配网自动化用电源的现状及维护电力技术讲座课件

配网自动化用后备电源的现状及维护配网自动化用后备电源的现状及维护1目录/Contents配网自动化用后备电源的现状配网自动化用后备电源的维护配网设备后备电源的对比01020304超级电容器在配网自动化的应用目录/Contents配网自动化用后备电源的现状配网自动化用201配网自动化用后备电源的现状01配网自动化用后备电源的现状351.1 配网自动化用后备电源特点⒈户外站点配电终端应采用母线PT电源作为主电源，且采用PT双路交流输出供电，配置蓄电池作为备用电源。⒉户内站点配电终端应优先采用母线PT电源供电。在无母线PT电源时，可从室内低压配变不同低压母线出线柜引接两路交流电源供电，同时配置蓄电池作为备用电源。⒊蓄电池容量应满足交流电源失电后支持开关分合各8次以上。51.1 配网自动化用后备电源特点⒈户外站点配电终端应采用母461.2

设备配置典型方案61.2设备配置典型方案571.3 配网自动化一次与二次配合⒈远方监控型站点选用环网柜（负荷开关），配置电动操作机构、辅助接点、母线PT、A/C相CT及零序CT。⒉远方加就地控制型站点选用断路器，断路器应配置电动操作机构、辅助接点、母线PT、A/B/C三相CT及零序CT。当主干线设置两组远方与就地监控站点时，断路器应选用永磁操作机构。⒊就地控制站点选用断路器或负荷开关加熔断器组合电器。选用断路器时，应配置电动操作机构、辅助接点、母线PT、A/B/C相CT及零序CT；选用负荷开关加熔断器组合电器时，熔断器时间-电流特性曲线应与用户侧熔断器配合。71.3 配网自动化一次与二次配合⒈远方监控型站点选用环网柜602配网自动化用后备电源的维护02配网自动化用后备电源的维护792.1

维护人员状况目前供电局有试验班、各供电局的供电所下面只有配电运维班、低压班，没有相应的配网自动化班（目前，有部分区间将配网自动化功能管理划入至试验班）；没有通过电池的运维技能培训，人员高学历的人员比重还是较低（主要是指原农电体制下接收的人员）（3）2014年开始配网自动化改造，至目前为止，还没有专业的电池维护班组，另外因点多面广，维护人员不足，只能委托至三产公司维护。92.1维护人员状况目前供电局有试验班、各供电局的供电所下8102.2

检修运维手段及设备目前没有开展现场相关的检测；没有完善相关的电池运维管理制度，相关制度正在制定中；现在所有的运维抢修、调试安装委托一个三产公司，他们人员不足，每天配网自动化改造的点较多，没有充足的时间及人员进行维护及巡视；大概只能每季度检查1次（外观检查）。目前各运维班组几乎没有电池的核容、活化等检测设备。102.2检修运维手段及设备目前没有开展现场相关的检测；9112.4

配网自动化后备电源运行状况（1）配网2014年-2019年开始配网自动化建设、当时初步试点单位为福田供电局、龙岗供电局。当时只是对原有的环网柜进行改造，其中每条线路大概安装改造2至3个3遥点，其他没有通信光纤的环网柜安装2遥点，部分柜子没有专用的PT柜，采用CT取电，主要缺点是掉线率高，信号无法采样，维护量大；（2）2018年开始深圳供电局开始大规模的配网自动化改造，主要的通信采用光纤通信方式，环网柜采用了KKBB的配网自动化的智能柜，有专用的PT。对蓄电池的维护主要是成批更换的方式（2017、2018），龙岗供电局大概2800电池目前也没有对电池的专业维护深圳供电局供电特点，高比例的电缆线路，环网柜（公用电房）数量大、维护人员不足。112.4配网自动化后备电源运行状况（1）配网2014年-10122.5

配网自动化后备电源特点备用电源：采用直流免维护阀控铅酸蓄电池组供电，单体应采用标称12V，蓄电池组采用串联供电方式（DC24V）；DTU电池容量≥20AH,

电池采用汤浅，阳光、松下等高可靠性的名牌产品；使用寿命≥5年；支持装置正常工作时间：≥8小时；支持开关动作次数：≥8次；整机功耗＜90W（含通信模块和除湿器）。设备应能在以下条件下正常运行：⑴环境温度：-25℃~70℃。⑵环境湿度：10%~95%。⑶信号质量：信号值≥12。充电电源要求⑴工作电压：9~48V

