电力-二次融合FTU技术规范
目录：
1.输入/输出
1.1 开关量触点输入: 10点
1.2 开关量触点输出: 4点
1.3 电流输入: 4路
1.4 电压输入: 6路
1.5 电源输入
2.测量
2.1 电流(4个)
2.2 电压(6个)
2.3 功率
2.4 功率因数
2.5 频率
2.6 电能
2.7 谐波
2.8 需求电流和功率
3.通讯
3.1 物理层
3.2 DNP 3.0协议
3.3 支持IEC60870-5-101和IEC60870-5-104协议
4.电源
4.1 额定值
4.2 蓄电池充电器
4.3 LBS 控制器
5.显示及操作面板
5.1 设定及信息查看
5.2 控制按钮
5.3 LED 指示灯
5.4 串行端口
6.数字处理器
6.1 双处理器结构
6.2 模拟/数字转换
6.3 DSP
6.4 CPU
6.5 原理框图
7.保护功能
7.1 故障诊断
7.1.1 相故障诊断
7.1.2 接地故障诊断
7.1.3 小电流接地故障SEF (Sensitive Earth Fault) 诊断
7.1.4 浪涌诊断
7.1.5 重合闸顺序
7.1.6 自动分段（就地馈线模式）
7.1.1.1 电压时间模式
7.1.1.2 自适应综合模式
7.1.1.3 电压电流模式
7.2 断线诊断
7.3 相同步检查
8.记录
8.1 事件记录
8.2 波形记录
8.3 计数器
9.环境数据
10.维护软件
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1.输入/输出
1.1 开关量触点输入: 10点
- 控制箱内DC 24V偏置电压
- 光耦合隔离(Viso) : 2,000Vrms
- 每路触点输入设定延迟时间(10~500ms, 5ms 每步) 以抑制回跳
- 信号
● 开关分位
● 开关合位
● 开关锁定
● 气体压力低
● 外接电源失效
● 电池放电
● 控制箱门打开
● 备用 #1
● 备用 #2
● 备用 #3
1.2 开关量触点输出: 4点
- DC 24V 辅助继电器触点脉冲输出
- 辅助继电器与逻辑之间光耦合隔离(Viso) : 2,000Vrms
- 输出脉冲宽度可变
- 信号及触点容量
● 开关分闸或跳闸
额定电流 16 A
额定电压/最大开断电压 AC 250Vac/440Vac
最大开断容量 AC 4,000 VA
关合电流(最大4s工作周期10%) 30 A
绝缘强度
线圈触点 5,000 Vrms
分闸触点电路 1,000 Vrms
机械寿命 > 30 x 106次动作
动作时间 典型7ms
● 开关合闸
额定电流 10 A ，250VAC/30VDC (PF=1)
5 A ，250VAC/30VDC (PF=0.4 L/R=7ms)
关合电流 10 A
最高动作电压 380 VAC, 125 VDC
最大开关容量 2,500VA, 300W (PF=1)
1,250VA, 220W (PF=0.4 L/R=7ms)
绝缘强度
线圈触点 2,000 Vrms
分闸触点电路 1,000 Vrms
机械寿命 典型50 x 106次动作
动作时间 10ms 最大 (典型5ms)
● 电池测试
与“开关合闸”输出特性相同
● 备用
与“开关合闸”输出特性相同
1.3 电流输入: 4路
- 12.5A最大(外接CT比率1000:1)
- 负荷: 低于 1VA
- 3相电流及中性线电流
- FTU辅助CT绝缘(Viso) : 2,000Vrms
- 浪涌耐压: 6kV
- 信号
● Ia : A相电流
● Ib : B相电流
● Ic : C相电流
● In : 中性线电流
1.4 电压输入: 6路
- 4Vrms 额定相电压
- 负荷: 低于0.01VA
- 最大输入范围: ~ 200%
- FTU辅助PT绝缘(Viso) : 2,000Vrms
- 浪涌耐压: 4kV
- 信号
● Va : A相电压
● Vb : B相电压
● Vc : C相电压
● Vr : R相电压
● Vs : S相电压
● Vt : T相电压
1.5 电源输入
- DC 24V (DC20 ~ 29V)
- 电源功耗: 最大 15W
