FTU与环网柜电源备自投技术总结报告

FTU与环网柜电源备自投技术总结报告
蓬莱的配网自动化起步较早，1996年为配合蓬莱市城区旧城改造，结合城区电网发展方向，我们公司以“闭环结线，开环运行”的环网运行方式的指导思想为基准，对蓬莱市区的电网进行了合理的规划布局，使城区电网在改造过程中，按统一规划发展进行，以达到“闭环结线，开环运行”的环形供电的功能。

96年以来，公司先后投入资金7500多万元，建设了三期配网自动化工程，使配网的自动化管理实现了由城区到郊区、由城镇到农村的延伸，到2005年底，全市共安装环网柜13台，柱上开关129台，电缆型开关7台，全部采用电动控制，安装电缆分接箱155台，配电控制保护终端110套，46条10千伏线路实现配电自动化，占全市10千伏线路总数的40%。

目前，全市有5座110kV变电站、3座35kV变电站、32条10kV线路实现手拉手环网供电，做到闭环结线，开环运行。

城区配网线路外围采用240架空绝缘导线，向市中心供电的分支线路，全部采用地下电缆。

整个城区配网形成了网格式供电格局。

配电网的供电方式一般由电源点、线路开关设备、网架(线路联结)三部分决定。

电源点、网架的不同方式组合，架构了多种多样的供电方式，如单电源辐射状供电、双(多)电源互备供电、双(多)电源环网供电、网格状供电等，而线路开关设备如环网柜、重合器、分段器、断路器、负荷开关等提供了功能各异的供电配合方案。