DC，提供防反接和防过流保护。⑵工作电流：待机时≤150mA（+12V

DC），通信时≤300mA（+12V

DC）。122.5配网自动化后备电源特点备用电源：采用直流免维护阀11132.6 配网自动化后备电源的故障特点龙岗供电局更换电池故障类型分析(2019)故障类型漏液接线柱故障鼓起容量不足其他故障次数1213234故障次数,

漏液,

12,35%故障次数,

接线柱故障,

13,38%故障次数,

鼓起,

4,

12%量不足,

3,

9%他,

2,

6%故障次数,

容

故障次数故障次数,

其漏液 接线柱故障 鼓起 容量不足 其他132.6 配网自动化后备电源的故障特点龙岗供电局更换电池故1203配网设备后备电源的对比03配网设备后备电源的对比13153.1

配网自动化后备电源的种类二次电池——阀控铅酸电池优点1、安全：铅酸电池大电流放电不易发生意外2、成本：铅酸电池所用材料及工作要求都低得多缺点1、耐用差，循环寿命低。2、体积大、重量重。3、使用、维护成本高。（运行成本）4、环保:铅酸电池在生产过程中存在污染,如果回收不当也可能造成污染5、倍率性能差。153.1配网自动化后备电源的种类二次电池——阀控铅酸电池14163.1

配网自动化后备电源的种类二次电池——锂离子电池优点：1、能量体积比，能量重量比都较高，能量密度大。2、功率密度较大，可以实现大功率的使用。3、寿命长、日历寿命可达5年以上和循环寿命1000次以上。4、能大倍率的充放电，在较大倍率的使用过程中，电池不许要多配太多，减少配置成本。5.低使用成本、平均每天（或每次）的使用均摊成本较低。缺点：1、过充、过放、过温、过流等容易对电池造成伤害。2、虽然在汽车上已大量使用，但在材料、生产等、过程仍然需要进一步提高安全性。3、电池需要电路进行控制。163.1配网自动化后备电源的种类二次电池——锂离子电池优15173.1

配网自动化后备电源的种类二次电池——锂离子电池外形区分1、圆柱电池如：18650、21700、60138等。特点工艺成熟、强度高，一致性高。2、方形电池：包括铝制方形，钢制方形，塑料方形。成组率高。3、软包电池：比能量密度高。外壳强度度低。173.1配网自动化后备电源的种类二次电池——锂离子电池外16183.1

配网自动化后备电源的种类二次电池——锂离子电池材料分类1、三元材料正极为三元材料（镍钴锰或镍钴铝）负极为碳成本较低，容量高，循环较好，但安全性较差2、锰酸锂正极为锰酸锂负极为碳安全性好、电压较高、倍率、低温好、成本较低、高温循环差、容量低3、磷酸铁锂正极为磷酸铁锂负极为碳安全性好、循环好、电压低、倍率好。4、钛酸锂电池正极为三元材料或锰酸锂负极为钛酸锂安全性好、循环好、低温特性好、倍率高、电压低、成本较高其中综合考虑电网的安全性，目前主要选用的锂离子电池为较为安全可靠的磷酸铁锂和钛酸锂183.1配网自动化后备电源的种类二次电池——锂离子电池负17193.1

配网自动化后备电源的种类超级电容器物理电容：较大的容量、比能量或能力密度，较宽的工作温度范围和极长的使用寿命;而与蓄电池相比，它又具有较高的比功率，且对环境无污染。电压2.7V-3V锂电容：（或赝电容）介于超级电容和锂离子电池的桥梁器件，具有高比能量和高比功率的综合性能,电压可以高达3.6V193.1配网自动化后备电源的种类超级电容器物理电容：18203.1

配网自动化后备电源的种类超级电容器-锂电容器钛酸锂电池、超级电容、磷酸铁锂电池、铅酸蓄电池性能对比表项目铅酸蓄电池钛酸锂电池超级电容磷酸铁锂电池正极材料二氧化铅锰酸锂/镍钴锰酸锂双电层电容器磷酸铁锂负极材料海绵状铅钛酸锂双电层电容器碳材料电解液稀硫酸溶液聚合物电解液/聚合物电解液电压平台2V2.45V2.7V(满充电压）3.2V工作温度-10℃～+40℃-40℃～+55℃-40-+650℃～+55℃循环寿命500次20000次以上1000000次2000-2500次体积能量比60～80Wh/L180Wh/L约15wh/L320Wh/L重量能量比30～45Wh/kg75～85Wh/kg约

