配电自动化远动终端FTU开关量采样通道及软件设计

《配电网自动化技术》课程设计任务书

目录

一、设计由来 (1)

1.1现场设备概念 (1)

1.2配电网馈线远方终端单元FTU简介 (2)

1.3开关量内容 (3)

二、设计原理 (4)

2.1 电路原理设计 (4)

2.2 各环节电路 (5)

三、详细设计 (7)

3.1设计要求 (7)

3.2 性能指标计算及元器件的选择 (7)

3.3开关量的采集程序算法及程序流程设计 (15)

四、设计总结 (17)

五、附录：参考文献 (18)

一、设计由来

电力系统由发电系统，输电系统，配电系统构成。它是由大量的发电机、变压器、电力线路和负荷等设备有机的构成，旨在生产、传输、分配、消费电能的各种电气设备按照一定方式连接的整体。

配电系统和输电系统，实际上是按其实现的功能来划分。通常按输电系统的降压变电站中主变中压侧来划分，高压侧断路器及其连接的系统为输电系统，另一侧为配电系统。配电系统(distribution system)：是电力系统中从输电系统的变压点(transformation points)向电力用户传送电能的部分，也是将电能分配到各个用户的最终环节，包括不同电压等级的变电站、配电变压器、配电线路以及把不同用户连接起来的其它电气设施，常称为配电网。

配电网自动化，是一个涵盖面广，用于管理与运行配电网的综合自动化系统，包含了配电网中的变电站、馈线网络、及用户管理、监控、优化运行等功能的系统。

配电自动化系统是应用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配电网实时信息、离线信息、用户信息、电网结构参数、地理信息进行安全集成，构成完整的自动化及管理系统，实现配电网正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理。它是配电自动化与配电管理集成为一体的系统。

目前的功能：变电站自动化、馈线自动化、需方用电管理、配电管理自动化。

1.1 现场设备：

（1）RTU (Remote Terminal Unit)：远动终端，是采集所在发电厂或变电站表征电力系统运行状态的模拟量和状态量，监视并向调度中心传送这些模拟量和状态量，执行调度中心发往所在发电厂或变电站的控制和调节命令。

(2) FTU（Feeder Terminal Unit）: 馈线终端单元，特指实现馈线段的模拟、信号量的测量、控制、的设备。

(3) TTU(Transformer Terminal Unit):配电变压器终端单元，实现配电变压器的模拟、信号量的远方设备。

(4) DTU(Distribution Terminal Unit ):配电终端单元, 配电环网柜等设备的模拟、信号的测量控制的设备。

(5) IED(Intelligent Electronic Device)智能电子设备：由一个或多个微处理器组成，完成特定的功能，能向外部装置发送信息，并能接受外部指令的装置。

我国特指发电厂开关站或变电站内实现四遥的自动化设备，目前已变电站自动化系统取代。

1.2配电网馈线远方终端单元FTU

1.2.1 配电网馈线远方终端单元FTU，一般根据其安装应用场合的不同,分为

柱上FTU，环网柜FTU(DTU)。不同的FTU监测的馈线回路数据不一样，但基本功能一样，包括遥信、遥调、遥控和故障电流检测等功能。

配电网馈线终端单元FTU, 安装在柱上开关处，完成对柱上开关的监控。FTU的工作电源来自FTU自身携带的免维护蓄电池；开关的操作电源以及蓄电池的充电电源来自柱上开关两侧的电压互感器。一般的FTU采用高性能单片机，具有带光电隔离的多路开关量输入，多路交流采样，可远方或就地控制一个或多个对象，具有重合闸功能，可选配过流、速断保护，具有对时功能和定值远方下装和召唤功能；具有故障报告功能；能在恶劣环境（高温、严寒、防雷、防尘、防雨等）下运行。

1.2.2 FTU的基本功能：

(1) 遥信功能：FTU对柱上开关当前开合状态、通信是否正常、开关储

能、柜门、电池是否正常、及保护动作等信号进行采集。

(2) 遥测功能：线路电压，电流(零序电流)有功、无功、电源电压及蓄电

池容量进行采集。

(3) 遥控：FTU接受区域站转发的主站合闸或分闸命令。

(4) 统计功能：对开关的动作次数和运行时间和过电流次数进行统计。

(5) 对时功能：能接收区域站的对时命令。

(6) 事件顺序记录(SOE)：记录状态量发生变化的时刻的先后顺序。

(7) 事故记录：记录事故发生前和发生时的电流、电压、及功率，便于分

析事故，确定故障区段。

(8) 定值远方整定和召唤；

(9) 自检自恢复，看门狗。

(10) 远方控制闭锁与手动操作功能。当进行线路开关检修时，相应的

FTU有远方控制闭锁功能，以确保操作的安全性，避免发生误操作和恶性事故，同时提供当地手工合闸、分闸操作。

(11) 通信：总线接口，以太网接口。

(12) 扩展：(1)电量采集，积分方式得到电量，用于管理。

(12) 微机保护:具备保护动能。

(13) 故障录波(发展中，存在争议)

1.2.3 FTU选配功能

（1）采集交流电压，实现对电压、有功功率、无功功率的测量并有互感器的异常报警。

（2）能够储存顶点的电流量并按照召唤向子站或主站传送。

（3）接收并执行对时命令。

（4）具有与两个及以上主站通信的功能。

（5）采集事件顺序记录并向远方传送。

（6）具有设备自诊断或远方诊断。

（7）具有通道监视功能。

（8）具有当地显示功能。

（9）采集电能表脉冲或多功能表数据。

（10）可具有继电保护和重合闸功能。

1.3 开关量

现代IED的输入信息分为，模拟量和开关量两种。

开关量主要包括：由电力设备的继电器触点提供。反映各种开关开合状态、设备的工作状态。

具体信息为：

(1) 短路器、刀闸的状态。

(2) 继电保护动作信息。

(3) 设备的运行信息，断线、缺相，运行、停运，正常、故障等

(4) 其它，门禁，动物进入等状态信息，压力超限，油温超限等。

以上信号，均取自现场设备的继电器的辅助触点，提供给IED装置的辅助触点信息有两种：有源触点和无源触点。

有源触点，通过一个电压反映设备开关量信息。

无源触点，相当一个开关，输入IED装置时，无论反映的是“合”还是“分”，触点两端均无电位差。断路器、隔离刀闸的信息，均是无源触点。

有源源开关量端子

无源开关量