第3章 配电终端——FTU
3.1 终端建设原则和终端电源的配置
3.1.1 终端建设原则
标准Q/GDW 11184—2014《配电自动化规划设计技术导则》明确了终端建设原则。这里进行简要介绍。
1.总体要求
（1）配电终端用于对环网单元、站所单元、柱上开关、配电变压器、线路等进行数据采集、监测或控制，具体功能规范应符合Q/GDW 514的要求。
（2）配电终端应满足高可靠、易安装、免维护、低功耗的要求，并应提供标准通信接口。
（3）配电终端供电电源应满足数据采集、控制操作和实时通信等功能要求。
（4）应根据可靠性需求、网架结构和设备状况，合理选用配电终端类型。对关键性节点，如主干线联络开关、必要的分段开关、进出线较多的开关站、环网单元和配电室，宜配置“三遥”终端；对一般性节点，如分支开关、无联络的末端站室，宜配置“二遥”终端。配变终端宜与营销用电信息采集系统共用，通信信道宜独立建设。
2.供电分区划分标准（见表3-1）
表3-1 供电区域划分表
注：1. σ为供电区域的负荷密度（MW/km2）。2.供电区域面积一般不小于5 km2。3.计算负荷密度时，应扣除110（66）kV专线负荷，以及高山、戈壁、荒漠、水域、森林等无效供电面积。
3.终端配置
（1）供电区域划分方法应遵循Q/GDW 1738的规定。
（2）A+类供电区域可采用双电源供电和备自投以减少因故障修复或检修造成的用户停电，宜采用“三遥”终端快速隔离故障和恢复健全区域供电。
（3）A类供电区域宜适当配置“三遥”“二遥”终端。
（4）B类供电区域宜以“二遥”终端为主，联络开关和特别重要的分段开关也可配置“三遥”终端。
（5）C类供电区域宜采用“二遥”终端，D类供电区域宜采用基本型“二遥”终端，C、D类供电区域如确有必要经论证后可采用少量“三遥”终端。
（6）E类供电区域可采用基本型“二遥”终端。
（7）对于供电可靠性要求高于本供电区域的重要用户，宜对该用户所在线路采取以上相适应的终端配置原则，并对线路其他用户加装用户分界开关。
（8）在具备保护延时级差配合条件的高故障率架空支线可配置断路器，并配备具有本地保护和重合闸功能的“二遥”终端，以实现故障支线的快速切除，同时不影响主干线其余负荷。
（9）各类供电区域配电终端的配置方式如表3-2所示。
表3-2 配电终端配置方式推荐表
3.1.2 终端电源的配置
在配电自动化系统运行中，配电终端电源及储能设备作为保障配电终端正常工作的重要设备，其可靠性水平直接关系到配电自动化系统的实用化水平。而由于配电终端呈海量分布，且运行环境较差，导致配电终端的电源尤其是以蓄电池作后备的电源容易受到高温、潮湿等环境因素的影响。
1.配电终端电源系统架构
配电终端的工作电源通常取自线路TV的二次侧输出，特殊情况下使用附近的低压交流电（如市电），供电电压为AC 20V，屏柜内部安装电源模块，将AC 220V转换成DC 24/48V，给终端供电，并配置无缝投切的后备电源。一般而言，配电终端电源回路由防雷回路、双电源切换、整流回路、电源输出、充放电回路、后备电源等几个部分构成。电源回路概念框图如图3-1所示。
图3-1 配电终端工作电源回路概念框图
（1）防雷回路
为防止雷电和内部过电压的影响，配电终端电源回路必须具备完善的防雷措施，通常在交流进线安装电源滤波器和防雷模块。
（2）双电源切换
为提高配电终端电源的可靠性，在能够提供双路交流电源的场合（如在柱上开关安装两侧TV、环网柜两条进线均配置TV、站所两段母线配置TV等），需要对双路交流电源进行自动切换。正常工作时，一路电源作为主供电源供电，另一路作为备用电源；当主供电源失电时，自动切换到备用电源供电。
（3）整流回路
把交流输入转换成直流输出，给输出回路、充电回路供电。
（4）电源输出
整流回路或蓄电池的直流输出给测控单元、通信终端及开关操作机构供电，具有外部输出短路保护功能。
（5）充放电回路
用于蓄电池的充放电管理。充电回路接收整流回路输出，产生蓄电池充电电流。在电池容量缺额比较大时，首先采用恒流充电；在电池电压达到额定电压后，采用恒压充电方式；当充电完成后，转为浮充电方式。放电回路接有放电电阻，定期对蓄电池活化，恢复其容量。
（6）后备电源