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2.测量
2.1 电流(4个)
- RMS (A) 及相位 (o) Ia, Ib, Ic, In
- 序列成分 I1(正序), I2(逆序)
- 真RMS Ia, Ib, Ic
- 读取范围 2 ~ 12,500A (外接CT比率1000:1)
- 精度 2 ~ 600A : ±0.5% 或 ±1A
600~12,000A : ±3%
2.2 电压(6个)
- RMS (A) 及相位 (o) Va, Vb, Vc, Vr, Vs, Vt
- 序列成分 V1S(正序), V2S(逆序), V0S(零序)
V1L(正序), V2L(逆序), V0L(零序)
- 真RMS Va, Vb, Vc, Vr, Vs, Vt
- 不同相位(o) ∠Va - ∠Vr，∠Vb - ∠Vs，∠Vc - ∠Vt
- 读取范围 0.1 ~ 26kV
- 精度 ±0.5% 或 ±0.1kV
2.3 功率
- 有功功率(kW) A 相, B 相, C 相 , 3相全部
- 无功功率(kVAR) A 相, B 相, C 相 , 3相全部
- 视在功率(kVA) A 相, B 相, C 相 , 3相全部
- 读取范围 0 ~ 32767
- 精度 ±1%
2.4 功率因数
- A 相, B 相, C 相 , 3相全部
- 超前/滞后显示
- 读取范围 0 ~ 1.00
- 精度 ±2%
2.5 频率
- 读取范围 45 ~ 55Hz (系统频率 : 50Hz)
55 ~ 65Hz (系统频率 : 60Hz)
- 精度 ±0.02Hz
2.6 电能
- 输出有功电能(kWh) A相, B相, C相, 3相全部
- 输入有功电能(kWh) A相, B相, C相, 3相全部
- 容性无功电能(kVARh) A相, B相, C相, 3相全部
- 感性无功电能(kVARh) A相, B相, C相, 3相全部
- 读取范围 0 ~ 65535 (翻转)
- 精度 ±2%
- 可接入线损模块，获取电能冻结数据
2.7 谐波
- 全部谐波畸变(THD, %) 3相电流 THD (Ia, Ib, Ic, I3ph)
电源侧 3相电压THD(Vsa,Vsb,Vsc,Vs3ph)
负荷侧 3相电压THD(Vla,Vlb,Vlc,Vl3ph)
- 2nd ~ 15th 谐波RMS (A, kV) Ia,Ib,Ic,Va,Vb,Vc,Vr,Vs,Vt
2.8 需求电流和功率
- 可配置需求间隔 5, 10, 15min
- Ia, Ib, Ic, Pa, Pb, Pc, P3ph, Qa, Qb, Qc, Q3ph
- 存储日最大电流和功率
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3.通讯
3.1 物理层
- RS232/9针插座连接器 DCD(1), RX(2), TX(3), DTR(4), GND(5)
DSR(6), RTS(7), CTS(8), NC(9)
- 速率(波特率) 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 BPS
- 支持调制解调器控制 RTS, CTS, DCD, DTR, DSR
CTS, DCD信号间断时间可配置
RTS关闭延迟可配置
- 光耦合隔离
- ESD, 瞬态噪声保护
- 两路百兆网口
3.2 DNP 3.0协议
- 支持 DNP 3.0子集level 2
- 可设定每个端点等级
- 支持多帧传输(多帧间隔可配置)
- 支持主动信息
- 启用/禁止主动信息等级
- 支持用于上载故障波形或本地事件历史的文件传递功能
- 每周波128点录波，支持COMTRADE99格式(电力-故障录波COMTRADE文件)
- 在通讯故障期间，未传输的事件被存储于永久性存储器中
- 事件缓冲器大小 BI (254), AI(127), 计数器(19)
- 支持控制输出的直接操作或选控(SBO)
- 支持除模拟值的报告
- FTU内置协议分析器
3.3 支持IEC60870-5-101和IEC60870-5-104协议
支持国网通信加密，或配置为软加密方式
