關(guān)、無聯(lián)絡(luò)的末端站室，宜配置“二遙”終端。配變終端宜與營銷用電信息采集系統(tǒng)共用，通信信道宜獨(dú)立建設(shè)。

2.供電分區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)（見表3-1）

3.終端配置

（1）供電區(qū)域劃分方法應(yīng)遵循Q/GDW 1738的規(guī)定。

（2）A+類供電區(qū)域可采用雙電源供電和備自投以減少因故障修復(fù)或檢修造成的用戶停電，宜采用“三遙”終端快速隔離故障和恢復(fù)健全區(qū)域供電。

（3）A類供電區(qū)域宜適當(dāng)配置“三遙”“二遙”終端。

（4）B類供電區(qū)域宜以“二遙”終端為主，聯(lián)絡(luò)開關(guān)和特別重要的分段開關(guān)也可配置“三遙”終端。

（5）C類供電區(qū)域宜采用“二遙”終端，D類供電區(qū)域宜采用基本型“二遙”終端，C、D類供電區(qū)域如確有必要經(jīng)論證后可采用少量“三遙”終端。

（6）E類供電區(qū)域可采用基本型“二遙”終端。

（7）對于供電可靠性要求高于本供電區(qū)域的重要用戶，宜對該用戶所在線路采取以上相適應(yīng)的終端配置原則，并對線路其他用戶加裝用戶分界開關(guān)。

（8）在具備保護(hù)延時(shí)級差配合條件的高故障率架空支線可配置斷路器，并配備具有本地保護(hù)和重合閘功能的“二遙”終端，以實(shí)現(xiàn)故障支線的快速切除，同時(shí)不影響主干線其余負(fù)荷。

（9）各類供電區(qū)域配電終端的配置方式如表3-2所示。

3.1.2 終端電源的配置

在配電自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行中，配電終端電源及儲能設(shè)備作為保障配電終端正常工作的重要設(shè)備，其可靠性水平直接關(guān)系到配電自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)用化水平。而由于配電終端呈海量分布，且運(yùn)行環(huán)境較差，導(dǎo)致配電終端的電源尤其是以蓄電池作后備的電源容易受到高溫、潮濕等環(huán)境因素的影響。

1.配電終端電源系統(tǒng)架構(gòu)

配電終端的工作電源通常取自線路TV的二次側(cè)輸出，特殊情況下使用附近的低壓交流電（如市電），供電電壓為AC 20V，屏柜內(nèi)部安裝電源模塊，將AC 220V轉(zhuǎn)換成DC 24/48V，給終端供電，并配置無縫投切的后備電源。一般而言，配電終端電源回路由防雷回路、雙電源切換、整流回路、電源輸出、充放電回路、后備電源等幾個(gè)部分構(gòu)成。電源回路概念框圖如圖3-1所示。

（1）防雷回路

為防止雷電和內(nèi)部過電壓的影響，配電終端電源回路必須具備完善的防雷措施，通常在交流進(jìn)線安裝電源濾波器和防雷模塊。

（2）雙電源切換

為提高配電終端電源的可靠性，在能夠提供雙路交流電源的場合（如在柱上開關(guān)安裝兩側(cè)TV、環(huán)網(wǎng)柜兩條進(jìn)線均配置TV、站所兩段母線配置TV等），需要對雙路交流電源進(jìn)行自動(dòng)切換。正常工作時(shí)，一路電源作為主供電源供電，另一路作為備用電源；當(dāng)主供電源失電時(shí)，自動(dòng)切換到備用電源供電。

（3）整流回路

把交流輸入轉(zhuǎn)換成直流輸出，給輸出回路、充電回路供電。

（4）電源輸出

整流回路或蓄電池的直流輸出給測控單元、通信終端及開關(guān)操作機(jī)構(gòu)供電，具有外部輸出短路保護(hù)功能。

（5）充放電回路

用于蓄電池的充放電管理。充電回路接收整流回路輸出，產(chǎn)生蓄電池充電電流。在電池容量缺額比較大時(shí)，首先采用恒流充電；在電池電壓達(dá)到額定電壓后，采用恒壓充電方式；當(dāng)充電完成后，轉(zhuǎn)為浮充電方式。放電回路接有放電電阻，定期對蓄電池活化，恢復(fù)其容量。

（6）后備電源

在失去交流電源時(shí)，后備電源將提供直流電源輸出，以保證配電終端、通信終端及開關(guān)分/合闡操作進(jìn)行不間斷供電。

2.電源及儲能設(shè)備配置原則

配電終端電源系統(tǒng)需要給裝置本身、開關(guān)操作、通信設(shè)備及其余柜內(nèi)二次設(shè)備供電，并應(yīng)具備無縫投切后備電源的能力，因此必須要對供電電源系統(tǒng)提出滿足配電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境的基本要求。