5.96Wh/Kg135Wh/kg月自放电4～5%＜3%高＜3%平均放电深度50%100%100%100%环保特性严重铅污染无污染无污染无污染技术成熟度非常成熟较成熟较成熟较成熟安全性一般很好很好好最大充放电倍率1C40C放电功率2C-20℃循环容量保持率不可循环0.8大于0.89不可循环低温充电能力-20℃以下不能充电-40℃-40℃0℃以下不能充电203.1配网自动化后备电源的种类超级电容器-锂电容器钛酸1904超级电容器在配网自动化的应用04超级电容器在配网自动化的应用20224.1

项目背景随着深圳地区经济的发展，配网自动化得到了快速发展与普及，当前配网自动化三遥柜二次DTU的后备电源有蓄电池及超级电容两种供电方式，两种供电方式各有优缺点：蓄电池 超级电容蓄电池系统容量更为可观，且造价相对低廉，是当前主流的DTU后备电源供电方式，但是蓄电池适应环境能力较差，每2年就需更换一次，具有故障率高、维护成本高等缺点。目前的超级电容系统容量较小，且造价相对较高，但是超级电容适应环境能力更强，更适应深圳地区高温、潮湿的运行环境，安装直到运行10年以后报废都不需要维护和更换。224.1项目背景随着深圳地区经济的发展，配网自动化得到了21234.2

项目解决问题本项目通过采用高能量密度的超级电容，并优化能量输出，研制一套应用于配网自动化三遥柜DTU设备的高可靠性后备电源系统，可以兼顾供电能力及运行适应能力；超级电容能承受长时间高温、高湿度的运行环境，从投运到报废几乎不需要进行更换维护，但能量密度较低，当前主流的超级电容系统仅能待机15分钟，支持6-8次开关分合，本项目期望开发出至少能待机半小时，支持12次开关分合的电源系统；项目成果可以有效提高配网自动化三遥柜DTU设备后备电源系统的运行可靠性，并大幅度地减小维护的设备成本及人力成本。234.2项目解决问题本项目通过采用高能量密度的超级电容，22244.3

项目研究内容项目研究内容包括：1）.增加超级电容供电系统的供电能力调整超级电容的电极材料配方，从而实现20~40%的能量密度提升。增加超级电容电源管理模块DC/DC输入端的电压范围到原本的4倍，可以增加10%的超级电容可用能量。采用反激同步整流拓扑可以实现宽范围输入的DC/DC电路。2）.降低主供电源断电后DTU的运行消耗DTU关键耗电设备LCD液晶显示屏在后备供电且无人操作的条件下，可以彻底关闭，关闭液晶屏将减少25%的整机功耗。通过系统控制板发送信号控制LCD液晶显示屏的电源端来实现断电。降低DTU关键耗电设备数据采集与处理板的功耗。在后备电源供电状态降低采样控制板的MCU工作频率，并降低采样频率，从而降低功耗。需要从新定义采样频率，满足后备监控的最低数据需求。降低关键耗电设备4G无线通讯模块的功耗。经查厂家技术手册，通讯模块有低功耗模式、休眠模式，可以通过后备供电时切换低功耗甚至休眠模式，达到降低功耗的目的。244.3项目研究内容项目研究内容包括：23253）.制造DTU样机并验证其运行能力本项目采购了一台长园深瑞PRS3342型DTU进行了改造，该型号DTU为深圳地区配网自动化设备采用的主流型号之一，具有较强的代表性。超级电容电源系统及样机制成后均送到相应的试验机构进行了检测，试验结果显示该电源系统能够适应严苛的运行环境，在主供电源断电后能够保持运行2小时，支持有效分合开关29次。项目所制样机于2019年9月10日在深圳市龙岗区龙平西路与和谐路交界处路边机柜开始了安装试用（龙谐三遥柜，编号：05071002035），经验证机柜在现场能够正常运行，断电后操作机柜有效分合开关30次，并保持运行了约110分钟。4）.出台相应的技术标准项目编写了超级电容充电机技术规格书1份，DTU用超级电容充电机通用技术条件1份。4.3