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4.电源
4.1 额定值
- 输入范围: AC220V, -15%~+10%
- 输出 LBS Load-break Switch
DC24V (DC20~29V可变)用于FTU, LBS控制 最大 10A
DC 12~24V (出厂设定) 用于调制解调器 最大 1A
- 全部功耗: 最大300VA
4.2 蓄电池充电器
- 铅酸电池: 24V(12V*2), 18Ah
- 温度补偿充电电压
- 电池测试功能
- 电池放电监控与保护
- AC输入断电监控及报警
4.3 LBS 控制器
- 电机驱动电路
- 分/合互锁逻辑
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5.显示及操作面板
5.1 设定及信息查看
- 20字符*4行LCD带LED背光
- 按钮: 菜单, 增加, 减少, 确定
- 功能设定(4 组设定), FTU配置
- 事件显示
- 测量显示
5.2 控制按钮
- 操作者位置选择按钮: 本地/远动
- 两步开关控制按钮: 选控, 分闸, 合闸
- 电池测试按钮
- 信号器复位按钮
- 重合闸启用按钮, 保护启用按钮, 接地保护启用按钮
5.3 LED 指示灯
- 开关状态: 分闸, 合闸
- 控制状态: 选控, 远动位置, 电池测试
- 功能状态: A相故障, B相故障, C相故障, 接地故障, SEF(Sensitive Earth Fault), 大电流跳闸,
负荷侧与电源侧电压同步故障, 线路带电(电源侧), 线路带电(负荷侧)
- 重合闸状态 : 准备, 进行, 关闭
- FTU状态 : CPU运行, 系统错误, AC电源开, 电池电压低, GAS气压低, 手柄锁定
- 通讯状态 : Rx, Tx, RTS
5.4 串行端口
- RS232带流控制
- PC维护工具链接
- 固件升级
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6.数字处理器
6.1 双处理器结构
- 32位RISC型带片内存储器的微控制器
- 32位浮点数字信号处理器
- 双通道存储器用于两个处理器之间通讯
- 数据存储器(SRAM)
- 永久存储器(64kBytes) 用于存储事件和参数
- 实时时钟
6.2 模拟/数字转换
- 12位 A/D 转换器
- 取样速率: 32 点/周波
- 反锯齿模拟滤波器
- 每个电流输入有两个不同增益信道: 电流测量为有效的16位解析
- 频率测量的过零检波器
6.3 DSP
- 修正模拟输入错误
- 离散傅里叶变换: 矢量计算
- 电量计算及故障诊断
6.4 CPU
- 状态监控及控制
- 本地人机界面
- 事件及故障记录
- 远动通讯
- 自诊断
6.5 原理框图
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7.保护功能
7.1 故障诊断
7.1.1 相故障诊断
FTU诊断相故障并断开断路器。最快的动作时间小于40ms包括自动重合器动作时间。有48种跳闸曲线分别用于快速和延迟操作。曲线可以使用几种参数编辑，如时间系数、时间加数、最小相应时间。大电流跳闸单元用于瞬时跳闸。它是定时特性。在冷负荷情况下，启动需乘以冷负荷系数。在此期间，使用延时曲线代替快速曲线。此功能可以由“相保护启用”按钮启用或停止。
冷负荷启动是当配电线路在该电路的延长大修之后重新通电时发生的现象，这被称为冷负荷，冷负荷功能是为了从实际故障电流中区分出是否为冷负荷启动。
冷负荷模式，故障检测。启动水平从冷负荷倍增器(1-10)的次数变化，并且这体现在瞬时因素中。如果瞬态电流下降并保持在冷负荷持续时间内的启动水平之下，然后恢复成正常序列模式。此设置在相位故障和接地故障检测功能被应用。冷负荷倍增设置为0，冷负荷启动被禁用。
- 启动电流 10 ~ 900A (1A 每步)
- 瞬时TC曲线 1 ~ 48 (1 每步)
- 瞬时时间系数 0.10 ~ 2.00 (0.01 每步)
- 瞬时时间加数 0.00 ~ 1.00sec (0.01sec 每步)
- 瞬时最小响应时间 0.00 ~ 1.00sec (0.01sec 每步)
