12千伏一二次融合环网柜(箱)及配电自动化终端(DTU)标准化设计方案(2021版)
12千伏一二次融合环网柜（箱）及配电自动化终端（DTU）标准化设计方案
（2021版）
以下内容仅供同行学习。内容转自“配网自动化与配电物联网论坛”公众号，致谢。
目 录
1 前言............................................................................................................................ 1
2 标准化原则................................................................................................................ 2
3 环网柜（箱）标准化设计........................................................................................ 2
4 站所终端标准化设计................................................................................................ 3
4.1 总体说明.......................................................................................................... 3
4.2 集中式 DTU 标准化设计.............................................................................. 3
4.2.1 终端技术要求....................................................................................... 3
4.2.2 结构设计............................................................................................. 26
4.3 分散式 DTU 标准化设计............................................................................ 42
4.3.1 总体设计............................................................................................. 42
4.3.2 分散式 DTU 间隔单元标准化设计................................................. 44
4.3.3 分散式 DTU 公共单元柜标准化设计............................................. 63
5 通信接口标准化设计.............................................................................................. 85
5.1 集中式站所终端通信接口............................................................................ 85
5.1.1 基本要求............................................................................................. 85
5.1.2 远程无线通信模块要求..................................................................... 85
5.1.3 本地通信模块要求............................................................................. 86
5.2 分散式站所终端通信接口............................................................................ 86
5.2.1 间隔单元通信接口............................................................................. 86
5.2.2 公共单元通信接口............................................................................. 87
5.2.3 远程通信要求..................................................................................... 87
5.2.4 本地通信要求..................................................................................... 88
5.3 远程通信协议................................................................................................ 88