项目研究内容253）.制造DTU样机并验证其运行能力4.3项目研究内容24264.4

设计思路“开源节流”高能量密度超级电容电源系统研究采用高能量密度的超级电容单体和4倍宽的输入电压范围的电源，能够大幅提升能量密度开源节流DTU待机冗余功能功耗分析优化DTU柜功能设计定义，删除无用功能，特别是待机时耗电的功能电路。DTU待机低功耗休眠模式的可行性分析对电网故障后DTU待机情况下，后备电源的真实功能进行梳理，把暂时无用功能电路进入sleep模式，关闭或间歇式实时采集有用数据。264.4设计思路“开源节流”高能量密度超级电容电源系统研2527锂离子超级电容器产品能量密度达65Wh/Kg，约为普通超级电容的5倍。总容量达到了36Wh，电压输出范围为28-19.8V4.4

设计思路27锂离子超级电容器4.4设计思路2628（2）硬件开发及功能的实现电源管理模块增加超级电容电源管理模块DC/DC输入端的电压范围到原本的4倍，可以增加10%的超级电容可用能量。采用反激同步整流拓扑可以实现宽范围输入的DC/DC电路。4.4

设计思路28（2）硬件开发及功能的实现电源管理模块4.4设计思路2729（3）软件设计，包括数据采集模组、数据采集通讯系统开发、APP开发、通讯服务器硬件建设。手机APP通过蓝牙能读取超级电容状态主要包括电容电压、实时输入、输出电流，容量等有效信息4.4

设计思路29（3）软件设计，包括数据采集模组、数据采集通讯系统开发2830（4）DTU样机的制作调试及实验验证采用长园深瑞PRS3342型DTU改装制作了样机1套通过试验模拟样机的待机时间及分合次数，在实验室内验证样机在超级电容系统供电下可以待机2小时，进行29次分合操作。4.4

设计思路30（4）DTU样机的制作调试及实验验证采用长园深瑞PRS329314.5

设计思路电源管理模块超级电容8月10日在龙谐三遥柜进行了安装调试现场设备安装送电前对设备待机时间及支持分合次数进行了验证，进行了30次分合操作，之后设备又待机了约110分钟直至断电；现场设备完成安装送电后，分断主供电源的空开，设备能够顺畅的切换主/后备供电模式，目前设备已在现场运行了一个多月，运行状况良好。314.5设计思路电源管理模块超级电容8月10日在龙谐三遥30321、本项目试制的DTU样机经各项试验及现场验证，能够实现待机时间2小时，支持开关分合操作30次的技术指标，完全满足项目计划书提出的主供电源断电后待机半小时，支持开关分合操作12次的技术要求；2、最终设计完成的配网自动化高可靠性电源系统能够广泛应用于各类配网自动化DTU设备上，其供电能力能够与当前主流的蓄电池供电系统相竞争，而使用寿命则远胜于蓄电池供电系统，具有广泛的应用前景。4.5

项目结论321、本项目试制的DTU样机经各项试验及现场验证，能够实现31334.6

经济效益与社会效益超级电容故障率低，10年服役期基本免维护，能极大地减少运维成本。以2019年数据为例，龙岗局目前具有二遥、三遥功能的自动化设备已有接近3000台，预计未来1-2年内数量还要至少再翻一番，按照蓄电池2年一换的更换频率，初步估算未来龙岗局每年就需更换蓄电池约3000台：每台蓄电池价格约500元，采购蓄电池成本S=500元/台×3000=150万元更换一台蓄电池需人力2人×0.5小时，按照每人每小时70元计算：节省人力成本R=3000×2×0.5×70=21万元预计每年节支成本总额Y=S+R=150+21=171万元以上成本减额还未计算维护人员的车辆消耗等其他方面的费用支出。334.6经济效益与社会效益超级电容故障率低，10年服役期32配网自动化用后备电源的现状及维护配网自动化用后备电源的现状及维护33目录/Contents配网自动化用后备电源的现状配网自动化用后备电源的维护配网设备后备电源的对比01020304超级电容器在配网自动化的应用目录/Contents配网自动化用后备电源的现状配网自动化用3401配网自动化用后备电源的现状01配网自动化用后备电源的现状3551.1 配网自动化用后备电源特点⒈户外站点配电终端应采用母线PT电源作为主电源，且采用PT双路交流输出供电，配置蓄电池作为备用电源。⒉户内站点配电终端应优先采用母线PT电源供电。在无母线PT电源时，可从室内低压配变不同低压母线出线柜引接两路交流电源供电，同时配置蓄电池作为备用电源。⒊蓄电池容量应满足交流电源失电后支持开关分合各8次以上。51.1 配网自动化用后备电源特点⒈户外站点配电终端应采用母3661.2

