第3章 配電終端——FTU

3.1 終端建設原則和終端電源的配置

3.1.1 終端建設原則

標準Q/GDW 11184—2014《配電自動化規劃設計技術導則》明確了終端建設原則。這里進行簡要介紹。

1.總體要求

（1）配電終端用于對環網單元、站所單元、柱上開關、配電變壓器、線路等進行數據采集、監測或控制，具體功能規范應符合Q/GDW 514的要求。

（2）配電終端應滿足高可靠、易安裝、免維護、低功耗的要求，并應提供標準通信接口。

（3）配電終端供電電源應滿足數據采集、控制操作和實時通信等功能要求。

（4）應根據可靠性需求、網架結構和設備狀況，合理選用配電終端類型。對關鍵性節點，如主干線聯絡開關、必要的分段開關、進出線較多的開關站、環網單元和配電室，宜配置“三遙”終端；對一般性節點，如分支開關、無聯絡的末端站室，宜配置“二遙”終端。配變終端宜與營銷用電信息采集系統共用，通信信道宜獨立建設。

2.供電分區劃分標準（見表3-1）

3.終端配置

（1）供電區域劃分方法應遵循Q/GDW 1738的規定。

（2）A+類供電區域可采用雙電源供電和備自投以減少因故障修復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健全區域供電。

（3）A類供電區域宜適當配置“三遙”“二遙”終端。

（4）B類供電區域宜以“二遙”終端為主，聯絡開關和特別重要的分段開關也可配置“三遙”終端。

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

（6）E類供電區域可采用基本型“二遙”終端。

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

（8）在具備保護延時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和重合閘功能的“二遙”終端，以實現故障支線的快速切除，同時不影響主干線其余負荷。

（9）各類供電區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

在配電自動化系統運行中，配電終端電源及儲能設備作為保障配電終端正常工作的重要設備，其可靠性水平直接關系到配電自動化系統的實用化水平。而由于配電終端呈海量分布，且運行環境較差，導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、潮濕等環境因素的影響。

1.配電終端電源系統架構

配電終端的工作電源通常取自線路TV的二次側輸出，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，屏柜內部安裝電源模塊，將AC 220V轉換成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、后備電源等幾個部分構成。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（如在柱上開關安裝兩側TV、環網柜兩條進線均配置TV、站所兩段母線配置TV等），需要對雙路交流電源進行自動切換。正常工作時，一路電源作為主供電源供電，另一路作為備用電源；當主供電源失電時，自動切換到備用電源供電。

（3）整流回路

把交流輸入轉換成直流輸出，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、通信終端及開關操作機構供電，具有外部輸出短路保護功能。

（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，產生蓄電池充電電流。在電池容量缺額比較大時，首先采用恒流充電；在電池電壓達到額定電壓后，采用恒壓充電方式；當充電完成后，轉為浮充電方式。放電回路接有放電電阻，定期對蓄電池活化，恢復其容量。

（6）后備電源

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

2.電源及儲能設備配置原則

配電終端電源系統需要給裝置本身、開關操作、通信設備及其余柜內二次設備供電，并應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提出滿足配電網運行環境的基本要求。

（1）應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，正常情況下，由交流電源供電，支持TV取電。當交流電源中斷，裝置應在無擾動情況下切換到另一路交流電源或后備電源供電；當交流電源恢復供電時，裝置應自動切回交流供電。

（2）應能實現對供電電源的狀態進行監視和管理

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

（3）具有智能電源管理功能

應具備電池活化管理功能，能夠自動、就地手動、遠方遙控實現對蓄電池的充放電，且放電時間間隔可進行設置。

3.配電終端的交流電源的設置

不同站點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置

后備電源可用免維護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、環境溫度要求高，使用壽命短，嚴重制約了終端的可靠運行，是導致所建配電自動化系統不能正常運行的關鍵原因之一。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用，是配電終端后備電源的發展方向。

超級電容器（見圖3-2）是指介于傳統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，同時又具有電池的儲能特性。與蓄電池和傳統電容器相比，超級電容器的特點主要體現在以下幾方面：

1）功率密度高。功率密度可達數百W/kg，遠高于蓄電池的水平。

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

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

4）免維護。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，可穩定地反復充放電，在理論上是不需要進行維護的。

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

從控制造價和體積兩方面考慮，配電終端應用超級電容器儲能的不間斷供電時間不宜超過1h，如果設備停電時間較長，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行時倒閘操作與故障隔離、恢復供電操作控制，而設備長時間停運后可通過人工操作送電，應用超級電容器儲能是能夠滿足配電網自動化運行要求的。如果在柱上開關或環網柜的兩個進線側都裝有電壓互感器，則在其任一側有電的情況下，都可為配電終端提供交流電源。而在兩側都失電的情況下，配電終端長時間運行及對開關進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線路失電后，維持配電終端運行一段時間并提供開關操作需要即可。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運行較短的時間以保證信息的測量存儲與停電信息的上傳外，還需要滿足開關就地操作的需要。對于三遙終端，后備電源應能夠在主電源失電的情況下維持配電終端及通信模塊運行一段時間，并保證開關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。