電源模塊在配網自動化系統(tǒng)終端FTU的應用

　　摘 要：

　　配網自動化是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的必然趨勢，也是國家能源局未來重點關注的行動計劃之一(國家能源局下發(fā)《配電網建設改造行動計劃(2015~2020年)》)。在電力行業(yè)中RTU、DTU、FTU、TTU等設備是配網自動化系統(tǒng)中的開關監(jiān)控裝置，適用于城市、農村、企業(yè)配電網的自動化工程，完成環(huán)網柜、柱上開關的監(jiān)視和保護以及通信等自動化功能，配合配電子站、主站實現(xiàn)配電線路的正常監(jiān)控和故障識別、隔離和非故障區(qū)段恢復供電，在電力行業(yè)有著廣泛的應用。這些設備的內部設計上非常相似，其對電源的要求更是如此，本文以FTU為例主要介紹其供電電源解決方案。

　　關鍵詞：

　　配網自動化終端FTU、充電電源、隔離電源模塊、隔離系統(tǒng)

　　引 言

　　FTU是安裝在配電室或饋線上的智能終端設備。它可以與遠方的配電子站通信，將配電設備的運行數(shù)據(jù)發(fā)送到配電子站，還可以接受配電子站的控制命令，對配電設備進行控制和調節(jié)。本文主要介紹了電源模塊在FTU中的應用。

　　一、FTU的基本功能

　　饋線終端裝置簡稱FTU，具有遙控、遙信，故障檢測功能，并與配電自動化主站通信，提供配電系統(tǒng)運行情況和各種參數(shù)即監(jiān)測控制所需信息，包括開關狀態(tài)、電能參數(shù)、相間故障、接地故障以及故障時的參數(shù)，并執(zhí)行配電主站下發(fā)的命令，對配電設備進行調節(jié)和控制，實現(xiàn)故障定位、故障隔離和非故障區(qū)域快速恢復供電功能。

　　二、 電源模塊在FTU系統(tǒng)中的應用

　　方案一：

　　系統(tǒng)供電說明如下：

　　方案一：集成了充電電源，AC/DC電源輸出27V左右電壓，一路給DC/DC模塊進行供電，另一路給蓄電池供電;當市電斷電的時候，蓄電池提供備用電源。DC/DC電源提供兩路相互隔離的直流電，5V給串行通信模塊供電;5V作為AD轉換模組、微處理器芯片和數(shù)字電路的總電源;24V作為遙測系統(tǒng)隔離供電。如果MCU芯片需要3.3V或1.8V的供電電源要求，還可以再用LD0轉為為3.3V或1.8V的電源供MCU使用。蓄電池方案為目前行業(yè)內永磁開關使用比較多的方案，蓄電池的容量大，能夠帶起大電流的開關，但是體積也比較大。

　　方案二：

　　系統(tǒng)供電說明如下：

　　方案二：集成了充電電源，AC/DC電源輸出27V左右電壓，一路給DC/DC模塊進行供電，另一路給超級電容供電;當市電斷電的時候，電容提供備用電源。DC/DC電源提供兩路相互隔離的直流電，5V給串行通信模塊供電;5V作為AD轉換模組、微處理器芯片和數(shù)字電路的總電源;24V作為遙測系統(tǒng)隔離供電。如果MCU芯片需要3.3V或1.8V的供電電源要求，還可以再用LD0轉為為3.3V或1.8V的電源供MCU使用。超級電容目前的方案較少，電容的工藝成熟度還需要加強。

　　小結：方案一和方案二主要是針對遠程控制永磁開關，可以提供較大的能量，為開關的動作提供較長的維持時間。下面介紹另外兩種電源方案，方案三和方案四，主要特點為成本低，體積小，主要針對遠程控制彈簧開關而設計。

　　方案三：

　　系統(tǒng)供電說明如下：

　　方案三：本方案同樣集成了充電電源，但是這個電源屬于DC/DC充電電源，前級需要使用工頻變壓器和整流橋把輸出電壓變成直流電壓，電壓值可以自行設計，本方案以48V為例。充電電源只有一路輸出，52V直接給電容進行充電;當市電斷電的時候，電容提供備用電源。DC/DC電源直接從48V取電，5V作為AD轉換模組、微處理器芯片和數(shù)字電路的總電源;另外需要單獨隔離5V給串行通信模塊供電;24V作為遙測系統(tǒng)隔離供電。如果MCU芯片需要3.3V或1.8V的供電電源要求，還可以再用LD0轉為為3.3V或1.8V的電源供MCU使用。