设备配置典型方案61.2设备配置典型方案3771.3 配网自动化一次与二次配合⒈远方监控型站点选用环网柜（负荷开关），配置电动操作机构、辅助接点、母线PT、A/C相CT及零序CT。⒉远方加就地控制型站点选用断路器，断路器应配置电动操作机构、辅助接点、母线PT、A/B/C三相CT及零序CT。当主干线设置两组远方与就地监控站点时，断路器应选用永磁操作机构。⒊就地控制站点选用断路器或负荷开关加熔断器组合电器。选用断路器时，应配置电动操作机构、辅助接点、母线PT、A/B/C相CT及零序CT；选用负荷开关加熔断器组合电器时，熔断器时间-电流特性曲线应与用户侧熔断器配合。71.3 配网自动化一次与二次配合⒈远方监控型站点选用环网柜3802配网自动化用后备电源的维护02配网自动化用后备电源的维护3992.1

维护人员状况目前供电局有试验班、各供电局的供电所下面只有配电运维班、低压班，没有相应的配网自动化班（目前，有部分区间将配网自动化功能管理划入至试验班）；没有通过电池的运维技能培训，人员高学历的人员比重还是较低（主要是指原农电体制下接收的人员）（3）2014年开始配网自动化改造，至目前为止，还没有专业的电池维护班组，另外因点多面广，维护人员不足，只能委托至三产公司维护。92.1维护人员状况目前供电局有试验班、各供电局的供电所下40102.2

检修运维手段及设备目前没有开展现场相关的检测；没有完善相关的电池运维管理制度，相关制度正在制定中；现在所有的运维抢修、调试安装委托一个三产公司，他们人员不足，每天配网自动化改造的点较多，没有充足的时间及人员进行维护及巡视；大概只能每季度检查1次（外观检查）。目前各运维班组几乎没有电池的核容、活化等检测设备。102.2检修运维手段及设备目前没有开展现场相关的检测；41112.4

配网自动化后备电源运行状况（1）配网2014年-2019年开始配网自动化建设、当时初步试点单位为福田供电局、龙岗供电局。当时只是对原有的环网柜进行改造，其中每条线路大概安装改造2至3个3遥点，其他没有通信光纤的环网柜安装2遥点，部分柜子没有专用的PT柜，采用CT取电，主要缺点是掉线率高，信号无法采样，维护量大；（2）2018年开始深圳供电局开始大规模的配网自动化改造，主要的通信采用光纤通信方式，环网柜采用了KKBB的配网自动化的智能柜，有专用的PT。对蓄电池的维护主要是成批更换的方式（2017、2018），龙岗供电局大概2800电池目前也没有对电池的专业维护深圳供电局供电特点，高比例的电缆线路，环网柜（公用电房）数量大、维护人员不足。112.4配网自动化后备电源运行状况（1）配网2014年-42122.5

配网自动化后备电源特点备用电源：采用直流免维护阀控铅酸蓄电池组供电，单体应采用标称12V，蓄电池组采用串联供电方式（DC24V）；DTU电池容量≥20AH,

电池采用汤浅，阳光、松下等高可靠性的名牌产品；使用寿命≥5年；支持装置正常工作时间：≥8小时；支持开关动作次数：≥8次；整机功耗＜90W（含通信模块和除湿器）。设备应能在以下条件下正常运行：⑴环境温度：-25℃~70℃。⑵环境湿度：10%~95%。⑶信号质量：信号值≥12。充电电源要求⑴工作电压：9~48V

DC，提供防反接和防过流保护。⑵工作电流：待机时≤150mA（+12V

DC），通信时≤300mA（+12V

DC）。122.5配网自动化后备电源特点备用电源：采用直流免维护阀43132.6 配网自动化后备电源的故障特点龙岗供电局更换电池故障类型分析(2019)故障类型漏液接线柱故障鼓起容量不足其他故障次数1213234故障次数,