- 延时 TC 曲线 1 ~ 48 (1 每步)
- 延时时间系数 0.10 ~ 2.00 (0.01 每步)
- 延时时间加数 0.00 ~ 1.00sec (0.01sec 每步)
- 延时最小响应时间 0.00 ~ 1.00sec (0.01sec 每步)
- 大电流跳闸水平 50 ~ 10,000A (1A 每步)
- 大电流跳闸时间加数 0.00 ~ 1.00sec (0.01sec 每步)
- 冷负荷系数 0 ~ 10 (1 每步)
- 浪涌抑制 是/否
|
设定编号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
曲线 |
A |
B |
C |
D |
E |
EI |
K-P |
L |
M |
N |
|
设定编号 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
曲线 |
NI |
P |
R |
T |
V |
VI |
W |
Y |
Z |
1 |
|
设定编号 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|
曲线 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
8* |
9 |
11 |
|
设定编号 |
31 |
32 |
33 |
34 |
35 |
36 |
37 |
38 |
39 |
40 |
|
曲线 |
13 |
14 |
15 |
16 |
18 |
N1 |
N2 |
N3 |
N4 |
F |
|
设定编号 |
41 |
42 |
43 |
44 |
45 |
46 |
47 |
48 |
||
|
曲线 |
G |
H |
J |
LI |
8+ |
17 |
K-G |
A* |
|
HCT(大电流互感器)
7.1.2 接地故障诊断
接地故障与相故障诊断具有相同的特性。此功能可由“接地保护启用”按钮启用或停止。
- 启动电流 5 ~ 900A (1A 每步)
- 瞬时TC曲线 1 ~ 48 (1 每步)
- 瞬时时间系数 0.10 ~ 2.00 (0.01 每步)
- 瞬时时间加数 0.00 ~ 1.00sec (0.01sec 每步)
- 瞬时最小响应时间 0.00 ~ 1.00sec (0.01sec 每步)
- 延时 TC 曲线 1 ~ 48 (1 每步)
- 延时时间系数 0.10 ~ 2.00 (0.01 每步)
- 延时时间加数 0.00 ~ 1.00sec (0.01sec 每步)
- 延时最小响应时间 0.00 ~ 1.00sec (0.01sec 每步)
- 大电流跳闸水平 50 ~ 10,000A (1A 每步)
- 大电流跳闸时间加数 0.00 ~ 1.00sec (0.01sec 每步)
- 冷负荷系数 0 ~ 10 (1 每步)
- 浪涌抑制 是/否
7.1.3 小电流接地故障SEF (Sensitive Earth Fault) 诊断
FTU可以判断接地故障是发生在自己的线路还是选择性不接地系统。它拥有通过计算零序电压分化出来的方向原理，动作于告警。
- 启动电流 (Io) 2 ~ 20A (1A 每步)
- 启动电压 (Vo) 10 ~ 80V (1V 每步)
- 最大旋转相位 0 ~ 90° (1° 每步)
- 诊断时间 0.1 ~ 30.00 sec (0.01sec 每步)
- 浪涌抑制 是/否
- 选控 关/报警/跳闸
在接地故障非接地网络的情况下，由于线路电容分量引起非常小的故障电流从两侧流入故障点。SEF检测考虑到即使在径向网络中也会出现故障方向。最大相角用于设定零序电压与零序电流之间的相位差，在最大相角的基础上，保护区间为-90°～+90°，动作于告警。
7.1.4 浪涌诊断
此功能通过比较电流基波频率成分中的二次谐波成分来诊断励磁浪涌情况
- 2nd 谐波启动(%) 5 ~ 50% (1% 每步)
- 诊断时间 0.02 ~ 1.00 sec (0.01sec 每步)
- 选控 开/关
7.1.5 重合闸顺序
按顺序配合3次重合闸
- 相全部动作计数 1 ~ 4次(1 每步)
- 接地全部动作计数 1 ~ 4 times (1 每步)