（1）應(yīng)支持雙交流供電方式

采用蓄電池或超級電容器作為后備電源供電時(shí)，正常情況下，由交流電源供電，支持TV取電。當(dāng)交流電源中斷，裝置應(yīng)在無擾動(dòng)情況下切換到另一路交流電源或后備電源供電；當(dāng)交流電源恢復(fù)供電時(shí)，裝置應(yīng)自動(dòng)切回交流供電。

（2）應(yīng)能實(shí)現(xiàn)對供電電源的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和管理

具備后備電源低壓告警、欠電壓切除等保護(hù)功能，并能將電源供電狀況以遙信方式上送到主站系統(tǒng)。

（3）具有智能電源管理功能

應(yīng)具備電池活化管理功能，能夠自動(dòng)、就地手動(dòng)、遠(yuǎn)方遙控實(shí)現(xiàn)對蓄電池的充放電，且放電時(shí)間間隔可進(jìn)行設(shè)置。

3.配電終端的交流電源的設(shè)置

不同站點(diǎn)交流電源選配原則及其容量要求如表3-3所示。

4.配電終端的后備電源的設(shè)置

后備電源可用免維護(hù)鉛酸蓄電池或超級電容器儲能。由于鉛酸蓄電池對充放電方式、環(huán)境溫度要求高，使用壽命短，嚴(yán)重制約了終端的可靠運(yùn)行，是導(dǎo)致所建配電自動(dòng)化系統(tǒng)不能正常運(yùn)行的關(guān)鍵原因之一。近年來，超級電容器因其良好的可靠性與較長的使用壽命（10年左右）獲得了越來越多的應(yīng)用，是配電終端后備電源的發(fā)展方向。

超級電容器（見圖3-2）是指介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，既有電容器快速充放電的特性，同時(shí)又具有電池的儲能特性。與蓄電池和傳統(tǒng)電容器相比，超級電容器的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1）功率密度高。功率密度可達(dá)數(shù)百W/kg，遠(yuǎn)高于蓄電池的水平。

2）循環(huán)壽命長。在幾秒鐘的高速深度充放電循環(huán)50萬次至100萬次后，超級電容器的特性變化很小，容量和內(nèi)阻僅降低10%～20%。

3）工作溫限寬。由于在低溫狀態(tài)下超級電容器中離子的吸附和脫附速度變化不大，因此其容量變化遠(yuǎn)小于蓄電池。商業(yè)化超級電容器的工作溫度范圍可達(dá)-40～+80℃。

4）免維護(hù)。超級電容器充放電效率高，對過充電和過放電有一定的承受能力，可穩(wěn)定地反復(fù)充放電，在理論上是不需要進(jìn)行維護(hù)的。

5）綠色環(huán)保。超級電容器在生產(chǎn)過程中不使用重金屬和其他有害的化學(xué)物質(zhì)，且自身壽命較長，因而是一種新型的綠色環(huán)保電源。

從控制造價(jià)和體積兩方面考慮，配電終端應(yīng)用超級電容器儲能的不間斷供電時(shí)間不宜超過1h，如果設(shè)備停電時(shí)間較長，配電終端將因失去電源而無法工作。考慮到配電終端主要用于正常運(yùn)行時(shí)倒閘操作與故障隔離、恢復(fù)供電操作控制，而設(shè)備長時(shí)間停運(yùn)后可通過人工操作送電，應(yīng)用超級電容器儲能是能夠滿足配電網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行要求的。如果在柱上開關(guān)或環(huán)網(wǎng)柜的兩個(gè)進(jìn)線側(cè)都裝有電壓互感器，則在其任一側(cè)有電的情況下，都可為配電終端提供交流電源。而在兩側(cè)都失電的情況下，配電終端長時(shí)間運(yùn)行及對開關(guān)進(jìn)行多次操作并沒有什么意義。因此，超級電容器儲存的電量只要能在兩側(cè)線路失電后，維持配電終端運(yùn)行一段時(shí)間并提供開關(guān)操作需要即可。這樣對儲能裝置容量的要求就低了很多，超級電容器完全滿足應(yīng)用要求。

對于二遙終端，其后備電源容量除能夠在失去主電源后需要繼續(xù)運(yùn)行較短的時(shí)間以保證信息的測量存儲與停電信息的上傳外，還需要滿足開關(guān)就地操作的需要。對于三遙終端，后備電源應(yīng)能夠在主電源失電的情況下維持配電終端及通信模塊運(yùn)行一段時(shí)間，并保證開關(guān)至少三次分合闡操作的要求。

配電終端后備電源配置如表3-4所示。