漏液,

12,35%故障次数,

接线柱故障,

13,38%故障次数,

鼓起,

4,

12%量不足,

3,

9%他,

2,

6%故障次数,

容

故障次数故障次数,

其漏液 接线柱故障 鼓起 容量不足 其他132.6 配网自动化后备电源的故障特点龙岗供电局更换电池故4403配网设备后备电源的对比03配网设备后备电源的对比45153.1

配网自动化后备电源的种类二次电池——阀控铅酸电池优点1、安全：铅酸电池大电流放电不易发生意外2、成本：铅酸电池所用材料及工作要求都低得多缺点1、耐用差，循环寿命低。2、体积大、重量重。3、使用、维护成本高。（运行成本）4、环保:铅酸电池在生产过程中存在污染,如果回收不当也可能造成污染5、倍率性能差。153.1配网自动化后备电源的种类二次电池——阀控铅酸电池46163.1

配网自动化后备电源的种类二次电池——锂离子电池优点：1、能量体积比，能量重量比都较高，能量密度大。2、功率密度较大，可以实现大功率的使用。3、寿命长、日历寿命可达5年以上和循环寿命1000次以上。4、能大倍率的充放电，在较大倍率的使用过程中，电池不许要多配太多，减少配置成本。5.低使用成本、平均每天（或每次）的使用均摊成本较低。缺点：1、过充、过放、过温、过流等容易对电池造成伤害。2、虽然在汽车上已大量使用，但在材料、生产等、过程仍然需要进一步提高安全性。3、电池需要电路进行控制。163.1配网自动化后备电源的种类二次电池——锂离子电池优47173.1

配网自动化后备电源的种类二次电池——锂离子电池外形区分1、圆柱电池如：18650、21700、60138等。特点工艺成熟、强度高，一致性高。2、方形电池：包括铝制方形，钢制方形，塑料方形。成组率高。3、软包电池：比能量密度高。外壳强度度低。173.1配网自动化后备电源的种类二次电池——锂离子电池外48183.1

配网自动化后备电源的种类二次电池——锂离子电池材料分类1、三元材料正极为三元材料（镍钴锰或镍钴铝）负极为碳成本较低，容量高，循环较好，但安全性较差2、锰酸锂正极为锰酸锂负极为碳安全性好、电压较高、倍率、低温好、成本较低、高温循环差、容量低3、磷酸铁锂正极为磷酸铁锂负极为碳安全性好、循环好、电压低、倍率好。4、钛酸锂电池正极为三元材料或锰酸锂负极为钛酸锂安全性好、循环好、低温特性好、倍率高、电压低、成本较高其中综合考虑电网的安全性，目前主要选用的锂离子电池为较为安全可靠的磷酸铁锂和钛酸锂183.1配网自动化后备电源的种类二次电池——锂离子电池负49193.1

配网自动化后备电源的种类超级电容器物理电容：较大的容量、比能量或能力密度，较宽的工作温度范围和极长的使用寿命;而与蓄电池相比，它又具有较高的比功率，且对环境无污染。电压2.7V-3V锂电容：（或赝电容）介于超级电容和锂离子电池的桥梁器件，具有高比能量和高比功率的综合性能,电压可以高达3.6V193.1配网自动化后备电源的种类超级电容器物理电容：50203.1

配网自动化后备电源的种类超级电容器-锂电容器钛酸锂电池、超级电容、磷酸铁锂电池、铅酸蓄电池性能对比表项目铅酸蓄电池钛酸锂电池超级电容磷酸铁锂电池正极材料二氧化铅锰酸锂/镍钴锰酸锂双电层电容器磷酸铁锂负极材料海绵状铅钛酸锂双电层电容器碳材料电解液稀硫酸溶液聚合物电解液/聚合物电解液电压平台2V2.45V2.7V(满充电压）3.2V工作温度-10℃～+40℃-40℃～+55℃-40-+650℃～+55℃循环寿命500次20000次以上1000000次2000-2500次体积能量比60～80Wh/L180Wh/L约15wh/L320Wh/L重量能量比30～45Wh/kg75～85Wh/kg约