5.4 本地通信协议................................................................................................ 88
5.4.1 分散式站所终端公共单元与间隔单元通信规约............................. 88
5.4.2 站所终端与电源模块通信规约......................................................... 88
5.4.3 站所终端与机械特性传感器通信协议............................................. 88
5.4.4 本地无线通信协议............................................................................. 88
5.4.5 其它..................................................................................................... 88
6 二次接口标准化设计.............................................................................................. 89
6.1 矩形连接器接口设计.................................................................................... 89
6.1.1 集中式 DTU 连接器接口设计......................................................... 89
6.1.2 分散式 DTU 连接器接口设计....................................................... 106
6.2 集中式 DTU 二次连接设计...................................................................... 110
6.2.1 一次设备二次回路标准化设计说明............................................... 110
6.2.2 PT 柜二次回路标准化设计............................................................. 110
6.2.3 间隔柜二次回路标准化设计........................................................... 117
6.2.4 间隔柜二次回路标准化设计配套连接器....................................... 126
6.3 分散式 DTU 二次连接设计...................................................................... 130
6.3.1 连接电缆及电源与采样总线........................................................... 130
6.3.2 间隔柜内二次回路设计................................................................... 133
6.3.3 分散式 DTU 内部总线标准化设计............................................... 138
7 关键功能标准化设计............................................................................................ 140
7.1 分布式馈线自动化功能及性能.................................................................. 140
7.1.1 配置要求........................................................................................... 140
7.1.2 配置技术原则................................................................................... 140
7.1.3 功能说明........................................................................................... 141
7.2 故障处理功能及性能.................................................................................. 142
7.3 安全防护...................................................................................................... 143
7.4 统一运维工具.............................................................................................. 144
7.4.1 总体技术思路................................................................................... 144