在失去交流电源时，后备电源将提供直流电源输出，以保证配电终端、通信终端及开关分/合阐操作进行不间断供电。
2.电源及储能设备配置原则
配电终端电源系统需要给装置本身、开关操作、通信设备及其余柜内二次设备供电，并应具备无缝投切后备电源的能力，因此必须要对供电电源系统提出满足配电网运行环境的基本要求。
（1）应支持双交流供电方式
采用蓄电池或超级电容器作为后备电源供电时，正常情况下，由交流电源供电，支持TV取电。当交流电源中断，装置应在无扰动情况下切换到另一路交流电源或后备电源供电；当交流电源恢复供电时，装置应自动切回交流供电。
（2）应能实现对供电电源的状态进行监视和管理
具备后备电源低压告警、欠电压切除等保护功能，并能将电源供电状况以遥信方式上送到主站系统。
（3）具有智能电源管理功能
应具备电池活化管理功能，能够自动、就地手动、远方遥控实现对蓄电池的充放电，且放电时间间隔可进行设置。
3.配电终端的交流电源的设置
不同站点交流电源选配原则及其容量要求如表3-3所示。
表3-3 配电终端的交流电源选配原则及其容量要求
注：1.按照DL/T 721—2013《配电自动化远方终端》，馈线终端整机功耗不大于20V·A，站所终端整机功耗不大于30V·A；通信设备功耗，参考所选择具体通信设备功耗指标。
2.具备两路电源输入条件时，应采取两路并行输入或无缝切换的设计。
3.从技术角度来讲，也可以使用线路TV取电。但是，由于配电线路负荷电流变化范围较大，在线路处于空负荷或轻负荷状态时，取电TV难以提供足够的能量输出，实际工程使用效果欠佳，不推荐使用。
4.配电终端的后备电源的设置
后备电源可用免维护铅酸蓄电池或超级电容器储能。由于铅酸蓄电池对充放电方式、环境温度要求高，使用寿命短，严重制约了终端的可靠运行，是导致所建配电自动化系统不能正常运行的关键原因之一。近年来，超级电容器因其良好的可靠性与较长的使用寿命（10年左右）获得了越来越多的应用，是配电终端后备电源的发展方向。
超级电容器（见图3-2）是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，既有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。与蓄电池和传统电容器相比，超级电容器的特点主要体现在以下几方面：
1）功率密度高。功率密度可达数百W/kg，远高于蓄电池的水平。
图3-2 超级电容器
2）循环寿命长。在几秒钟的高速深度充放电循环50万次至100万次后，超级电容器的特性变化很小，容量和内阻仅降低10%～20%。
3）工作温限宽。由于在低温状态下超级电容器中离子的吸附和脱附速度变化不大，因此其容量变化远小于蓄电池。商业化超级电容器的工作温度范围可达-40～+80℃。
4）免维护。超级电容器充放电效率高，对过充电和过放电有一定的承受能力，可稳定地反复充放电，在理论上是不需要进行维护的。
5）绿色环保。超级电容器在生产过程中不使用重金属和其他有害的化学物质，且自身寿命较长，因而是一种新型的绿色环保电源。
从控制造价和体积两方面考虑，配电终端应用超级电容器储能的不间断供电时间不宜超过1h，如果设备停电时间较长，配电终端将因失去电源而无法工作。考虑到配电终端主要用于正常运行时倒闸操作与故障隔离、恢复供电操作控制，而设备长时间停运后可通过人工操作送电，应用超级电容器储能是能够满足配电网自动化运行要求的。如果在柱上开关或环网柜的两个进线侧都装有电压互感器，则在其任一侧有电的情况下，都可为配电终端提供交流电源。而在两侧都失电的情况下，配电终端长时间运行及对开关进行多次操作并没有什么意义。因此，超级电容器储存的电量只要能在两侧线路失电后，维持配电终端运行一段时间并提供开关操作需要即可。这样对储能装置容量的要求就低了很多，超级电容器完全满足应用要求。
对于二遥终端，其后备电源容量除能够在失去主电源后需要继续运行较短的时间以保证信息的测量存储与停电信息的上传外，还需要满足开关就地操作的需要。对于三遥终端，后备电源应能够在主电源失电的情况下维持配电终端及通信模块运行一段时间，并保证开关至少三次分合阐操作的要求。
配电终端后备电源配置如表3-4所示。
表3-4 配电终端后备电源配置
