集成芯片化DTU智能环网柜的设计与实现

第25卷第—期电子计工程2017^ 4月Vol.25 No.24 Electronic Design Engineering Dec. 2017

集"#$%D T U&'(网*+ ,针与/规

陈波1蔡田田1肖卓典1乔峰2许健2吴恒2

(1.中国南方电网有限责任公司广东广州510000? 2.北京四方继保自动化股份有限公司北京100085)

摘要：随着分布式电源快速发展以及智能配电网的建设，环网柜偏向于小型化、智能化、网络化的 发展趋势，以满足配网自动化的功能需求。而传统的环网柜对配电网终端（DTU)依赖性很强，DTU 功能部件设计又过于冗杂，因此整体结构远没有达到理想的架构，各功能模块之间的配合没有实 现优化组合。本文通过标准化的方式，优化设计了集成芯片化DTU的智能环网柜，集成测控、继电 保护、在线状态监测、电能质量分析和通信等功能于一体，实现了环网柜的一二次有机融合，方便 系统运行维护，提高了系统可靠性。

关键词+智能环网柜；配电网终端；芯片化；配网自动化

中图分类号：TN99 文献标识码：A文章编号+ 1674-6236(2017)24-0001-05 Design and implementation of the intelligent ring main unit with integrated DTU chip

CHENBo1，CAI Tian-tian1,XIAOZIuo-dian1,QIAOFeng2,XUJian2,WU Heng2

(1. China Southern Power Grid Company Limited,Guangzhou510000 ,China; 2.Beijing Sifang

Automation co.，LLD，Beijing 100085 ,China)

Abstract：With the rapid development of distributed power supply and the construction of smart distribution network，the ring main unit tends trend to be small，intelligent and networking，in order to meet the functional requirements of distribution automation.However the traditionairing main unit mightily dependent the DTU,and DTU functional unit design is too jumbled，so the overall structure is far from reaching the ideal architecture，cooperation between the various functional modules did not achieve optimal combination.Through standardization and optimization of the design of the intelligent ring network cabinet with integrated DTU chip，which integrated control，relay protection，online condition monitoring，electric to quality analysis and communication.By the Integration of the primary andsecondary equipment,Intelligent Ring Main Unit can make operation and maintenance conveniently，and improve the reliability of the distribution system.

K e y wo r ds:ring main unit;DTU;chip;distribution automation

随着我国社会经济持续健康的发展和人民生活 水平的不断提高，人们对电能质量、供电可靠性和企 业的优质服务水平提出了更高的要求。同时，为了 应对全球气候变化，保障社会经济的可持续性发展，满足建设资源节约型和环境友好型社会的要求，从 国家能源战略和宏观政策层面上，对电力系统的发 展也提出了更高的要求。2013年7月31日，国务院 总理李克强主持召开的国务院常务会议确定，“加强 城市配电网建设，推进电网智能化”是城市基础建设六项重点任务之一，这是近年来在国家层面上第一 次将加强建设智能配电网上升到战略高度。同时，随着分布式电源快速发展，电动汽车、储能装置等大 量接人，配电网由无源网成为有源网，潮流由单向变 为多向，要求配电网提高适应能力，加快升级改造显 得日益紧迫[1_2]。

1概述

配电自动化建设中，环网柜以其体积小、结构紧 凑、安装方便、维护简单、安全可靠、方便供电等诸多

收稿日期：2016-11-03 稿件编号：201611020

基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2014AA051902)

作者简介：陈波（1970—），男，壮族，广西扶绥人，博士，高级工程师。研究方向：电力系统自动化。

《电子设计工程》2017年第24期

优点而被广泛应用。随着智能配电网的建设，环网 柜要求小型化、智能化、网络化，实现配网自动化的 功能。目前常用的做法是利用现有的产品，在普通 环网柜的基础上配置电流互感器、电压互感器、电动

操作机构、故障指示器、继电保护模块、配电终端单 元(DTU )等，使环网柜具备测控与保护功能，实现基 本配电自动化功能)]。

传统DTU 的架构是核心单元加外围部件，并配 备后备电源及通信模块.其不足之处+

1) DTU 里面的功能部件过于冗杂，造成D TU 本

身体积较大，安装维护不方便；

2) 环网柜对DTU 依赖性很强，如环网柜使用的 是D T U 自带后备电源，如DTU 故障，易造成环网柜

整个二次控制回路掉电，不利于提高供电的可靠性；

3) 环网柜中功能模块重复，如环网柜在配备 D T U 的同时Z 要在出线间隔配置看门狗保护装置， 功能冗余重复，整体功耗高，不利于设备整体功能及

性能的优化；4) 环网柜整体结构远没有达到理想的架构，各 功能模块之间的配合没有实现优化组合。

随着监测与传感、通信与实时数据处理、机械与电

气融合等技术的发展，更多种技术的融合是实现配电 开关设备智能化的技术，也是未来的发展必然趋势)]。

文中以环网开关设备在线监测，环境监测与故 障诊断为技术基础，结合馈线自动化F A ，继电保护 与测控，绝缘技术，将逻辑功能，装置结构与开关本 体一体化集成设计智能环网柜。通过优化设计，实 现环网柜的一二次有机融合)]。同时芯片化DTU 采 用标准化设计，实现即插即用，方便系统运行维护， 提高系统可靠性。

文中主要研究内容包括：芯片化智能环网柜的

设计与改造，芯片化DTU 的集成和通信方式研究，以

及智能环网柜整体实现方案研究。2芯片化智能环网柜的设计改造

2.1芯片化DTU 硬件平台设计芯片化DTU 装置采用Xilinx 公司的ZYN Q 系列 芯片，属于S 〇C 的一种，装置具体实施时，将部分功

能由外设芯片实现;采用双核AMP 模式，ZYNQ 芯片

两个ARM CPU 运行工作在不同模式下，其中一个是 实时系统下完成保护功能，一个是在LINUX 操作系 统下完成测控和通信管理功能。

图1芯片化DTU 原理框图

2.2芯片化DTU 结构设计

1)

采用分布式DTU 设计方案，芯片化DTU 按单 元配置，可就地安装在开关柜内；

2) 芯片化DTU 结构尺寸：长240 mm ,宽180 mm ， 高 100 mm ;

3)

使用一体式机壳、采用防锈铝材料，密封设 计，实现IP 67防护等级，与外部采用航空插头接口；

-2

-

4)优化结构布局，让CPU 芯片元件通过导热桂

胶与外壳直接接触，降低关键元件的温度，保证装置

可靠工作于-40〜70度高温。2"芯片化DTU 功能设计 2.3.1测控功能

1)芯片化DTU 实现对开关的监测，

包括三相电 压、三相电流、零序电压、零序电流、有功功率、无功

C P U

板连接器

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板连接器

A I

连接器

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连

接器