城市电缆网多采用环网柜(配负荷开关、真空断路器、
SF6断路器等)作为配电线路主设备，农电架空线网多采用重合器、分段器、断路器、负荷开关等作为配电线路主设备。

以线路开关设备区分的供电方案主要有：电缆环网柜方案、架空重合器方案、分段器(自动配电开关)方案、断路器方案、负荷开关方案等。

蓬莱城区则采用电缆环网柜方案。

蓬莱城区电缆配电线路的构成
在蓬莱城区配网自动化系统中，使用了大量各种类型的环网柜。

共计13台。

环网柜投资额达300多万元。

环网柜将两路以上的电源汇聚在一起，实现多路电源的切换、故障的隔离和网络的重构功能。

从而使网格式供电网络得以实现。

环网柜在蓬莱城区配网发挥了举足轻重的作用。

最为常见的环网柜结线方式，以两路电源两路负载为例，如图（1）
图（1）
QF1、QF2为两路电源的负荷开关，起电源转换作用。

QF3、QF4为环网柜的出线断路器，实现分支线路的控制与保护。

一、环网柜控制方式
QF1、QF2、QF3、QF4的操作模式有本地手动操作、调度人员远方操作和自动化系统的主站自动控制。

对于工作电源消失、备用电源投入的操作，如果采取本地手动操作或调度人员远方操作，都增加了用户的停电时间，影响了供电可靠性。

而自动化系统主站自动控制，则增加了主站
的负担，同时经过信号采集传输、分析判断和指令下达一系列过程，也需要一定的时间。

由于中间过程较为复杂，所以系统相应时间较长，成功率也比较低。

为了尽快的隔离故障并恢复供电，在环网柜上直接安装相关的设备，以实现双环网柜双电源的自动投切是较为理想的一种方法。

目前市场上已有成型的质量可靠的专用备用电源自动投切装置如南京南瑞公司生产的RCS-9652备用电源自动投切装置。

但这类装置要正常工作必须满足以下条件：
①、必须有直流220V工作电源。

而环网柜上只有24V电源，为使装置可靠动作，必须装设不间断工作电源，所以要使用专用的备自投装置，必须加装UPS电源系统。

②、为了满足专用备自投装置的采样要求，必须在两路电源上分别加装电压互感器。

如图(2)：
图(2)
加装UPS电源系统、电压互感器，既增加了成本又增加了故障点和维护工作量。

因此采用专用的电源备自投装置来实现环网柜电源备自投方案不够理想。

二、现有设备的功能分析
1、FTU
FTU是馈线自动化系统的核心设备，其性能要求主要有：①遥信功能；②遥测功能；③遥控功能；④统计功能；⑤对时
功能；⑥事件顺序记录；⑦事故记录；⑧定值远方修改和召唤；
⑨自检和自恢复功能；⑩远方控制闭锁与手动操作功能；⑾远程通信功能；⑿电能量采集；⒀微机保护；⒁故障录波。

1）东方电子FTU主要技术参数
电源（额定输入电压）：
12/24/48V DC：容差-20 - +30%，纹波系数< 10%
100/220V AC：电压容差-20 - +30%，频率50Hz.
模拟量输入：
交流输入：12路。

直流输入：2路
额定交流电压输入：4V-220V
额定交流电压过载能力：200%连续
额定交流电流输入：5A、1A、0.1A
额定交流电流过载能力：长期连续3倍额定电流；40倍
额定电流大于1s
额定直流输入：-5- +5V，或4 - 20mA
测量精度：I，U￡1.0% P，Q￡2.0%。

标准模拟计算量：
每相：电压、电流有效值; 相角; 功率因数; 故障电流及方向
每馈线：有功功率; 无功功率; 功率因数; 零序电流每分
钟的变化量; 电压
每台FTU有多达3条馈线
模拟累计：
每馈线：有功电度, 无功电度
每台FTU有多达3条馈线
满量程：32位
开关量输入：
16路光隔离输入
空接点或脉冲量（12V，20mA）接入
2000V DC隔离
反向极性保护
电源输入：12V或24V，外接5.0mA典型输入电流/开关
量
开关量输出：
8路继电器常开接点输出
接点容量：110V/220VDC，1A连续，1S闭合电流不小
于5A，吸合时间不大于5ms；
对于电感负载时间常数为40ms时。

触点容许断开容量为
30W。

通信：
串行通信口：3个，相互独立
通信规约：DL/T634-1997（IEC60870-5-101）、CDT、
Modbus等
网络通信口1个（TCP/IP接口）
MODEM和通信装置：可以满足各种信道要求，如光纤、
扩频、数传电台、载波、音频。

电池：
12V：2×6V
每个8Ah
密封酸导电池, 具有专门的电池维护装置
寿命为10年
系统可靠性：
平均无故障运行时间（MTBF）3 50000h
环境条件：
温度级：-40 - +85℃
湿度：5~ 100%（含凝结）
电磁兼容：符合IEC1000-4（2、3、4、5、11、12）。

2）东方FTU特点：
①、同一CPU可控制四路开关，并有多路遥测遥信接口。

②、目前FTU已经实现了对环网柜各回路开关的控制，遥测遥信功能，也就是说备自投所需要的各种参数，FTU已经完全采集到。

3）韩式环网柜的特点：
①、本身具有24V不间断电源，容量为50VA，能够满足自身和FTU及光猫的工作要求。

②、进出线套管内配有电压传感器，电压传感器的输出容量可满足FTU采样要求，如图(3)
V1、V2为套管内置式电压传感器
电压传感器的输出电压为0－4V.
三、新方案的确立
通过对现有设备的功能分析，我们确定要实现环网柜备用电源自动投切硬件上已不需要增加任何硬件设备。

只要设法增加FTU
的功能使其满足满足环网柜备用电源自动投切的需要即可。

我们根据动作需求编写了动作判据，根据我们的判据组织相关人员编写了新的FTU 运行程序。

仍以两路电源两路负载为例，如图（4）
图（4）
动作判据如下：
① 、QF 1运行QF 2备用方式
U V2 TWJ 备用方式：当降至设定值、电压降至设定值、备用线路电压在合格范围内并且QF 1开关在合闸状态、QF 2在分闸状态时备自投程序启动经整定延时后发出跳闸指令断开QF 1开关，使故障电源脱离环网柜。