7.4.2 运维方式........................................................................................... 145
7.4.3 安全防护........................................................................................... 146
7.4.4 统一运维工具................................................................................... 148
7.4.5 运维功能........................................................................................... 148
7.4.6 运维协议........................................................................................... 150
8 关键元件及要求.................................................................................................... 152
8.1 DTU 终端供电方案及终端电源模块要求................................................. 152
8.1.1 DTU 站所终端供电方案.................................................................. 152
8.1.2 电源模块要求................................................................................... 152
8.1.3 后备电源选型及供电设计要求....................................................... 159
8.2 环网柜（箱）配套电磁式互感器/低功率互感器..................................... 161
8.2.1 电磁式电流互感器........................................................................... 161
8.2.2 低功率电流互感器........................................................................... 163
8.2.3 低功率电压互感器........................................................................... 163
8.2.4 电磁式电压互感器........................................................................... 164
8.2.5 互感器详细设计............................................................................... 165
8.3 环网柜操动机构设计要求.......................................................................... 166
附录 A 机械特性传感器与配电终端的通信协议技术要求................................. 167
附录 B 保护相关技术要求与配置......................................................................... 168
附录 C 终端铭牌及二维码定义............................................................................. 169
附录 D 站所终端和参数定义................................................................................. 173
附录 E 站所终端核心单元与电源模块通信规约................................................. 194
附录 F 配套电磁式互感器/低功率互感器参考设计............................................ 201
附录 G 故障告警及常规保护................................................................................. 209
产品服务
SDAF-8608分布式DTU(小电流/差动/真型实验/备自投)
MCSG-PD-6016环网柜局部放电及温度在线监测装置
DAM800配电低压回路测控终端(南网3.0典型设计)
DAF-830一二次融合DTU核心单元4-16回路
DAF-810一二次融合FTU(就地馈线自动化，真型试验）
SDAF-8810北斗授时定位智能配电终端(5G+FA)
U-Gateway7201机械特性间隔采集网
ADMU-200数字化单元模块（数字化柱上开关）
ISU-208N配电终端加密模块产品
技术服务
国家电网或南方电网一二次融合送检技术服务
国网漯河武汉实验室小电流接地真型实验(单相接地)
