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1、FTU在馈线自动化中的运用,第五讲,主要内容,1、FTU简介2、FTU的结构和原理3、FTU在馈线自动化技术中的运用4、结论及展望,1、FTU简介,在馈线自动化实施过程中，故障定位、隔离及自动恢复供电是馈线自动化的主要实施目标。远方馈线终端是整个自动化系统的控制单元，起着连接开关和SCADA系统的桥梁作用，是用于实现对配电开关或环网柜进行数据采集和控制的自动化设备。这种终端装置简称为FTU。,基于FTU的配电网自动化系统的组成,基于FTU的配电网自动化系统的组成,在图中所示的系统中，各FTU分别采集相应柱上开关的运行情况，如负荷、电压、功率和开关当前位置、贮能完成情况等，并将上述信息由通信网络
2、发向远方的配网自动化控制中心。各FTU还可以接受配网自动化中心下传的命令进行相应的远方倒闸操作。在故障发生时，各FTU记录下故障前及故障时的重要信息，如最大故障电流和故障前的负荷电流、最大故障功率等，并将上述信息传至DAS控制中心，经计算机系统分析后确定故障区段和最佳供电恢复方案，最终以遥控方式隔离故障区段、恢复健全区段供电。,FTU的功能要求,1、遥信功能：FTU应能对柱上开关的当前位置、通信是否正常、贮能完成情况等重要状态进行采集，对于开关合/分操作的反应时间应在1秒之内。2、遥测功能：FTU应能采集线路的电压、开关经历的负荷电流和有功功率、无功功率等模拟量，以及进行谐波分析，电压、电流采
3、集精度2%一3%。3、遥控功能：FTU应能接受远方命令控制柱上开关合闸和跳闸，以及启动贮能过程等。开关合/分操作在3一5秒内完成，并具有返校功能。4、遥调功能：FTU应能对开关的动作次数和动作时间进行统计和监视。,FTU的功能要求,5、对时功能：FTU应能接受主系统的对时命令，以便和主系统时钟保持一致。6、事故记录功能：FTU应能记录事故发生时的最大故障电流和事故前一段时间的平均负荷，以便分析故障。7、自检和自恢复功能：FTU应具有自检测功能，并在设备发生自身故障时及时告警;FTU应具有可靠的自恢复功能，一旦受干扰造成死机，可以恢复正常运行。8、远方控制和手动操作功能：在检修线路和开关时，相应
4、的FTU应能具有远方控制闭锁和手动开关合/分操作功能，以确保操作的安全性，避免误操作造成的恶性事故。9、远程通信功能：FTU应具有远程通信功能，能够收集下级子站的数据并上传上级主站。,FTU的特殊要求,我国的配电网将越来越多地采用在线路上的柱上开关、环网柜、无功补偿电容器等设备，由FTU实现对这些线路设备的监控，因此，对FTU有以下特殊要求：1、能适应较恶劣的运行环境：能在一30一+60温度变化范围里正常工作，要具有良好的防潮、防雨、防腐蚀措施。它安装在电力线柱上或组合式配电柜内，能承受高电压、大电流、雷电等干扰，要求有很高的抗千扰能力。2、体积小，便于安装：FTU安装在电力线柱上或组合式配电
5、柜内，安装空间有限，要求体积尽量小，从减少体积、抗震、可靠性等角度考虑，FTU不宜采用总线插件式结构，一般是做在一块印制板(PCB)上侧。3、功耗要小：由于FTU在配电网故障停电时，要求把故障信息传送给控制中心，由控制中心作出决定是否下发命令，对开关进行操作，而线路设备的控制装置一般由电压互感器及蓄电池组供电，蓄电池容量有限，所以FTU功耗要尽量小。,2、FTU的结构和原理,FTU是基于FTU的馈线自动化的核心设备，本节以某馈线FTU的结构和控制系统为例来介绍FTU的机构和原理。,某馈线FTU的结构,某FTU控制器的整体系统结构图,FTU安装情况,2 FTU原理构成图,1）FTU的输入部分,A