- 相瞬时全部动作计数 0 ~ 4 times (1 每步)
- 接地瞬时全部动作计数 0 ~ 4 times (1 每步)
- 相HCT动作计数 0 ~ 4 times (1 每步)
- 接地HCT 动作计数 0 ~ 4 times (1 每步)
- 1st 恢复时间(重合闸时间) 0.5 ~ 60sec (0.1sec 每步)
- 2nd恢复时间(重合闸时间) 1 ~ 60sec (1sec 每步)
- 3rd恢复时间(重合闸时间) 1 ~ 60sec (1sec 每步)
- 复位时间 3 ~ 180sec (1sec 每步)
- 冷负荷持续时间 0.00 ~ 60.00sec (0.01sec 每步)
- 冷负荷启动恢复时间 0.00 ~ 30.00sec (0.01sec 每步)
- 顺序配合 开 / 关
1,3 : 瞬时动作
5,7 : 延时动作
2, 4, 6 : 重合闸间隔
8 : 关闭
<永久故障示例 : 3次重合闸及2F2D>
7.1.6 自动分段（就地馈线模式）
通过液晶面板或FTUSET配置软件可设置控制器工作于就地馈线模式，使用FTUSET配置软件可可设置“逻辑模式”为：电压时间模式、电压电流模式、重合闸模式、自适应综合模式；
通过面板上的联络/分段钮子开关可设置控制器的功能为：S(分段)功能或L(联络)功能。
当接入负荷开关时，如果线路上电流大于额定电流，控制器闭锁分闸，执行遥控分闸或者手动分闸，开关不分闸。
7.1.1.1 电压时间模式
● 延时关合（S功能）
从开关任意侧来电，控制器进行X时间计时，当计时完毕开关关合。如果在X计时过程中发生了停电，再来电：
〉如果在Z时间（最长3.5秒）内来电（开关任意侧），控制器继续X时间计时，X时间结束后开关关合；
〉如果在Z时间外，从逆向来电，控制器闭锁，不合闸，此时故障出现在来电侧的对侧；
解除闭锁的条件：
〉遥控合闸；
〉手柄合闸；
〉在X时间结束后，从正向送电；
● 两侧电压闭锁（S功能）
在X计时过程中如果开关两侧均有电压，控制器闭锁，在X时间结束后不合闸，闭锁指示灯亮。 解除闭锁的条件：
〉遥控合闸；
〉手柄合闸；
〉两侧同时停电Z时间；
● 瞬时加压闭锁（S功能）
在X计时过程中，检测到对侧有瞬时电压时（开关未合时检测到对侧有瞬时电压），X时间计时完毕后，开关不关合，闭锁指示灯亮。
解除闭锁的条件：
〉遥控合闸；
〉手柄合闸；
〉瞬时加压侧来电；
● 开关关合确认（S功能）
开关关合后，确认对侧是否有故障，控制器启动Y时间计时，在Y时间计时过程中，如果发生了停电，再来电：
〉Z时间内来电（开关任意侧），开关关合，Y时间继续计时；
〉Z时间外从本侧来电，控制器闭锁，LOC指示灯亮，此时故障出现在来电侧的对侧；
解除闭锁的条件：
〉遥控合闸；
〉手柄合闸；
〉逆向来电；
● Y时间计时（L功能）
在Y计时中发生了大于Z时间的停电时，RTU启动Y时间闭锁。当两侧来电时，RTU开始Y时间计时，计时完毕后解除关合闭锁（只是解除闭锁，并不合闸）。
● XL时间计时（L功能）
在Y时间计时完毕后，如果检测到开关任意侧停电，启动XL时间计时，XL时间计时完毕后开关关合，完成转供电。如果XL时间内开关两侧恢复来电：
〉Z时间内恢复来电，继续XL时间计时；
〉Z时间之外恢复来电，重新开始Y时间计时；
7.1.1.2 自适应综合模式
基于电压时间型模式，结合对故障线路优先处理的控制策略，配合变电站出线开关二次重合闸，实现多分支多联络配电网架的故障定位于隔离自适应。
〉FS2和FS3之间发生永久故障
FS1、FS2检测故障电流并记忆，CB保护跳闸，FS1-FS6失压分闸。
图3 故障示意图一
〉CB重合
FS1、FS2因为有故障电流记忆，短延时后合闸，FS4\FS5\FS6无故障电流记忆，长延时后合闸，由于是永久故障，CB再次跳闸。此时FS2合于故障点闭锁合闸，FS3检测到短时来电闭锁合闸。
图4 故障示意图二
〉CB二次重合
FS1、FS4、FS5、FS6依次延时合闸。
图5 故障示意图三
7.1.1.3 电压电流模式
电压电流时间型在电压时间型的基础上增加了对故障电流以及接地电流的判别，遵循得电X时限合闸，X时限内检测到残压闭锁合闸，合闸后Y时限内失压且检测到故障电流闭锁分闸的基本逻辑。同时具备合闸后Y时限内未检测到故障电流闭锁分闸的逻辑，从而加快故障隔离的过程。