国网电科院就地式FA及分布式FA仿真实验
南方电网GOOSE通信互操作性实验
开普/南京/北京型式实验/资质报告
二次自动化领域产品定向研发
1 前言
按照公司“1135”配网运行服务管理要求，提高设备选型标准，健全质量控制体系，提升配电网设备耐用性，突出设备好的核心，依据安全可靠、坚固耐用、标准统一、通用互换的原则，全面推进配电设备标准化工作。
为满足不同厂家设备在一定范围和一定时期的通用互换使用，提升环网柜（箱）的运维便利性，推动一二次融合环网柜（箱）高质量发展，公司组织中国电力科学研究院有限公司、设计院、运行单位、制造企业、检测机构等单位开展环网柜（箱）的典型结构方案、一次接口、配电自动化终端等标准化设计工作，便于产品在运行过程中发生故障或抽检发现某企业产品存在质量问题时，可方便整体直接更换其它厂家设备，各制造企业产品的内部结构可差异化设计。
2 标准化原则
12kV 一二次融合环网柜（箱）标准化设计遵循以下原则：
（1） 12kV 一二次融合环网柜（箱）标准化设计面向目前应用量较大的 SF6
气体绝缘环网柜（箱），兼顾环保气体绝缘环网柜（箱）、固体绝缘环网柜（箱）、常压密封空气绝缘环网柜（箱）的要求。
（2） 环网柜针对同一结构方案，统一环网柜部分接口参数；环网箱统一外形尺寸、地脚尺寸等，满足环网箱及内部柜体整体更换。
（3） 二次部分（配电终端及二次回路）标准化设计设计原则：
a.模块化
站所终端及二次回路采用模块化可扩展设计，由核心单元、操作模块、电源模块和电池组构成。
b.通用性
适当兼顾各地区的运行习惯和设备厂家的技术特点，规范站所终端及二次回路的结构、内部模块和连接电缆，规范功能和接口，实现不同厂家模块之间的互换性。
c.可靠性
可靠是配电自动化二次标准化设计的基本要求和首要条件。站所终端及二次
回路采用无裸露端子排设计；各模块防护和接插件防护应能满足防凝露的要求。
d.经济性
按照全寿命周期费用综合考虑，在保证可靠性的前提下，进行技术经济综合分析，优先采用高性价比的技术和设备。
c.先进性
坚持技术进步，标准化设计能代表国内外先进水平和配电网技术的发展趋
势。
3 环网柜（箱）标准化设计
见“国家电网设备【2020】766 号 国家电网有限公司关于印发 10 千伏配电变压器标准化设计方案（2020 版）等 4 项标准化设计方案的通知”中“12 千伏环网柜（箱）标准化设计方案（2020 版）”的要求。
4 站所终端标准化设计
4.1 总体说明
本节首先基于“标准化设计、模块级更换、安全可靠”的目标，对配电自动化终端的结构、内部模块、接口、连接电缆等进行了详细规定；其次根据推进故障就地动作，统一运维、提供设备可靠性的设计需求，对终端的功能、性能及实现方式进行了详细规定；同时，对环网柜（箱）二次回路实现电路、各模块的功能和接口、连接电缆等进行了详细规定。
本节涉及站所终端终端根据布置方式分为集中式站所终端和分散式站所终
端。集中式站所终端指站所终端各组成模块采用集中组屏安装型式。分散式站所终端是指站所终端由若干个间隔单元和公共单元组成，间隔单元安装在各环网柜间隔柜内，公共单元集中安装，间隔单元和公共单元通过总线连接，相互配合，共同完成终端功能。
本典型设计方案主要包括三个部分：第一部分为集中式站所终端标准化，对
目前成熟应用的集中型站所终端进行全面标准化设计，对终端功能、性能、接口、结构、模块结构进行标准化规定。第二部分为分散式站所终端标准化方案，考虑到终端与一次设备融合需要，将方案站所终端分散安装在一次设备内部，方案对分散式站所终端进行标准化设计，对终端各组成功能、性能、接口、结构、配套设备进行标准化规定。第三部分对终端的通信接口、关键功能及配套二次回路实现进行标准化设计。
4.2 集中式 DTU 标准化设计
4.2.1 终端技术要求
1） 终端采用模块化可扩展设计，由核心单元、电源模块和电池组构成；各模块采取标准化设计；模块直接通过标准化线束连接；终端结构和内部组成应符合本文档的要求；核心单元、操作模块的外形结构应符合本文档的要求；终端与一次设备连接采用矩形连接器形式，终端模块之间连接采用矩形连接器方式，矩形连接器应符合本文档的要求；模块之间标准化定制连接电缆应符合本文档的要求；电源模块的结构和功能应满足本文档的要求。
2） 终端与主站通信的遥信、遥测、遥控、电能量数据传输规约应采用符合
DL/T 634 标准的 104 通信规约。
3） 终端采用平台化硬件设计并适应边缘计算架构，终端采用实时核和管理核协调处理的硬件构架；实时核负责实时数据采集和实时计算、故障就地动作及线损测量等功能；管理核负责通信、状态监测数据接收和数据分析功能，其中状态监测数据接收和分析处理功能应以应用软件方式实现，支持就地化数据存储与决策分析。
4） 终端应支持内嵌国密算法的安全芯片，实现终端与主站之间的数据交互
的完整性、机密性、可用性保护，并实现对本地存储数据的机密性、完整性保护。
安全芯片应满足本文档设计的要求。
4.2.1.1 环境条件
（1）环境温度、湿度
对于户外 DTU 必须符合 C3 级别要求；对于室内屏柜 DTU 必须符合 C2 级别要求。工作场所环境温度和湿度分级见表 4-1。
表 4-1 工作场所环境温度和湿度分级 级别
特定(根据需要由用户和制造商协商确定)
（2）海拔高度
1) 安装场地的海拔高度不应超过 1000m；
2) 对于安装在海拔高度超过 1000m 的配电终端应依据标准 GB/T
11022-2011 第 2.3.2 条执行。
4.2.1.2 电源要求
（1）供电电源要求
使用交流三相供电，在供电线路故障（三相三线供电时任断一相电）时，交流电源可供终端正常工作。
1) 额定电压：AC220V，50Hz；
2) 交流电源标称电压容差为-20%～+20%；
3) 交流电源标称频率为 50Hz，频率容差为±5%；
4) 交流电源波形为正弦波，谐波含量小于 10%。
（2）配套电源模块及装置运行要求