　　方案四：

　　系統(tǒng)供電說明如下：

　　方案四：本方案較為常用，整體成本較低。直接采用工頻變壓器和AC/DC電源的組合，輸出同樣是兩路隔離電壓5V和24V，5V作為AD轉換模組、微處理器芯片和數(shù)字電路的總電源;另外需要單獨隔離5V給串行通信模塊供電;24V作為遙測系統(tǒng)隔離供電。如果MCU芯片需要3.3V或1.8V的供電電源要求，還可以再用LD0轉為為3.3V或1.8V的電源供MCU使用。此方案主要是針對遠程遙控彈簧開關，開關動作的能量主要由240VDC后端高壓電容C提供。

　　三、電源模塊在FTU控制系統(tǒng)應用中的選型方案

　　整個FTU系統(tǒng)的電源解決方案，主要考慮到不間斷供電的問題，所以需要雙電源供電的一個供電形式，主流的供電方式一般是有兩部分組成，一部分是大功率300W的AC/DC充電電源，這個電源一般兩路輸出，一路給后級的板卡進行供電，一方面給后級的蓄電池或者是超級電容進行充電;另外的一部分就是蓄電池或者超級電容，這個主要是在市電斷電的情況下，保證整個系統(tǒng)的正常運行。另外，電網對于EMC方面的要求比較苛刻，特別是浪涌方面，需要完全滿足4級的要求。主電源和蓄電池都掉電時，系統(tǒng)掉電保持時間500mS以上。

　　根據(jù)上面的應用描述，我們推薦選用金升陽MBP300-2A27D27的接線式電源，它具備電池充電功能，可對24V 鉛酸電池充電;工業(yè)級工作溫度：-40℃～+70℃;2500VAC 高隔離電壓;最大瞬時過功率達432W;優(yōu)越的EMC性能;接線式安裝。

　　方案二中使用的是電容充電電源，推薦金升陽公司的MCP100-2A27D27的接線式電源，該電源具備高效率高可靠性安全隔離等特點;輸出電壓連續(xù)可調，滿足不同的充電電壓要求，該系列廣泛應用于電力永磁開關控制器、電力網柜等電力設備，可用超級電容做不間斷供電。

　　遙測系統(tǒng)的供電需要高隔離電源的供電，主要是考慮到端口浪涌的問題;另外這個電源同時需要滿足低壓輸入供電的要求，所以推薦我司的URF2424LP-10WR3的產品。它具有3000VDC的高隔離電壓;9-36V的超寬輸入范圍;空載功耗低至0.12W;工作溫度：-40℃～+85℃;輸入欠壓保護，輸出過壓、短路、過流保護;裸機滿足CISPR22/EN55022 CLASS A。

　　主控板的電源，同樣需要滿足低壓輸入的寬電壓范圍，主要是5V給主板進行供電，所以這里推薦URB2405LD-20WR3的電源型號。

　　URB2405LD-20WR3具備1500VDC隔離電壓，9-36V輸入電壓范圍，5V穩(wěn)定電壓輸出，20W電源輸出功率，40～85℃的工作溫度范圍，效率高達90%，具備UL與CE認證。

　　FTU除具有數(shù)據(jù)采集與控制功能外,另一個重要功能就是通信功能。根據(jù)配電自動化系統(tǒng)的要求,FTU需要與配電自動化主站通信，提供配電系統(tǒng)運行情況和各種參數(shù)，并執(zhí)行配電主站下發(fā)的命令，對配電設備進行調節(jié)和控制。因此,對饋線終端裝置通信功能的要求比較嚴格。這里推薦我司的B0505XT-1WR2給485/232及CAN通信供電。B0505XT-1WR2具備1500VDC隔離電壓，體積小，效率高達80%，超寬溫度工作范-40~+105℃，滿足FTU市外惡劣的運行環(huán)境。并且為貼片化設計，方便客戶大批量生產。

　　方案三使用的DC/DC48V充電電源，以上圖為例，推薦金升陽公司的VRB4852D-30W-XJ的型號，具備36-72V寬輸入范圍，輸出恒壓恒流，短路保護，輸出報警等特性。24V充電電源同樣有對應的型號。

　　方案四使用了的AC/DC電源，推薦金升陽公司的LH20-10D0524-03型號，兩路隔離輸出，寬電壓輸入:85～264VAC，輸出短路、過流、過壓保護，通過UL/CE認證。

　　金升陽將根據(jù)FTU系統(tǒng)對電源模塊的需求，研發(fā)生產出更適合該行業(yè)應用的電源模塊，助力我國配電FTU行業(yè)發(fā)展。

　　名詞解釋：

　　[1] FTU：Feeder Terminal Unit饋線終端裝置

　　[2] SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)