6、 模拟输入,2）FTU的输入部分,B 状态输入,3）FTU的计算与处理部分,4）FTU的电源部分,竞争者,5）FTU的输入/输出（I/O）部分,3 FTU的功能及性能要求,FTU应具有常规RTU相同的基本功能，包括遥信功能、遥测功能、遥控功能、对时功能、事件顺序记录等等，以及FTU特有的其他功能。,某FTU控制器的整体系统,FTU控制器的整体结构图如图所示。三相电压、电流经过CT、PT后转换为标称值为100V和5A的电压、电流，再把该信号经过传感器转换为跟随式的标称值为5V的电压信号(此处采用西南自动化研究所的WB系列传感器)。信号经过过零比较器生成频率相同的方波，以利于测频和实现缺相检测;同
7、时信号经过调理电路(低通滤波)后，进入两片4通道的A/D转换器。系统时钟由可编程万年历时钟芯片提供，同时由控制中心精确对时。,某FTU控制器的整体系统,如果判断读出的数据值越限，单片机就控制相应的输出继电器动作，进行外部电容器组的投切及相关数据信息的存储。终端与主站通过CAN总线传送数据，RS232主要作为当地调试接口。系统配有键盘输入(由单片机软件去抖)和LCD显示，调试人员可以在现场通过按键输入命令，直接进行控制并从LCD读出所需数据。DSP控制六路A/D的采集，然后由DSP完成软件FIR滤波、FFT运算以及各电网参数的计算，然后将数据存储到双口RAM中，通知通信部分的十六位单片机读取这些
8、数据，进行各种判断，并将需要的数据存贮于掉电保护的NVRAM中。,FTU的软件流程图,3、FTU在馈线自动化技术中的运用,馈线自动化的重点是故障自动诊断、隔离与恢复，这也是FTU在馈线自动化应用的关键所在。根据故障隔离、网络重构策略的着重点不同，馈线自动化技术的解决方案经历了分布式就地控制模式，远方集中监控、分层处理模式以及综合智能控制模式三种控制模式，前两种模式使用比较广泛。但随着电力系统综合自动化的升级改造和不断完善，以FTU为基础的综合智能控制将是以后的主要发展方向。,1）、分布式就地控制模式带时限电压型馈线自动分段解决方案 重合器FA解决方案馈线控制终端FTU就地解决方案 2）、分层处
9、理模式3）、综合智能控制模式,FTU在馈线自动化技术中的运用,带时限电压型馈线自动分段解决方案,基于电压-时间型分段开关的FA解决方案,馈线分段开关采用电压型、带时限的自动配电开关，开关动作判据是馈线是否失电，这是60年代日本采用的馈线自动化方式。当馈线失压时，开关延时断开;当馈线恢复带电时，经延时t1闭合;当小于t2又失电，则开关自动闭锁，自动隔离故障点。t1要求与重合闸时限相匹配，t2与出线开关速断保护相配合。这种馈线自动分段FA解决方案最简单，不需要任何通信手段，通过检测馈线电压和时限，经多次重合，实现故障自动隔离的目的。但这种方案需要多次重合。同时，非故障区段也要受停电影响，馈线长、分
10、段多，逐级延时的时限越长，对系统影响越大。这种馈线方案目前已逐渐被淘汰。,重合器FA解决方案,基于电流-时间型自动重合器的FA解决方案,重合器具有切断故障电流的能力，利用重合器自身的保护和自动化能实现馈线故障就地隔离和网络重构的功能。重合器FA解决方案一般用于市郊或农电长馈线，负荷分散、传输容量不大的线路，以减少重合器多次重合对系统的冲击。但缺点是环路上重合器之间的配合靠重合次数来实现，分段越多，相互配合越困难，尤其是出线开关速断保护延时的时限超长，对系统影响越大，另外重合器的投资比较大。采用重合器组网实现馈线自动化功能与采用自动开关相比有很大进步。重合器方案类似于分段开关，目前己逐步被FTU
11、方案取代。,馈线控制终端FTU就地解决方案,配电网自动化系统要实现FA功能，必须建立一种可靠、高效、合理、易于扩展、易于维护的FA通信网。在该方式解决方案中，采用具有电动操作机构的负荷开关或环网柜作为馈线分段开关，同时配置具有通信功能的馈线控制终端FTU。在线路故障、变电站出线断路器跳闸后，装设在线路上将线路分段的FTU通过点对点通信交换故障信息，FTU通过网络通信接收相邻FTU故障电流信息，FTU就地判断相邻FTU是否都有或都没有故障电流信号。若是，则故障不在本线段;若不是，则相邻FTU，一侧有故障电流信号而另一侧没有，故障就定位在本线段区间内。FTU就地发操作命令，将各自开关跳开，完成故障
