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【Kinetis分享】+电力系统FTU,DTU的设计

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flower_huanghua|  楼主 | 2014-12-10 18:01 | 只看该作者
馈线终端设备(FTU)
        FTU 是装设在馈线开关旁的开关监控装置。这些馈线开关指的是户外的柱上开关,例如10kV线路上的断路器、负荷开关、分段开关等。一般来说,1台FTU要求能监控1台柱上开关,主要原因是柱上开关大多分散安装,若遇同杆架设情况,这时可以1台FTU监控两台柱上开关。
FTU采用了先进的飞思卡尔Kinetis数字信号处理技术、多CPU集成技术、高速工业网络通信技术,采用嵌入式实时多任务操作系统,稳定性强、可靠性高、实时性好、适应环境广、功能强大,是一种集遥测、遥信、遥控、保护和通信等功能于一体的新一代馈线自动化远方终端装置。适用于城市、农村、企业配电网的自动化工程,完成环网柜、柱上开关的监视、控制和保护以及通信等自动化功能。配合配电子站、主站实现配电线路的正常监控和故障识别、隔离和非故障区段恢复供电。
主要特点如下:
(1)硬件平台采用32位高速高性能数字信号处理芯片,控制回路采用专用大规模可编程逻辑电路CPLD,集成度高,处理速度快,容量大;
(2)软件平台采用嵌入式实时多任务操作系统,保证了测量、控制、通信等任务的高效、可靠运行;
(3)每周波64点的高速高精度交流采样技术,零相差同步采样跟踪和数字滤波算法,软硬件结合采样自动去零漂技术[],大大地提高了遥测精度,无需校验,可进行31次谐波分析;交直流采样兼容技术;
(4)装置采用高可靠的专业开关电源实现交流、直流电源无延迟切换和对蓄电池的智能管理,自动充放电维护,低电压保护;
(5)采用国际著名的高可靠性爱立信DC/DC模块,给器件供电,确保了电源的可靠性;
(6)综合采取输入输出回路过流过压防护技术,去耦合技术,隔离技术等,有优异的抗雷击浪涌和尖峰脉冲干扰的能力,电磁兼容性能全部达到国家最高标准Ⅳ级;
(7)全部采用工业级器件,关键器件采样军品级,-20℃~70℃工作温度范围,完善的产品防护技术,不超过100%的湿度,能适应盐雾[]、台风、沙尘暴等户外恶劣环境;
(8)通信方式灵活:具有RS-232/485、工业以太网、CAN等多种通信接口,支持DL/T 634.5101-2002、DL/T634.5104-2002、DNP3、SC1801、MODBUS[]等多种通信规约,并可按需要进行扩充;通信信道:可支持光纤、载波、无线扩频、无线数传电台、CDMA[]、GPRS以及ADSL[]等多种通讯形式,由用户任选;
(9)可以与国产、进口的各种类型环网柜、重合器、断路器、负荷开关接口;可以和AC380V/220V/100V等各种交流操作回路、DC220V/24V直流操作回路、电机弹簧储能机构、永磁操作机构等配合;
(10)方便的系统维护,完善的自诊断功能,支持远方在线参数整定;
(11)故障状态检测:测量记录故障电流及方向、故障发生时间,能够满足故障分析、故障定位及隔离的需要;
(12)具有速断保护、重合闸功能。

