引言
配電自動化站所終端(簡稱DTU)、饋線終端(簡稱FTU)和配變終端(簡稱TTU)的運行可靠性直接影響到配電自動化系統(tǒng)的運行可靠性。從以往的經(jīng)驗來看，終端配套供電電源異常是導致現(xiàn)場終端損壞或出現(xiàn)故障的主要原因之一。因此，我們必須充分了解和高度重視終端配套供電電源，有必要對終端供電電源的現(xiàn)場運行環(huán)境、負載特性、相關要求和配套方案進行一下分析總結(jié)，以期能指導我們正確設計和合理選用終端供電電源，確保終端供電電源的穩(wěn)定可靠性。
一、終端及配套供電電源運行環(huán)境和注意事項
1.自然環(huán)境
一般地，終端和配套供電電源必須能適應如下環(huán)境要求：工作溫度：-40～+70℃，相對濕度：10～100%，使用場所：室內(nèi)、遮蔽場所或戶外。
在戶外使用時，供電電源務必要考慮防塵、防潮、防振和防硫化。
2.用電環(huán)境
DTU和FTU使用220V工頻單相交流電供電，組屏式DTU可以采用站內(nèi)直流屏供電，為確保供電的有效性，DTU和FTU一般采用雙路供電的方式。單相交流電一般取自高壓開關兩側(cè)PT輸出的AC220V，兩路交流電源經(jīng)過雙輸入切換器可切換輸出一路AC220V供終端使用。TTU 采用低壓220V/380V三相四線制供電方式，可以缺相運行。
一般電壓容差為-20%～+20%。針對TTU的配套供電電源必須考慮比較寬的電壓范圍，一般電壓容差在-30%～+30%比較好。由于TTU用在配電變壓器旁，因此，要特別注意配電變壓器非全相空載投入產(chǎn)生的暫時過電壓對供電電源造成的損害。
雷擊和各種原因造成的浪涌干擾，有可能損壞終端電源;電網(wǎng)上的操作過電壓也可能會出現(xiàn)在供電PT的輸出端，因此，供電電源和終端的輸入端必須具有有效的抗雷擊浪涌和操作過電壓的措施。
二、配套供電電源的負載特點和注意事項
1.DTU和FTU配套供電電源的負載特點及注意事項
a)DTU或FTU核心單元：一般由數(shù)字電路和模擬電路組成，負載大小比較穩(wěn)定，對供電電源的穩(wěn)定性影響很小。
b)通訊單元：一般由數(shù)字電路和模擬電路組成，負載大小相對穩(wěn)定，對供電電源的穩(wěn)定性影響較小。
c)后備電源單元：由免維護閥控鉛酸蓄電池或超級電容組成，少數(shù)方案也用到磷酸亞鐵鋰蓄電池，負載大小隨著電池或電容的容量、壽命的變化而變化較大。一定額定容量的電池或電容，合理選擇充電曲線，對于保證電池或電容的有效壽命至關重要，針對不同的充電曲線，電池或電容的充電電流會不同，表現(xiàn)出來的負載大小就不同，因此配套供電電源的充放電管理設計必須保證與后備電池或電容的配合性，這是選擇配套供電電源的一個很關鍵的因素。鉛酸電池因為存在自放電和鈍化現(xiàn)象，所以必須定期有意識地進行充放電和活化管理，供電電源必須具備此項功能。另外，超級電容的容性負載特性是供電電源設計和選擇時需要關注的一個因素。
d)“三遙”DTU和FTU、以及“二遙”動作型DTU和FTU高壓開關操作單元：
目前，與高壓開關配套的操作機構(gòu)有電磁操作機構(gòu)、彈簧操作機構(gòu)和永磁操作機構(gòu)。對于需要終端提供操作電源的場所，配套供電電源必須針對不同的操作機構(gòu)提供相應的操作電源。
電磁操作機構(gòu)因操作合閘電流很大，有的機構(gòu)在AC220V供電的情況下，瞬態(tài)電流可以達到一百多安培，一般用專門的合閘母線來給它供電，因此，我們主要關心后二種機構(gòu)的負載特性。
彈簧操作機構(gòu)電氣部分主要由分閘線圈、合閘線圈和儲能電機組成，是典型的電感性負載。機構(gòu)的分、合閘時間一般不會超過三個周波的時間，但分、合閘功率很大，對于不同配置的機構(gòu)，分合閘功率可以從接近300W 到接近800W不等。儲能電機的額定功率常選用40W和70W的，也有用一百多瓦到二百多瓦的，一般儲能電機工作時間在幾秒或十幾秒，電機后面帶著儲能彈簧，在通電瞬間需要的工作電流比較大。顯然，這部分單元的負載特點就是不工作時電流輸出為零，工作時瞬時功率很大。另外，一般彈簧操作機構(gòu)的分閘線圈正常工作電壓范圍為65%～120%額定工作電壓，合閘線圈正常工作電壓范圍為80%～110%額定工作電壓(直流)、85%～110%額定工作電壓(交流)，儲能電機的正常工作電壓范圍為85%～110%額定工作電壓。因此，我們在設計和選擇供電電源和后備電源時，必須考慮四點重要的因素：一是供電電源功率容量是否足夠?二是在瞬態(tài)大功率輸出的情況下的供電電源工作穩(wěn)定性和可靠性，三是后備電池或電容的容量或者儲存的能量是否足夠?四是供電電源的充放電管理部分必須有后備電源欠壓保護功能。
永磁操作機構(gòu)的電氣部分就是一個線圈和永磁體。正常情況下電磁線圈不帶電，當開關要分閘或合閘時，通過改變線圈的極性利用磁力相吸或排斥的原理，驅(qū)動分閘或合閘，操作時間一般≥60ms，操作電流≥40A。雖然操作電流不小，但高壓開關是通過一個高壓超級電容來“儲能”，動作時通過電容放電來提供大電流，所以，此類情況下供電電源的負載主要就是超級電容，是容性負載，容性負載的充電電流必須合理地設計，避免供電電源失控。
2.TTU配套供電電源的負載特點及注意事項
TTU在不進行遠程通訊時，本身功耗只有幾瓦，通過通訊模塊跟主站通訊時瞬時功率會超過十瓦，但持續(xù)時間很短，所以總的功耗不大，對電源的要求主要考慮瞬時功率和瞬時加載時的工作穩(wěn)定性。
三、針對二種常見操作機構(gòu)的電源實施方案
①DC24V、DC48V、DC220V彈簧操作機構(gòu)電源實施方案
②永磁操作機構(gòu)電源實施方案
方案1：
方案2：
方案3：
四、針對DTU和FTU配套供電電源和后備電源的相關要求
1.功率要求
相關標準要求主電源供電和后備電源都應獨立滿足終端、通信設備正常運行及對開關的正常操作，因此，相關配套供電電源和后備電源的額定功率和瞬時功率必須能滿足現(xiàn)場運行的要求。
2.電磁兼容性要求
相關標準要求配電終端能滿足電磁兼容的要求，配套供電電源作為一個重要部件，也必須要求單獨滿足部分電磁兼容要求，同時必須配合終端整機滿足所有有關電磁兼容要求。當然，所有相關標準只對終端電磁兼容性的抗干擾方面提出了要求，而沒有對設備本身產(chǎn)生的傳導和輻射干擾(EMI水平)提出要求，顯然，終端在這方面有待提高的地方，作為供電電源有必要盡量控制EMI水平，這將是一個發(fā)展趨勢。
3.靜態(tài)功耗要求
行業(yè)標準對終端的靜態(tài)功耗提出了一定的要求，但國網(wǎng)相關標準因考慮了當時有關的實際狀況，對靜態(tài)功耗指標的要求比行業(yè)標準有一定的放寬。實際上，靜態(tài)功耗指標除了與終端核心單元的功耗有關外，與配套供電電源的功耗指標也有很大關系，因此，為了節(jié)能，必須盡量降低供電電源的靜態(tài)功耗。通過一定技術(shù)的應用和精心設計，終端靜態(tài)功耗指標有望或能夠達到行業(yè)標準的要求。
4.可靠性要求
終端直接檢測和控制一次高壓開關，配電自動化系統(tǒng)工作的穩(wěn)定可靠是首要的任務，終端的任何故障或損害，輕則影響電網(wǎng)配電質(zhì)量，重則導致大面積的停電，造成重大經(jīng)濟損失和設備損壞。配套供電電源的可靠性相當重要，為了確保供電電源工作的可靠性，必須做到以下幾點：
a)在行業(yè)標準掌握的基礎上，充分了解和認識配套供電電源的實際工作環(huán)境和負載特點，科學設計電源方案，利用穩(wěn)健成熟的技術(shù)滿足設計需要。
b)所用器件必須至少符合工業(yè)品的要求，關鍵器件可以選擇準軍品。電解電容的壽命對電源的可靠性和壽命影響很大，必須選用長壽命的高品質(zhì)的電解電容。電源的溫升直接影響電解電容的壽命，低功耗、高效率的設計指標相當重要，必須把電源的熱設計放在重要的位置。
c) 供電電源自身的保護要做到力求全面，除了能抗有關電磁干擾外，電源必須具備輸出過流和短路保護、輸出過壓保護、電池反接保護、電池放電短路保護、超級電容放電短路保護，還可以考慮過熱保護。
d)為了在遠端能監(jiān)控配套供電電源和后備電源的狀態(tài)，配套供電電源必須具備遠端啟動和停止電池活化功能、遙控電池停止工作功能，同時，還能提供工作電源失電、蓄電池欠壓、活化狀態(tài)和電源故障等信息。通過有效的監(jiān)控確保控制的時效性，提高工作的可靠性。
5.絕緣安全要求：供電電源要滿足標準提出的絕緣電阻、工頻耐壓和沖擊耐壓要求。
五、DTU和FTU智能電源的展望
通過以上的分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，DTU和FTU配套供電電源是一套復雜的系統(tǒng)。通過電子技術(shù)的運用，基本上實現(xiàn)了上面的目標。但是，我們回過頭來看看，雖然為了延長壽命后備電源使用了超級電容，但超級電容的實際壽命與理論壽命還有很大的差距，同時，低壓超級電容的使用必然伴隨著充放電的管理，因此整套電容裝置的價格是相當高的，大量的器件的使用也降低了整套電容裝置的可靠性。自然，在目前階段鉛酸蓄電池還不得不大量使用，而影響鉛酸電池壽命的一個很重要的因素就是不合理的充電造成的，環(huán)境溫度、電池電壓和容量都會影響充電電流大小和充電曲線的合理性。鋰電池雖然具有功率密度大、無記憶、壽命長的優(yōu)點，但它的充放電特性受溫度影響大，因此，如何保持鋰電池用電溫度環(huán)境在一個理想的范圍內(nèi)，有必要采取一些附加技術(shù)。操作機構(gòu)在分合閘過程中會導致供電電源負載變化大，特別是操作機構(gòu)的故障會引起操作電源輸出電流很大，電源雖有保護功能，但也有失控的風險，如何規(guī)避諸如此類的風險，保護工作必須做到更細。顯然，如能把電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)運用到配套供電電源中，設計出智能電源與終端核心單元有機配合，解決類似上述一系列問題，使控制更有效、更及時，各方面的優(yōu)勢發(fā)揮得更好，工作更穩(wěn)定，應當是我們努力的方向。
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