12、自动隔离，自动恢复非故障区段的供电。,馈线控制终端FTU就地解决方案,这种控制方式的主要特点为:采用FTU馈线智能控制终端，实现故障自动隔离，与前两种控制模式相比，技术上更先进。分段开关采用负荷开关，与重合器相比，一次设备投资少，但要增加相应的FTU和通信的投资。广泛用于市区和市中心配网馈线自动化，是SCADA控制方式的过渡阶段。,远方集中监控、分层处理模式,这是目前应用比较广泛的一种控制方式。配电网的发展趋势是实现远方监控。开关或环网柜的FTU都要与配调中心站通信，故障隔离操作由馈线自动化主站以遥控方式进行集中控制。队故障自动处理采用分层分布处理，与配电网自动化系统分层结构相关联。该控制模式
13、采用先进的电子技术、计算机技术和通信技术，能有效减少馈线开关的多次重合，迅速准确的定位和隔离故障，快速恢复非故障区段的供电。并且基于网络信息，实施集中控制，能按照最优经济方案实现恢复供电，在正常情况下能实现SCADA功能，实时监控馈线运行情况，能完成“四遥”功能。该控制模式的主要问题是对通信的可靠性要求比较高，一旦系统通信方式出现故障，将直接导致馈线自动化的功能丧失，因此必须要求有很高的通信可靠性。,远方集中监控、分层处理模式,该方案一般分为3个层次:第一层以FTU为基础，主要完成故障检测与识别:第二层以配电子站为幅射中心，完成在其辖区内FA处理和控制;第三层以主站为配调中心层高层次全局管理和
14、网络优化。这3个层次的分布处理相互关联，能在底层处理的，尽量在底层处理，底层处理不了的，将信息转送上一层处理，以保证以处理的快速性、准确性。采用这种分层处理方式，一般故障自动隔离时间小于30S，故障后网络重构恢复供电时间小于60S。,例：SD-2000配电自动化与管理系统,SD-2000配电自动化与管理系统是是利用现代电子、计算机、通信及网络技术，将配电网数据、用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统。该系统分为配电主站、配电子站和配电终端三层，配电主站为该系统的控制管理中心，配电终端通过配电子站传输数据，实现各种控制功能。SD-2000配电自动化与管理系统有三种途径实现
15、馈线自动化：1、主站、子站、终端共同完成：对于多电源等拓扑关系比较复杂，通信网络跨越子站的配电网络，故障隔离与供电恢复可依靠 主站自动完成。2、子站和终端共同完成：对于拓扑关系不太复杂，单一子站能将环网数据全部采集到的配电网络，故障处理算法可由子站完成，并由子站自动下发控制命令进行故障隔离与供电恢复。3、FTU独立完成：在没有通信的模式或通信中断的情况下，FTU根据自身的过流和失压情况，变电站 出线开关仅需一次重合，FTU就能够直接切断故障，联络开关在一侧失压后延时合闸，以恢复供电。此方式不改变变电站的开关及保护配置。该模式称就地模式，就地模式在5秒内完成馈线自动化过程。,结论及展望,1、对于
16、以上的几种方案，在我国不同的地区已有实现，而且每种方案都有各自的优缺点。将视各地现有的具体情况“因地而异”。2、馈线自动化系统应用的关键，在于能够通过馈线自动化远方智能终端FTU，快速恢复无故障区域送电，缩短停电时间，提高供电的可靠性。3、对于馈线监控级(FTU级)的目标为:把负荷故障检测定位、故障隔离和供电恢复(FDIR)的配电调度处理工作，有效地下放到馈电线的FTU，让它们自已相互通讯来解决问题；配电网断路器/负荷开关，通过与新一代带FDIR功能的FTU，实现相互通讯和故障分析处理，及时完成故障检测定位、故障隔离和供电恢复，简化主站控制。4、综合智能控制方式基于智能远方馈线终端FTU的馈线自动化将是馈线自动化未来发展的一个主要方向，并且智能化、集成化程度高、带有保护功能的FDIR也将是以后FTU设计的一个主要方向和参考。,谢 谢,