当系统确认QF 1开关确已断开后下达QF 2合闸命令，实现备用电源自动投切。

② 、QF 2运行QF 1备用方式
U
QF2运行QF1备用方式：当FTU检测到QF2所控线路的电流降至设定值、电压降至设定值、备用线路电压在合格范围内并且QF2开关在合闸状态、QF1在分闸状态时备自投程序启动经整定延时后发出跳闸指令断开QF2开关，使故障电源脱离环网柜。

当系统确认QF2开关确已断开后下达QF1合闸命令，实现备用电源自动投切。

程序优点：（1）如果备用电源不正常程序不启动。

（2）故障电源的开关没有断开，备用电源开关不合
闸。

（3）手动操作开关备自投程序不起动。

(4)定值由系统维护口输入。

（5）程序的投入与解除由压板控制。

四、模拟试验
依照动作判据我们组织人员编写了运行程序并进行了安装。

在试验场我们将FTU与环网柜进行了相关连接。

环网柜的两路10kV电源分别由两台10kV配电变压器提供。

（10kV配变低压侧接低压400v电源并由空气开关控制，高压侧接环网柜电源端）如图
试验接线单相图
试验步骤及结果：
1、投上备自投压板，
2、合上QF1、开关，断开QF2开关。

合上K1、k2开关满足环网柜两路电源供电的要求。

3、断开K1使一路电源失电。

试验现象：k1开关断开后经设定延时后QF1、开关跳闸，紧接着QF2开关合闸。

电源切换成功。

4、合上K1开关、断开k2开关使二路电源失电。

试验现象：k2开关断开后经设定延时后QF2、开关跳闸，紧接着QF1开关合闸。

电源切换成功。

5、、合上k2开关，手动断开QF1开关。

QF2、开关不动作。

6、QF2、开关合闸位置、QF1开关在分闸位置。

手动拉开QF2、开关，QF1开关不动作。

7、同时合上K1、k2开关，QF1开关在分闸位置QF2、开关在合闸位置。

手动合上QF1开关，QF2不动作。

8、同时合上K1、k2开关，QF2开关在分闸位置QF1、开关在合闸位置。

手动合上QF2开关，QF1不动作。

9、同时合上K1、k2开关而后同时断开K1、k2开关。

，均不动作。

10、同时合上K1、k2开关，QF1、QF2开关。

拉开K1，QF1、QF2开关均不动作。

合上K1开关，拉开k2开关
QF1、QF2开关均不动作。

11、解除备自投压板。

重复进行以上操作任何开关没
有出线误动现象。

通过各种情况的模拟测试装置均能正常动作，符合环网柜备自投的技术要求。

FTU与环网柜电源备自投技术研究取得成功。

结束语：
FTU与环网柜电源备自投是配电自动化应用科技领域的理想方案。

通过对FTU的功能扩展，充分利用环网柜现有资源使其具有故障自动诊断、自动隔离，和自动供电恢复能力。

当环网柜的任何一路电源发生故障时，FTU备用电源系统便能自动判断故障电源并及时断开故障电源，同时使正常的备用电源自动恢复送电。

该方案有以下特点：
1、免去为专用备自投装置而配置的电压互感器、工作电源等设备，减小了故障点降低了环网柜的故障率。

2、省略了信息的上传和主站的分析判断及指令下达等众多中间环节，提高了动作的可靠性，缩短了故障停电时间。

3、整个电源自动转换工作由FTU完成，减轻了主站的工作量和信息量，使远动主站工作更为可靠。

4、控制采样回路及一次结线不需作任何调整，减小了安装的工作量。

该方案填补了省内空白，在技术和性能上达到了国内领先
水平，替代了国内外其他控制模式，为公司节约了大量资金。

该方案在城市配网自动化系统的推广与应用，具有良好的经济效益和社会效益。

11。