● 瞬时故障
〉FS2和FS3之间发生瞬时故障
CB保护跳闸，FS1、FS2过流计数1次，FS1-FS6失压1次，FS1-FS6在CB快速重合闸之前
保持合闸状态。
图6 故障示意图四
〉CB重合
CB快速重合闸（0.2s），上游非故障区恢复供电。
● 永久故障
〉FS2和FS3之间发生永久故障
CB保护跳闸，FS1、FS2过流计数1次，FS1-FS6失压1次，FS1-FS6在CB快速重合闸之前保持合闸状态。
图7 故障示意图五
〉CB重合
CB快速重合闸（0.2s），合于故障；FS1、FS2过流计数2次。
〉CB跳闸
FS1、FS2过流计数2次且失压2次；FS1、FS2失电经短延后分闸（YS1和YS3为分界断路器，不具备失电分闸功能）；FS3-FS6失压2次，但过流计数为0，不分闸。
图8 故障示意图六
〉CB二次重合
CB在15s后第二次重合闸。 FS1在得电X时限后合闸，且合闸后Y时限内并未检测到故障电流，闭锁分闸。 FS2在X时限后合闸，合于故障。
〉CB跳闸
CB保护跳闸，FS2在Y时限内失压并检测到故障电流，跳闸并闭锁合闸，FS1由于闭锁分闸依旧保持合闸状态。
图9 故障示意图七
〉CB三次重合
CB第三次重合闸,上游非故障区域恢复供电。
7.2 断线诊断
通过欠电压特性的不平衡情况来诊断断线
- 电压启用水平(%) 50 ~ 90% (5% 每步)
- 电压关闭水平(%) 35 ~ 75% (5% 每步)
- 诊断时间 0.1 ~ 30.0 sec (0.1sec 每步)
- 选控 开/关
7.3 相同步检查
监控电源侧与负荷侧间的相位差
- 相位差启动(°) 5 ~ 60° (1° 每步)
- 诊断时间 0.1 ~ 30.0 sec (0.1sec 每步)
- 选控 开/关
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8.记录
8.1 事件记录
- 5msec 顺序事件存储在永久存储器中
- 存储数量
I/O事件 1023
功能事件 255
系统事件 63
故障电流事件 31
需求电流和功率 127
最大电流和功率 31
8.2 波形记录
- 32点/周波, 10 周波
- 永久存储器内最多可捕获4个故障波形
8.3 计数器
- FTU 复位计数
- 开关分闸计数
- 故障计数 : a, b, c, n, 全部
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9.环境数据
- 海拔 < 2,000m
- 风速 < 40m/s
- 环境温度 - 25 ~ +70°C
- 存储温度 - 40 ~ +85°C
- 湿度 < 95%RH
- 选控 开/关
- 绝缘 IEC 60255-5 2kV
- 冲击电压 IEC 60255-5 电流和功率输入电路6kV
IEC 60255-5 电压输入及I/O口4kV
- 绝缘电阻 IEC 60255-5 >500MW (DC500V)
- 高频干扰 IEC 61000-4-12 class 3 (2.5kV)
- 快速瞬态噪声 IEC61000-4-4 class 4 (4kV)
- 静电放电 IEC61000-4-2 class 4 (8kV)
- 无线频率噪声 IEC 61000-4-3 10V/m
- 振动 IEC 60255-21-1 class 2
- 机械震动 IEC 60255-21-2 class 2
- 箱体保护 IP34
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10.维护软件
- 基于Microsoft Windows应用软件，开关连接到前面板串口
- 软件可以经由DNP3.0 连接至远动位置(另可选取IEC60870-5-101、104)
- 功能设定上载及改变
- FTU配置上载及改变
- 事件上载及显示
- 状态监控及开关控制
- 测量显示
- 波形数据上载及图形显示
- 协议监控
- 文件及打印操作
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