集成芯片化 DTU智能环网柜的设计与实现.pdf

集成芯片化DTU智能环网柜的设计与实现--第1页

集成芯片化DTU智能环网柜的设计与实现

摘要：近些年来，智能化电网取得了前所未有的进步，同时在开关方面也逐渐向自动

化、信息化的方向转变。开关柜智能操控装置的内部结构采用了一体化布局，使得开关柜

的面板设计得以简化，同时面板布局也进行了美化设计。人们对电能质量、供电可靠性和

企业的优质服务水平提出了更高的要求，加强城市配电网建设，推进电网智能化“”是城市

基础建设重点任务之一，这是近年来在国家层面上第一次将加强建设智能配电网上升到战

略高度。同时，随着分布式电源快速发展，电动汽车、储能装置等大量接入，配电网由无

源网成为有源网，潮流由单向变为多向，要求配电网提高适应能力，加快升级改造显得日

益紧迫。

关键词：集成芯片DTU；智能环网柜；设计

1、概述

配电自动化建设中，环网柜以其体积小、结构紧凑、安装方便、维护简单、安全可

靠、方便供电等诸多优点而被广泛应用。随着智能配电网的建设，环网柜要求小型化、智

能化、网络化，实现配网自动化的功能。目前常用的做法是利用现有的产品，在普通环网

柜的基础上配置电流互感器、电压互感器、电动操作机构、故障指示器、继电保护模块、

配电终端单元（DTU）等，使环网柜具备测控与保护功能，实现基本配电自动化功能。传

统DTU的架构是核心单元加外围部件，并配备后备电源及通信模块．其不足之处：1）

DTU里面的功能部件过于冗杂，造成DTU本身体积较大，安装维护不方便；2）环网柜对

DTU依赖性很强，如环网柜使用的是DTU自带后备电源，如DTU故障，易造成环网柜整

个二次控制回路掉电，不利于提高供电的可靠性；3）环网柜中功能模块重复，如环网柜

在配备DTU的同时需要在出线间隔配置看门狗保护装置，功能冗余重复，整体功耗高，不

集成芯片化DTU智能环网柜的设计与实现--第1页

集成芯片化DTU智能环网柜的设计与实现--第2页

利于设备整体功能及性能的优化；4）环网柜整体结构远没有达到理想的架构，各功能模

块之间的配合没有实现优化组合。随着监测与传感、通信与实时数据处理、机械与电气融

合等技术的发展，更多种技术的融合是实现配电开关设备智能化的技术，也是未来的发展

必然趋势。以环网开关设备在线监测，环境监测与故障诊断为技术基础，结合馈线自动化

FA，继电保护与测控，绝缘技术，将逻辑功能，装置结构与开关本体一体化集成设计智能

环网柜。通过优化设计，实现环网柜的一二次有机融合。同时芯片化DTU采用标准化设

计，实现即插即用，方便系统运行维护，提高系统可靠性，芯片化智能环网柜的设计与改

造，芯片化DTU的集成和通信方式研究。

2、芯片化智能环网柜的设计改造

2.1芯片化DTU硬件平台设计

芯片化DTU装置采用Xilinx公司的ZYNQ系列芯片，属于SoC的一种，装置具体实施

时，将部分功能由外设芯片实现；采用双核AMP模式，ZYNQ芯片两个ARMCPU运行工作

在不同模式下，其中一个是实时系统下完成保护功能，一个是在LINUX操作系统下完成测

控和通信管理功能。

2.2芯片化DTU结构设计

1）采用分布式DTU设计方案，芯片化DTU按单元配置，可就地安装在开关柜内；

2）芯片化DTU结构尺寸：长240mm，宽180mm，高100mm；3）使用一体式机壳、采

用防锈铝材料，密封设计，实现IP67防护等级，与外部采用航空插头接口；4）优化结构

布局，让CPU芯片元件通过导热硅胶与外壳直接接触，降低关键元件的温度，保证装置可

靠工作于-40-70度高温。

2.3芯片化DT