1) 工作电源满足同时为终端核心单元、通信设备、开关分合闸提供正常工作电源；
2) 主电源供电和后备电源都应独立满足终端核心单元、通信设备正常运行及对开关的正常操作；
3) 电源输出和输入应电气隔离；
4) 电源模块应支持三相供电方式，具备任意一相失电电源模块正常工作的功能。电源模块电压输出两路直流电源，其中一路为采用 24V 电压等级，提供终端核心单元工作电源，提供通信电源为终端配套通信设备供电。另一路为操作电源，采用 48V 电压等级，为开关提供操作和储能电源，开关柜中设备若采用该路电压供电，应能保证在 40V 至 60V 区间能正常工作；电源模块应满足本文档电源模块标准化设计要求；
5) 终端上电、断电、电源电压缓慢上升或缓慢下降，终端均不应误输出，当电源恢复正常后，终端应自动恢复正常运行；
6) 终端核心单元工作电源、通信电源及操作电源均应配置独立直流空开。终端配套通信设备直流电源正端与地线相连时，应额外配置单独的 24V 供电电源模块。
（3）后备电源要求
1) 后备电源应采用免维护阀控铅酸蓄电池或超级电容，或采用其它新能源电池，如电容电池、钛酸锂电池等；后备电源额定电压 48V；
2) 免维护阀控铅酸蓄电池寿命不少于 3 年，超级电容寿命不少于 6 年，其他新能源电池寿命不少于 6 年；
3) 后备电源能保证配电终端运行一定时间且满足表 4-2 的要求。
表 4-2 后备电源的技术参数表
后备电源类型
后备电源维持时间
免维护阀控铅酸蓄电池或其他新能源电池
应保证各间隔完成分-合-分操作一次并维持配电终端及通信模块至少运行 4 小时。
超级电容
应保证各间隔分闸操作一次并维持配电终端及通信模块至少运行15分钟。
4) 采用其它新能源电池时，应能满足以下要求：
5) 寿命大于 6 年，充放电循环次数大于 1000 次，使用 6 年后电池剩余容量不小于标准容量 50%。
6) 安全性：不允许出现自燃和自爆；在专业鉴定机构能通过穿刺，挤压等安全试验认证；
7) 运行温度：-40℃至+70℃全范围内运行时，放电功率稳定，应满足表 3.3-2 要求；
8) 电池管理：自带 BMS，自带过充过放保护，监控运行温度，电量，内阻等参数。
4.2.1.3 功能要求
（1）终端基本功能
1) 应采用模块化、可扩展、低功耗、免维护的设计标准，适应复杂运行环境，具有高可靠性和稳定性；
2) 应同时具备三相电压及零序电压采集功能，每回路三相电流及零序电流采集功能；
3) 具备自诊断、自恢复功能，对各功能板件、重要芯片等可以进行自诊断，异常时能上送报警信息，软件异常时能自动复位；
4) 具备历史数据循环存储功能，电源失电后保存数据不丢失；支持历史数据远程调阅，以文件方式上传至配网主站；历史数据包括 SOE 记录、遥控操作记录、日冻结电量、电能定点数据、功率定点数据、电压定点数据、电流定点数据、电压日极值数据、电流日极值数据、功率反向的电能冻结等；
5) 采取防误措施，避免装置初始化、运行中、断电等情况下产生误报遥信。
6) 增加控制回路告警功能，在开关分/合闸操作回路异常断开、低气压报警出现时经延时 15S 后确认后告警。
（2）线损测量功能
1) 具备电能计量功能，单独计量每个间隔的正向、反向有功电能量，正向、反向无功电能量和四象限无功电能量；
2) 电能量冻结功能
a)定点冻结功能：定点冻结数据每天等间隔记录 96 条；
b)日冻结功能：日冻结数据记录零点时刻的电能量；
c)功率反向电能量冻结功能：冻结数据应包含正向、反向有功电能量，正向、
反向无功电能量，四象限无功电能量；冻结记录应循环存储不少于 31 天定点记录。
3) 电度清零
a)清除存储的电能量数据；
（3）管理功能
1) 具备当地及远方设定定值功能；
2) 具备终端运行参数的当地及远方调阅与配置功能，配置参数包括零门槛值（零漂）、变化阈值（死区）、重过载报警限值、短路及接地故障动作参数等；
3) 具备终端固有参数的当地及远方调阅功能，调阅参数包括终端类型及出厂型号、终端 ID 号、嵌入式系统名称及版本号、硬件版本号、软件校验码、通信参数及二次变比等；
4) 具备当地及远方设定定值功能，宜遵循统一的查询、调阅软件界面要求，支持程序远程下载，支持安全密钥远程下载，提供当地调试软件或人机接口；
5) 应满足通过远方通信口对设备进行参数维护，在进行参数、定值的查看或整定时应保持与主站系统的正常业务连接；
6) 具备终端日志记录功能；
7) 具有明显的线路故障、终端状态和通信状态等就地状态指示信号。
（4）对时和定位功能
1) 具备对时功能，支持主站规约、北斗/GPS 等对时方式，优先北斗/GPS 对时。站所终端自带北斗/GPS 双模模块，提供 SMA 天线接口，通过外接天线实现与北斗/GPS 的连接。北斗/GPS 对时精度应不大于 5ms。主站规约对时，光纤通道对时精度应不大于 1 秒，无线通信方式对时精度应不大于 10 秒；守时精度不大于 2 秒/天；
2) 具备北斗/GPS 定位功能，定位精度不大于 10 米。具备将定位数据上送主站功能。
（5）安全功能
1) 具备基于内嵌安全芯片实现的信息安全防护功能，安全防护功能至少包括基于国产商用密码算法的统一密钥和数字证书，可与配电主站实现双向身份认证、参数配置等的签名验证、数据的加解密与完整性保护；
2) 支持安全密钥管理功能，包括远程下载、更新、恢复等；
3) 当采用串口进行本地运维时，终端应基于内嵌安全芯片，实现对运维工具的身份认证，以及交互运维数据的加解密；
4) 当采用蓝牙通信方式进行本地运维时，终端应采用支持安全加密功能的蓝牙通信模块，实现与运维工具之间的连接加密；并通过终端内嵌安全芯片，实现终端对运维工具的身份认证和数据加解密；
5) 站所终端应满足《电力监控系统安全防护规定》（国家发展和改革委员会令 2014 年第 14 号）、《关于印发电力监控系统安全防护总体方案等安全防护方案和评估规范的通知》（国能安全〔2015〕36 号）及《国家电网公司关于进一步加强配电自动化系统安全防护工作的通知》（国家电网运检〔2016〕576 号）中相应的安全防护要求。
