配电自动化馈线终端 (FTU)典型离线故障分析及应对措施研究

兰桂刚

广东阿尔派电力科技股份有限公司 广东 东莞 523808

摘要：馈线自动化终端(FTU)主要对柱上10kV开关进行监控,完成遥测、遥信、遥控及故障检测等功能。执行配电主站下发的命令,对配电设备进行调节、控制,实现故障定位、故障隔离和非故障区域快速恢复电力等功能。结合配电网配电自动化系统运行,通过对馈线终端(FTU)三个典型离线故障的分析,归纳总结馈线终端(FTU)故障处理的思路和步骤,确保电力通信网安全可靠运行。设计了一个新的FTU馈线终端单元,该单元集传统FTU馈线终端的保护与开关自身的机械性能实时监测功能于一体,可实现对开关在投切时的触头位移、分合闸速度、开关操动机械箱的振动等参数在线监测。对由在线监测系统得到的参数进行数据处理,及时发现开关存在的隐患,将问题消灭在未带来停电事故前,在及时了解开关的运行状态的同时缩短开关排查时间,减少开关检修次数。

关键词：配电自动化;馈线终端;离线;FTU故障处理; 保护模式;

引言

配电自动化馈线终端(FTU)具有信息采集和传输,同时能够自动检测和快速隔离配电网故障的作用。其对配电网系统稳定运行起到重要作用,促进配电网系统管理更加完善。本文通馈线终端(FTU)离线故障的汇总分析,归纳总结出影响系统在线率的各种原因,并结合东莞地区的具体情况,制定切实可行的解决方案,总结出运维实用的处理方法。

一、无线通信与馈线终端定值设置

配电自动化系统主要由自动化终端装置、一次设备、通信系统及主站系统组成。其中,通信系统承载着配电自动化终端信息网络传输,在配电自动化系统中起着至关重要的作用。馈线终端定值设置能够及时将自动化信息通过通信网络更合理地传输至主站,提高配电自动化系统监控终端数据质量。

1.1事件描述

2019年8月,东莞某电力公司配网工区发现自动化终端大面积离线情况,经过主站系统后台查看,发现离线自动化终端均为安装于架空线路二遥馈线终端(FTU),通过用采系统配合检查,这些线路所带负荷较大,线路运行正常。

1.2处理过程

面对二遥馈线终端(FTU)大面积离线,运维人员根据丰富经验进行分析,此问题应由同一问题引起,并作出通信故障预判。现场检查发现,FTU运行正常,但其内部通信终端工业路由器通信指示灯异常。登录工业路由器网页界面查看,其IP地址无法正常获取。联系移动人员检查发现离线FTU内所属SIM卡均欠费,对SIM卡费用充值,重启工业路由器后,FTU正常在线。

1.3原因分析

自动化终端运行正常后,打开FTU维护软件程序,通过报文核查FTU频繁向主站发送遥测数据帧,遥测数据频繁变化,且时间间隔短。

(1)8月正值夏季用电高峰季节,线路负荷变化也较为频繁。FTU维护软件内对遥测数据区间值可进行调整,出厂默认数据为1000/2,即当FTU检测到线路电流在正负1000/2之外范围波动时,FTU主动向主站上送电流数据。根据此终端类型FTU通过内部算法,TA为600/5一次开关,当一次电流变化超过正负1.2A,FTU将变化电流数据通过无线网络传输主动上送至主站。

(2)无线公网为移动运营商无线网络,工业路由器内采用专用SIM卡,通过移动运营商内部APN、VPN技术实现业务横向逻辑隔离。而工业路由器实现与主站平台数据交汇,主要使用SIM卡流量,东莞地区SIM卡每月100M流量,当使用的流量超过100M时,SIM卡就会出现欠费状态。FTU频繁向主站发送遥测数据,平均每个数据帧需使用0.5～0.6KB字节流量。依据FTU设置区间值,平均每天SIM卡需耗费7～8M流量,当流量使用超过100M,且未满一个月,最终导致FTU离线。

1.4应对措施

(1)对FTU终端区间值进行调整,根据线路符合实际情况,以及SIM卡每月固定流量,将区间值更改为1000/30,既当一次电流变化超过正负18A,FTU主动向主站发送遥测数据,后对流量使用进行统计,平均每天使用2～3M流量,满足SIM卡每月100M流量使用。

(2)对于SIM卡流量使用,可以在工业路由器中设置SIM卡流量使用限度,当流量使用达到80%时,后台二遥网管系统就会发出告警,可根据实时情况更改FTU区间值。

1.5验证及经验总结

对整改完成的FTU进行测试,FTU不再向主站频繁发送遥测数据,且每日流量能够控制在正常范围内。东莞市区对所有二遥终端进行流量监控,对发现流量使用超过的80%终端,进行及时查看与更改,有效避免由于SIM卡欠费导致自动化终端离线。丰富的运维知识及经验是对故障能够快速分析,并快速做出判断的基础,因此,熟悉掌握终端维护设置及通信网络原理,是作为维护人员更好维护设备的必备技能。

二、馈线终端MAC地址

在一个稳定的网络中,IP地址和MAC地址是成对出现的,在数据通信时,IP地址负责终端网络层地址,网络层设备(如路由器)根据IP地址进行操作;MAC地址负责终端数据链路层地址,数据链路层设备(如交换机)根据MAC地址来进行操作[3]。只要不更改自己的MAC地址,MAC地址在世界是惟一的。形象地说,MAC地址就如同身份证号码,具有唯一性。如果出现重复的MAC地址,会导致局域网内发生网络风暴,造成网络混乱,报文传输失真等一系列问题。

2.1事件描述

2019年5月,东莞某电力公司配网工区再次发现馈线终端(FTU)大面积离线,根据主站系统及网管系统检查,离线FTU均为三遥终端,部分FTU有不规则频繁投退现象,但没有出现任何故障告警。且FTU均为统一厂家设备。

2.2处理过程

维护人员分别到不同现场对馈线终端(FTU)设备进行检查,FTU内通信设备ONU电源、光路均正常。协同联系信通人员,在信通网管系统中通过登录变电站OLT设备对不同频繁投退终端尚且在线ONU设备进行配置检查,检查IP地址正确无冲突,但检查到不同馈线终端(FTU)MAC地址有冲突现象。

2.3原因分析

MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡,一台设备若有一或多个网卡,则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址。正常电信设备都是具有MAC地址的,一般长度为48位(6个字节),通常表示为12个16进制数,如00-16-EA-AE-3C-40就是一个MAC地址,其中,前6位16进制数00-16-EA代表网络硬件制造商的编号,它由IEEE(电气与电子工程师协会)分配,而后6位16进制数AE-3C-40代表该制造商所制造的某个网络产品(如网卡)的系列号。由于该FTU厂家不是专业的电信设备制造商,出现多台设备使用相同的MAC地址,MAC地址在二层冲突,导致设备频繁投退,几台设备只能有一台或两台在线等问题,给东莞地区的自动化终端建设及运维带来了困扰。

2.4应对措施

(1)联系该设备厂家研发人员,通过软件进行修改MAC地址,将自身MAC地址随终端内IP地址变化进行相应变化,基本解决了MAC地址冲突的问题。

(2)对自动化终端尤其三遥自动化终端MAC地址进行台帐管理,避免由于MAC地址冲突导致终端离线。

2.5验证及经验总结

更改完成后三遥馈线终端(FTU)运行并监控一段时间,没有此类事件在发生。由于MAC地址冲突导致馈线终端(FTU)大面积离线,反映出自动化终端验收质量把关重要性以及自动化台帐完善重要性。同时,也反映出在出现危机缺陷后,维护人员掌握故障判断及故障正确处理技能的重要性,并能现场对终端设备检查做出快速准确判断,熟知掌握排查故障正确步骤,对于复杂缺陷能够联系协调不同部门共同处理[4]。

三、电源系统

馈线终端(FTU)电源系统异常是导致终端损坏及终端离线的主要原因,因为在日常工作中配电终端电源系统的运维是终端整体运维的关键,要求对电源系统各部分运行状态进行监控,及时发现异常或缺陷。

3.1电源异常

常见的电源回路异常主要包括主交流回路异常、电源模块输出电压异常以及后备电源异常。

(1)主交流回路电源主要通过PT取电,PT为FTU提供采样电压及工作电压(见图1)。在施工和运行过程中,经常出现PT断线、PT接线错接等故障,造成PT失压或电压不足,导致FTU终端离线。

(2)充电式直流电源模块将输入220VAC电源整流成各等级的直流低电压,作为FTU自身及通信设备运行电压,如图2可见。充电式直流电源模块由于FTU运行时震动而造成端子排松动、FTU面板交流220V空气开关跳闸等,造成充电式直流电源模块输出电压不稳,导致FTU离线。

后备电源主要为FTU失去交流电源后,蓄电池为FTU提供工作电源,一般FTU内蓄电池电源为24VDC,容量7AH。后备电源异常主要在交流失电后后备电源不能正常电力,造成FTU失电,导致FTU离线。

3.2应对措施

(1)PT断线首先检查PT与10KV线路之间接头有无松动、断头现象,有无接触不良现象,后检查PT内部保险是否熔断,并查明原因进行更换。PT接线错接,会导致FTU电力电压不稳和采样电压不准确,查明设计图纸,找准电压端子序号连接。在处理以上问题时线路需切断电源,并做好安全措施,保证人身安全。

(2)充电式直流电源模块之间端子排松动,需将端子排插紧,紧固螺丝,防止反复出现类似情况;FTU面板交流220V空气开关跳闸会造成充电式直流电源模块断电,不要立即合上,应查明电源回路是否有故障后再做处理。

(3)蓄电池本体故障需检查电池接线是否松动及有无明显鼓胀、漏液或损坏。日常需加强后备电源在线监视,对蓄电池端电压、充放电电流、内阻等关键指标进行实习检测。蓄电池浮充电压不用超过生产厂家给定浮充值,并且要根据环境温度变化,随时利用电压调节系数来调整浮充电压的数值。蓄电池内阻偏差额定内阻值30%需跟踪处理,超过额定值或超过投运初始值50%需进行充放电处理。

结束语

在配电自动化过程中!为了更好地对整个配电系统进行控制!远方控制终端有着十分重要的作用"但是其在实际运行中!往往由于这样或那样的原因!导致其出现故障"因而必须切实掌握其基本原因!充分意识到远方控制终端在整个配电自动化中的作用。才能更好地结合其故障进行针对性的处理和优化"以下笔者就此展开探究性的分析通过实施配网自动化,实现了对配电网设备运行状态和潮流的实时监控,为配网调度集约化、规范化管理提供了有力的技术支撑。通过对配网故障快速定位、隔离和非故障段恢复电力,缩小故障影响的范围,减少配电网故障停电时间,提高了电力可靠性。同时,配网自动化系统能大大地提高配网的运行管理水平,相对减少运维人员,工作效率提高,能够节省大量的人力资源,而且通过系统的应用,达到降低配电网的电能损耗,提高电网公司经济效益。

参考文献

[1]馈线终端FTU启动问题[J].孙情.农村电气化.2017(02)

[2]配电自动化远方控制终端(FTU)常见故障探析[J].吴永丽.通讯世界.2016(2)

[3]一种基于FTU的馈线故障定位优化算法[J].刘会宁.继电器.2020(1)

[4]基于FTU的馈线自动化技术在农网改造中的应用[J].张锋怡.农村电气化.2019(11)

[5]基于电力线通信的FTU研究[J].赵敏妮.黑龙江科技信息.2020(08)

[6]天津城市核心区配电自动化技术实施与进展[J].杨麟.电力系统自动化.2019(8)

[7]基于FTU的馈线自动化[J].王林.东北电力技术.2019(06)

[8]FTU模式馈线自动化在农电网络中的应用前景[J].张怡劲.浙江电力.2018(03)