5.96Wh/Kg135Wh/kg月自放电4～5%＜3%高＜3%平均放电深度50%100%100%100%环保特性严重铅污染无污染无污染无污染技术成熟度非常成熟较成熟较成熟较成熟安全性一般很好很好好最大充放电倍率1C40C放电功率2C-20℃循环容量保持率不可循环0.8大于0.89不可循环低温充电能力-20℃以下不能充电-40℃-40℃0℃以下不能充电203.1配网自动化后备电源的种类超级电容器-锂电容器钛酸5104超级电容器在配网自动化的应用04超级电容器在配网自动化的应用52224.1

项目背景随着深圳地区经济的发展，配网自动化得到了快速发展与普及，当前配网自动化三遥柜二次DTU的后备电源有蓄电池及超级电容两种供电方式，两种供电方式各有优缺点：蓄电池 超级电容蓄电池系统容量更为可观，且造价相对低廉，是当前主流的DTU后备电源供电方式，但是蓄电池适应环境能力较差，每2年就需更换一次，具有故障率高、维护成本高等缺点。目前的超级电容系统容量较小，且造价相对较高，但是超级电容适应环境能力更强，更适应深圳地区高温、潮湿的运行环境，安装直到运行10年以后报废都不需要维护和更换。224.1项目背景随着深圳地区经济的发展，配网自动化得到了53234.2

项目解决问题本项目通过采用高能量密度的超级电容，并优化能量输出，研制一套应用于配网自动化三遥柜DTU设备的高可靠性后备电源系统，可以兼顾供电能力及运行适应能力；超级电容能承受长时间高温、高湿度的运行环境，从投运到报废几乎不需要进行更换维护，但能量密度较低，当前主流的超级电容系统仅能待机15分钟，支持6-8次开关分合，本项目期望开发出至少能待机半小时，支持12次开关分合的电源系统；项目成果可以有效提高配网自动化三遥柜DTU设备后备电源系统的运行可靠性，并大幅度地减小维护的设备成本及人力成本。234.2项目解决问题本项目通过采用高能量密度的超级电容，54244.3

项目研究内容项目研究内容包括：1）.增加超级电容供电系统的供电能力调整超级电容的电极材料配方，从而实现20~40%的能量密度提升。增加超级电容电源管理模块DC/DC输入端的电压范围到原本的4倍，可以增加10%的超级电容可用能量。采用反激同步整流拓扑可以实现宽范围输入的DC/DC电路。2）.降低主供电源断电后DTU的运行消耗DTU关键耗电设备LCD液晶显示屏在后备供电且无人操作的条件下，可以彻底关闭，关闭液晶屏将减少25%的整机功耗。通过系统控制板发送信号控制LCD液晶显示屏的电源端来实现断电。降低DTU关键耗电设备数据采集与处理板的功耗。在后备电源供电状态降低采样控制板的MCU工作频率，并降低采样频率，从而降低功耗。需要从新定义采样频率，满足后备监控的最低数据需求。降低关键耗电设备4G无线通讯模块的功耗。经查厂家技术手册，通讯模块有低功耗模式、休眠模式，可以通过后备供电时切换低功耗甚至休眠模式，达到降低功耗的目的。244.3项目研究内容项目研究内容包括：55253）.制造DTU样机并验证其运行能力本项目采购了一台长园深瑞PRS3342型DTU进行了改造，该型号DTU为深圳地区配网自动化设备采用的主流型号之一，具有较强的代表性。超级电容电源系统及样机制成后均送到相应的试验机构进行了检测，试验结果显示该电源系统能够适应严苛的运行环境，在主供电源断电后能够保持运行2小时，支持有效分合开关29次。项目所制样机于2019年9月10日在深圳市龙岗区龙平西路与和谐路交界处路边机柜开始了安装试用（龙谐三遥柜，编号：05071002035），经验证机柜在现场能够正常运行，断电后操作机柜有效分合开关30次，并保持运行了约110分钟。4）.出台相应的技术标准项目编写了超级电容充电机技术规格书1份，DTU用超级电容充电机通用技术条件1份。4.3

项目研究内容253）.制造DTU样机并验证其运行能力4.3项目研究内容56264.4

设计思路“开源节流”高能量密度超级电容电源系统研究采用高能量密度的超级电容单体和4倍宽的输入电压范围的电源，能够大幅提升能量密度开源节流DTU待机冗余功能功耗分析优化DTU柜功能设计定义，删除无用功能，特别是待机时耗电的功能电路。DTU