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flower_huanghua|  楼主 | 2014-12-10 18:09 | 只看该作者
4 主要功能
4.1  遥测
(1)交流电气测量
Ia、Ib 、Ic、In、Uab、Ucb、Ua、Ub、Uc,Un等任意组合,一般Uab和Ucb分别取开关两侧,监视馈线两端的供电情况。
(2)两表法或三表法,软件计算出P、Q、Pa、Pb、Pc、f、cos∮等,根据主站需要上传;
(3)保护Ia、Ic的记录上传;
(4)直流模拟量:两路,电池电压、温度等。
4.2  遥信  
(1)开关状态信号, SOE;
(2)开关储能信号、操作电源;
(3)压力信号等;
(4)电池低电压告警;
(5)保护动作和异常信号;
(6)其他状态信号。
4.3  遥控
(1)开关的分合,失电后可进行2次以上分合操作;
(2)电池的维护;
(3)保护信号远方复归;
(4)其他遥控。
4.4  数据传输功能
能与上级站进行通信,将采集和处理信息向上发送并接受上级站的控制命令。
和上级的校时。
其他终端的信息向上转发。
电能量信息向上转发。
主动上传事故信息(可选功能)。
具有当地维护通信接口。
通信规约:支持DL/T 634.5101-2002(IEC60870-5-101)、DL/T634.5104-2002(IEC60870-5-104)、DL/T 451-91循环式远动规约、DNP3.0、SC1801、MODBUS等多种通信规约,并可按需要进行扩充。
通信接口:RS-232/485、工业以太网、CAN。
通信信道:可支持光纤、载波、无线扩频、无线数传电台、CDMA、GPRS以及ADSL等多种通讯形式,由用户任选。
4.5  故障识别、隔离、恢复供电及保护
具有速断、延时过电流(复合低电压)保护、重合闸功能,根据馈线自动化方案选配。
监测故障电流,记录过电流时间、过电流最大值,上报配电子站、配电主站。
配电子站、配电主站根据各开关FTU上报过电流故障信息和开关跳闸信息,按照配电网变结构耗散拓扑模型,进行故障区域判断,指出故障区域,生成故障隔离命令序列和非故障区域恢复供电命令序列。自动或人机交互下发执行。
4.6  就地操作
FTU内有分、合闸按钮,实现就地操作。
有就地/遥控选择开关,维护放电按钮等。
4.7  环网功能
当FTU设置为联络开关时,根据一侧或二侧PT受电状态,按整定值自动控制开关合分。在开关双侧有电时,禁止联络开关合闸。需要联网运行的,主站要进行专门设置和确认。当一侧失电时,根据FA方案和主站的设置,允许自动合闸的,自动控制合闸,以迅速地恢复供电。
4.8  定值下装、上传功能
速断定值、使能;
过电流定值,时间常数、使能;
重合闸时间、使能;
环网功能设置、取消。
4.9  当地维护功能
通过FTU上的标准通信维护接口,利用专用维护软件进行调试及维护。
包括参数定值配置、检查;遥测、遥信、遥控、对时测试召测;数据上传、通信等。
4.9  自诊断、自恢复功能
具有自诊断功能,当发现FTU的内存、时钟、I/O等异常,马上记录并上报。
具有上电自恢复功能。
4.10  电源UPS和电池维护功能
满足操作机构、终端设备和通信装置用电。
FTU双电源供电,一侧电源失电后仍可持续工作。
平时由主电源给FTU供电,同时给电池浮充。双侧电源失电后由电池供电,FTU可继续工作24小时(电台除外)。
电池低电压告警保护功能。
电池自动维护:在规定的时间内由调度员下发电池维护命令,电池开始放电,电池低电压时自动停止放电,自动切换由主电源供电,并给蓄电池充电。电池充电采用恒压限流充电,确保安全。

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flower_huanghua|  楼主 | 2014-12-10 18:21 | 只看该作者
5 主要性能和技术指标
5.1  交流采样
三相/两相任意配置,功率计算:三表法/两表法。
交流电压:AC100V /220V,测量CT电流AC5A/1A,保护CT电流AC 5A;
过载能力:交流电压:2Vn连续工作;
测量交流电流:2In连续工作.;20In持续1S;
保护电流:2In连续工作,10In持续1M。20In持续1S。
精度:交流测量信号I、U、P、Q:0.2级,故障电流精度:3级(由C T精度等级决定)。
输入功耗:交流电压回路:≤0.03VA/相,交流电流回路:≤0.5VA/相。
5.2  直流采样
直流DC0—30V、0—5V,4—20mA,10 mA。
精度: 0.5%。
5.3  遥信遥脉
16/32点开关量输入,光电隔离(2000VDC);无源接点,内部提供24VDC电源。
可以生成SOE,SOE分辨率:≤2ms。
遥脉:4点。
5.4  遥控
5/13路继电器接点输出。
触点输出容量: AC250V 10A或DC28V 10A,DC48V 8A阻性负载;可以接入AC220V、DC2 4V 、DC48V开关控制机构回路。
输出时间可设,一般0.5s。
5.5  通信
具备RS232/RS485:速率:600~19200。
CAN:100K bps。
以太网:10M。
5.6  电源系统
交流电压:AC22OV±20%,频率:50Hz±5%,谐波含量小于5%。
交流双电源,自动切换。
直流电压:DC24V/48V±20%;波纹系数小于5%。
蓄电池:12V×2,6.5AH;停电工作24小时。具有自动充放电功能,电池低电压告警保护功能、电池远方自动充放电维护功能。
5.7  环境条件
保存温度:-45℃----+85℃;
工作温度:-20℃----+70℃;
相对湿度:最大不超过100%;
大气压力:70KPQ~106KPQ。
无爆炸性气体,无导电尘埃,无严重霉菌,五剧烈振动冲击。
接地电阻≤4Ω
5.8  功率消耗
整机功耗:≤5W(不含电台功耗);
5.9  箱体结构
700×500×260;不锈钢喷涂,三防,IP54级,户外安装。
5.10 电磁兼容试验
a)低温、高温试验:环境温度:-20 C ~70C,满足要求。
b)湿热试验:部件、单元、PCB的涂敷保护,防尘、防潮、防露,交变湿热试验达到工业最高级4级标准。
c)抗高频干扰能力:信号控制和电源回路加衰减振荡波2.5kVP(差模、共模),工作正常,达到4级。
d)快速瞬变脉冲群:信号控制±2kVP(差模、共模),电源回路±4kVP(差模、共模),工作正常,达到4级。
e)浪涌干扰电压:信号控制和电源回路加±4kVP(差模、共模),工作正常,达到4级。
f)抗静电放电能力:±8kV,工作正常,达到4级。
g)抗工频电磁场:0.5mT,辐射电磁场:10V/m,80Hz ~1000MHz
h)耐冲击电压(雷击)能力:±5kV(1500A),正、负各三次,过后正常

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flower_huanghua|  楼主 | 2014-12-11 21:10 | 只看该作者
采用MK64FN1M0VLL12 MCU作为主控平台,

支持
  • K64FN1M0VLL12 MCU (120 MHz,1 MB闪存,256 KB RAM,低功耗,无晶振USB和100引脚薄型四方扁平封装(LQFP))
  • 两用USB接口,带Micro-B USB接头
  • RGB LED
  • FXOS8700CQ加速度传感器和磁力计
  • 两个用户按钮
  • 灵活的供电选项 - OpenSDAv2 USB、Kinetis K64 USB和外部电源
  • 可通过兼容Arduino™ R3的I/O接头轻松访问MCU输入/输出
  • 可编程OpenSDAv2调试电路,支持CMSIS-DAP接口软件,提供以下功能:
    • 大容量存储设备(MSD)闪存编程接口
    • CMSIS-DAP调试接口可通过免驱动的USB HID连接提供运行控制调试功能,兼容IDE工具
    • 虚拟串行端口
    • 开源CMSIS-DAP软件项目
  • 以太网
  • SDHC

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6
flower_huanghua|  楼主 | 2014-12-11 21:38 | 只看该作者
目前这个片子支持一个以太网,后续选取支持多以太网,可以配置成光口或者电口进行通信。

下图采用RMII接口。支持一个网口输出。


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7
flower_huanghua|  楼主 | 2014-12-11 21:48 | 只看该作者
FTU,DTU最重要的一块是AD采样,采用AD公司AD7606,有飞思卡尔主cpu进行控制。
采用并行接口连接到AD芯片。






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8
wuyh123| | 2014-12-15 09:18 | 只看该作者
不错。学习。!

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9
flower_huanghua|  楼主 | 2014-12-16 22:10 | 只看该作者
wuyh123 发表于 2014-12-15 09:18
不错。学习。!

:handshake

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10
godwen| | 2014-12-17 08:28 | 只看该作者
请教,这类系统的供电如何取电啊?可否进行感应取电呢?

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11
flower_huanghua|  楼主 | 2014-12-17 08:50 | 只看该作者
godwen 发表于 2014-12-17 08:28
请教,这类系统的供电如何取电啊?可否进行感应取电呢?

220V或者24V,48V直流输入,经过电源模块后取电

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12
tiger13579| | 2014-12-17 23:10 | 只看该作者
电力里面很多用飞思卡尔的。

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13
godwen| | 2014-12-18 14:11 | 只看该作者
这类有没有通过感应取电的应用方案啊?比如从380V的两相感应取电

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14
flower_huanghua|  楼主 | 2014-12-18 14:29 | 只看该作者
godwen 发表于 2014-12-18 14:11
这类有没有通过感应取电的应用方案啊?比如从380V的两相感应取电

取电方式与这个没关系。这种需要外加一个东西。

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15
flower_huanghua|  楼主 | 2014-12-21 07:42 | 只看该作者
FTU,DTU采用双电源设计,每路电源有对应的指示,并送到CPU,如果有任何一路断开,CPU判断后并进行告警。


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16
flower_huanghua|  楼主 | 2014-12-21 09:58 | 只看该作者
tiger13579 发表于 2014-12-17 23:10
电力里面很多用飞思卡尔的。

应该大多数都是。

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17
abszy| | 2015-1-28 10:47 | 只看该作者
这个贴子很不错  不知道这个方案是不是已经做出产品了呢?

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18
ljt8015| | 2015-1-28 12:28 | 只看该作者
基于飞思卡尔K64  内部不是集成16bit ADC了吗?

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19
ljt8015| | 2015-1-28 13:12 | 只看该作者
感觉这是南自的方案!

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20
flower_huanghua|  楼主 | 2015-1-28 15:14 | 只看该作者
wuyh123 发表于 2014-12-15 09:18
不错。学习。!

:handshake

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