（6）常规保护功能
1) 配置要求
a) 具有过电流保护跳闸功能，具备三段保护，可对保护动作时限、电流定值进行设定；
b) 具有零序电流保护跳闸功能，具备两段保护，可对保护动作时限、电流定值进行设定；
c) 具有短路故障告警功能，可对短路故障告警时限、电流定值进行整定；
d) 具有零流告警功能，可对零流告警时限、电流定值进行整定；
e) 具备小电流接地系统单相接地故障识别功能；单相接地故障识别功能可配置为告警或跳闸，告警或跳闸延时可独立设定；
f) 可设置三次自动重合闸功能，可根据需要设定重合闸次数以及每次重合闸延时定值；可配置重合闸检有压功能；重合闸功能在三段过流保护、两段零序过流保护及小电流接地故障跳闸时，启动重合闸；
g) 具有闭锁重合闸功能，可设定闭锁重合闸时限定值。一、二次重合闸后
在设定时间（可整定）之内检测到故障电流，则闭锁重合闸；
h) 具备过流、零序过流、零序电压后加速功能，可对投退定值、动作时限、电流定值、电压定值进行整定；
i) 具备励磁涌流防误动作功能；
j) 应配置非遮断电流闭锁功能，可独立投退；
k) 应配置失压、零序过压告警，可独立投退；
l) 应配置 PT 断线告警，可独立投退；
m) 应配置保护动作故障指示手动复归、自动复归和主站远程复归功能，能
根据设定时间或线路恢复正常供电后自动复归，复归时实现装置整体复归功能；
n) 远方/就地转换开关不限制保护出口；
o) 保护功能配置表见表 4-3 所示。
p) 故障处理逻辑规范详见附录 G。
（7）除湿功能
可根据现场实际情况选装加热型智能除湿器或冷凝型智能除湿器，其尺寸不大于 200mm*150mm*100mm。站所终端预留智能湿器安装位置。智能除湿器工作电压应为 DC24V/DC48V/AC220V； 通讯方式为 RS485；除湿空间大于 2.5M³；额定功率：根据实际需要配置（原则上不超过≤50W）；湿度、温度等阈值可调整；安装智能除湿器时，终端电源模块和终端功耗不采取本文档标准化设计内容。
4.2.1.4 性能要求
（1）基本性能要求
1) 交流采集要求
a) 交流采集标称值要求：
i. 电压输入标称值： 100/√3V 或 220V； ii. 相电流输入标称值：5A/1A； iii. 零序电流输入标称值：1A。
b) 交流采集允许基本误差精度和等级指数： i. 电压：0.5 级；
ii. 相电流：相测量值 0.5 级（≤1.2In），相保护值≤3％(≤10In)； iii. 零序电流： 0.5 级； iv. 有功功率、无功功率精度：1 级；
v. 电能量精度：有功 0.5S，无功 2 级。
c) 采集交流电压、电流，在标称输入值时，核心单元每一电流回路的功率消耗应小于 0.75VA；核心单元每一电压回路的功率消耗应小于 0.5VA；
d) 短期过量交流输入电流施加标称值的 2000%，持续时间小于 1 秒，站所终端应工作正常。
2) 遥信采集要求：
a) 遥信分辨率不大于 5 毫秒，遥信电源电压 DC24V；
b) 遥信动作阀值应合理设置，保证低于 30%的额定电压时，遥信可靠不动作，高于 70%的额定电压时，遥信应可靠动作；
c) 采取遥信防抖措施，软件防抖动时间 10～1000 毫秒可设（推荐出厂设置
200 毫秒）。
3) 控制输出要求：
a) 实现开关的分、合闸控制；
b) 具备软硬件防误动措施，保证控制操作的可靠性，控制输出回路提供明显断开点；
c) 触点容量交流 250V/5A 或直流 110/0.5A 纯电阻负载。
4) 装置功耗要求：
核心单元正常运行直流功耗宜不大于 20W（不含通信模块、电源模块），整机功耗不超过 50VA（不含通信模块、后备电源）。
5) 数据处理性能要求：
a) 在主站通信异常时，为保证事件（SOE 信息）不丢失，所有事件必须得到主站的确认；否则将事件进行缓存，待通信恢复正常后重新上送未被确认的事件，未被确认的事件应该在通信重新建立链路后重复上送，直至被确认才清除缓存遥信。如果终端掉电重启后则事件清空，无需再补充上送；
b) 具备历史数据循环存储功能，要求如下：
i. 应循环存储不少于 1024 条 SOE 记录，采用文件传输方式上送最新的 1024 条记录；
ii. 应循环存储不少于 31 天的定点记录和极值记录，采用文件传输方式上送最新 31 天的记录数据，定点数据每天等间隔产生 96 条，极值记录每天产生
1 条；
iii. 应循环存储不少于 30 条的遥控操作记录，采用文件传输方式上送最新 30 条操作记录；
iv. 所有存储并上送的记录对象必须是现场配置的上送信息点表规定的信息，对于不满足最大条数的记录按实际记录数量传输。
6) 故障处理性能要求：
a) 故障处理相关电流整定值误差应不大于±5%或±0.02In；
b) 故障处理相关电压整定值误差应不大于±5%或±0.01Un；
c) 故障处理相关延时时间应满足：过量类保护 1.2 倍整定值或欠量保护 0.8 倍定值时，不大于 1%或 40ms；
d) 保护固有动作时间应小于 40ms。
7) 故障录波性能要求：
a) 支持录波数据循环存储至少 64 组，并支持上传至主站；
b) 录波功能启动条件包括过流故障、线路失压、零序电压、零序电流突变等，可单独或组合设定；
c) 录波内容应包含故障发生时刻前不少于 4 个周波和故障发生时刻后不少
于 8 个周波的波形数据，录波点数为不少于 80 点/周波，录波数据应包含电压、电流、开关位置等，需满足至少两个回路的录波；
d) 录波采用文件传输方式，录波文件格式遵循 Comtrade 1999 标准中定义
的格式（详见《GBT 22386-2008 电力系统暂态数据交换通用格式》），只采用 CFG
（配置文件，ASCII 文本）和 DAT（数据文件，二进制格式）两个文件； e) 录波数据的精度:
