基于数字故障指示器的新型配网自动化方案课件

TEL/FAX:/06故障定位、在线监测（控）及配网自动化系统------基于“四遥”数字故障指示器技术二0一0年八月架空线路电缆线路输电线路

TEL/FAX:/06一、名词解析

1.智能电网

:配电网V2.0、下一代配电网，坚强的配电网、干净的配电网、互动的配电 网、 高科技的配电网。新型的配网自动化主要功能：故障定位；在线监测（状态检修）。

2.故障定位:检测短路、接地、过流、过负荷、过温、三相不平衡、断线、停电、窃电、 盗割等故障运行状态，本地和远程报警指示，并自动查找、定位故障位置（故障区 段），通过短信通知运行人员，再通过遥控或人工操作开关来隔离故障，恢复送电并 转移供电，缩短停电时间、减少停电面积和停电损失，提高供电可靠性。3.在线监测:实时监测线路（或设备）的运行状态，例如负荷电流、零序电流（不平衡电 流）、短路接地故障电流、导线或电缆头对地电场（带电指示、局部放 电、首半波 法测接地故障）、电缆头温度、开关位置和储能状态等，在本地和远程显示，即遥测 和遥信。还可以在本地或远程对电动开关进行“遥控”，对现场的FTU、DTU终端设备 进行参数调节（遥调）。4.配网自动化:自1999年以来制订的有关配网自动化的技术标准都是基于传统的开关 配 变设备、电流互感器CT、电压互感器PT、交流供电、光纤和二次布线来设计，综合 成本高，施工困难，挂网运行，可靠性差。V2.0配网自动化利用数字故障指示器（或 叫智能传感器、在线监测单元）的技术，将改变这个现状，为配网自动化指引了新的 发展方向。数字故障指示器包括：不带通讯的故障指示器、架空“一遥”指示器、电 缆“二遥”指示器、以及“四遥”数字故障指示器，它们通过新一代FTU、DTU、TTU 终端与主 站进行数据通信，并可以通过新一代FTU、DTU终端来实现开关的遥控和遥 信功能。

TEL/FAX:/06二、数字故障指示器及其系统分类

1.短路：检测短路故障。例如架空LPK0-A、0-B,电缆LPK0-C。采用自适应故障判据。2.接地：检测接地故障。例如LPK0-E、1-E、2-E，可在线设置零序二段参数和遥控复归。3.接地短路：检测短路、接地故障。例如LPK1-A，1-C，可在线设置参数，自取电。4.一遥指示器：带动作信号远传的二合一故障指示器。例如面板型LPK1-C\1-E指示器（光纤），架空型LPK1-A指示器（无线)，可在线设置参数，从导线自取电。

5.二遥指示器：带短路、接地、电流测量的电缆“二遥”指示器。例如面板型LPK2系列数字故障指示器（光纤传输），可在线设置参数，从导线自取电。 6.四遥指示器：带短路、接地、电流/电压/温度测量的故障指示器。例如LPK2系列数字故障指示器（无线、光纤传输），可在线设置参数和遥控只是复归，从导线自取电。

7.一遥系统：带动作信号远传的“二合一”指示器及其系统。本地单向通讯，远程发短信。8.二遥系统：带动作信号和测量数据远传的“二遥”指示器及其系统。本地单向通讯，远程GPRS或光纤通讯。

9.三遥系统：带动作信号和测量数据远传的“四遥”指示器，带开关遥控、遥信的新一代FTU、DTU及其系统。本地单向通讯，远程GPRS或光纤通讯。

TEL/FAX:/06三、短路、接地故障检测方法分类

1.短路故障判据

（1）自适应负荷电流的过流突变法，含充电、停电判据以躲过涌流和重合闸误动（2）两段式电流保护（速断、过流）法，含充电、停电判据涌流和重合闸误动

2.接地故障判据

（1）、检测零序基波大小和方向。线路结构复杂和有消弧线圈时不可靠，通过在线监测和参数调整可以弥补这一点。数字故障指示器有这个功能。

（2）、检测零序5次谐波大小和方向。电压有波动和有非线性负荷时不可靠。（3）、零序暂态分析法。负荷不同步投切和远离接地点时不可靠，通过在线监测和参数调整可以弥补这一点。数字故障指示器有这个功能。（4）、首半波法。首半波接地电流方向和负荷波动大时不可靠，通过在线监测和参数调整可以弥补这一点。数字故障指示器有这个功能。。（5）、杂散电容瞬时放电暂态分析法。暂态尖峰电流方向和负荷波动大时不可靠，通过在线监测和参数调整可以弥补这一点。数字故障指示器有这个功能。

TEL/FAX:/06三、短路、接地故障检测方法分类

（6）、小电阻接地法。中性点接地方式改变，用零序两段式保护来检测接地故障。 数字故障指示器有这个功能。

（7）、中电阻智能接地，一种信号源方法。通过开关序列控制，让中性点经中电阻 有规律地间歇性地接地，以放大接地信号并重复接地过程。数字故障指 示器可以扩展设计这个功能。

（8）、高压脉冲/低频电流法，一种信号源方法。先拉闸停电，通过高压电容对故障 相线进行放电，或持续加直流分量电流，然后再加一个低频分量电流。数 字故障指示器可以扩展设计这个功能。

（9）、人工或自动合闸试送电法。参考【解决方案】里的“单相接地故障查找方法 汇总”。数字故障指示器与数据采集器配合，就可以实现这样的馈 线自动化功能。

TEL/FAX:/06GPRS&InternetFCIDCUSCADA/FA-WEB-GIS四、系统组成（通信网络）1.本地无线组网FHSS；或本地塑料光纤组网2.远程无线组网GPRS/3G；或远程玻璃光纤组网FHSSFCI：数字故障指示器（FaultCurrentIndicator）DCU：数据采集器（DataCollectandControlUnit

）,即新一代FTU、DTUFHSS：跳频通讯（Frequency-HoppingSpreadSpectrum）

TEL/FAX:/06GPRS&InternetFCIDCUSCADA/FA/WEB/GIS四、系统组成（通信网络）1.本地无线组网FHSS；或本地塑料光纤组网POF2.远程无线组网GPRS/3G；或远程玻璃光纤组网FCI：数字故障指示器（FaultCurrentIndicator）DCU：数据采集器（DataCollectandControlUnit

）,即新一代FTU、DTUFHSS：跳频通讯（Frequency-HoppingSpreadSpectrum）

TEL/FAX:/06四、系统组成（工程配置）

1.主站：1台服务器（计算机）+1个短信猫+1套主站软件2.若干和监测点：1个监测点包括3～30只数字故障指示器+1台数据采集器

主站SCADA配网单线图系统组成示意图SCADA/FA/WEB/GIS

TEL/FAX:/06五、系统主要功能

1、检测短路、接地故障，动作信号远传，故障定位，以及短路、接地、零序等故障电流在线监测；

2、负荷电流、首半波接地尖峰电流、线路对地电场、稳态零序电流、暂态零序尖峰电流、电缆头对地电场、电缆头温度、输电线路温度等正常运行状态在线监测；

3、瞬时性短路故障、瞬时性接地故障、绝缘破坏和温升过快等异常现象和亚健康运行状态在线监测及预警；

4、人工参与短路、接地、超温、绝缘下降等故障信息分析和决策判断；

5、人工优化和在线调整数字故障指示器的故障检测参数，提高短路、接地故障检测准确率；

6、可以扩展开关遥控和遥信、低压抄表等配网自动化功能。

TEL/FAX:/06六、数字故障指示器的创新点

1.外观结构

采用独特的外观和结构设计，已申报专利。安装工具（托杯）的设计也与众不同，操作更方便。LPK0-E0LPK1-E0LPK2-E0安装工具：托杯备注：主要用于出口

TEL/FAX:/06六、数字故障指示器的创新点

2.材料工艺卡线结构采用特殊配比的不锈钢软磁材料和热处理工艺，其起始导磁率远远高于普通故障指示器的铁素体和电工纯铁材料。线路板采用表贴和机器焊接、机器灌胶工艺。LPK0系列LPK1系列LPK2系列电子灌封胶：AB胶自动灌胶机线路板正面线路板反面无线跳频模块

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TEL/FAX:/06tI不动作ItItItIt不动作不动作不动作应该动作

TEL/FAX:/06六、数字故障指示器的创新点

3.创新技术（2）提供信号已经量化的、可在线调整参数的首半波暂态接地故障检测方法，同时 上报接地尖峰电流（电容放电电流）、负荷电流和线路对地电场，使得检测接地 故障更灵活、更准确。T(S)ILIZT1T2T3IL－负荷电流≥3A△IZ－首半波尖峰电流突变量≥30A△Uz－接地相电压下降比例≥30%T1－充电时间≥30ST2－故障持续时间≥1msT3－接地相电压持续下降时间≥60SI∑－总电流≥6A以上参数可整定！图4：FCI接地故障特征电流、电压波形UZ△UZI（A）、U（V）

TEL/FAX:/06图1：数字故障指示器、数据采集器在现场运行图

TEL/FAX:/06图3-1：从主站监测到的某监测点的A\B\C三相负荷电流曲线图（先是报接地，后来演变为两相接地短路）

TEL/FAX:/06图3-2：从主站监测到的某监测点的A\B\C三相接地尖峰突变电流曲线图（先是报接地，后来演变为两相接地短路；故障前40分钟已有预兆）

TEL/FAX:/06图3-3：从主站监测到的某监测点的A\B\C三相对地电场曲线图（先是报接地，后来演变为两相接地短路）

TEL/FAX:/06六、数字故障指示器的创新点（3）采用无线调频通讯方式和64信道自动跳频技术，数据加密和CRC校验，很好地 解决了多主、双向通讯时的无线碰撞和干扰问题，并通过特殊的无线握手协议来 实现极低功耗的无线组网通讯。具备“四遥”通信、故障定位、在线监测和配 网自动化数据通讯接口功能。 （6）提供本地无线和远程无线“在线”维护手段。

数字故障指示器的“四遥”定义： 遥信：短路、接地故障动作信号主动上报和远传，并可被实时召唤和读取。 遥测：线路负荷电流、短路动作电流、接地尖峰电流、接地动作电流、线路对地电压、电缆头温度、电池和取电电压等主动上报和远传，并可被实时召唤和读取。 遥控：遥控指示器翻牌、复归等。 遥调：在线读、写短路和接地故障检测参数、自动复归时间、无线通讯等参数。

TEL/FAX:/06七、数据采集器的创新点

1.结构工艺

采用铝合金材料，全户外密封结构设计，防水、防潮、防锈蚀。体积小、重量轻，接线简单，安装方便。LPK-DCU0LPK-DCU1

TEL/FAX:/06七、数据采集器的创新点

从主站监测到的数据采集器的电池电压和充电电压曲线图晚上的充电电压白天的充电电压锂电池电压

TEL/FAX:/06七、数据采集器的创新点4.每台数据采集器最大可配置30只数字故障指示器，单方向通讯距离最大可达到1公里。5.可连接两台同杆架设的开关，实现了开关位置和储能状态信号采集、开关合分闸控制 等功能。6.提供本地无线和远程无线“在线”维护手段。

数据采集器的“四遥”定义：遥信：指示器动作信号、开关位置等信号主动上报和远传，并可被实时召唤和读取。遥测：线路负荷电流、短路动作电流、接地尖峰电流、接地动作电流、线路对地电压、电缆头温度、后备电池和充电电压、温度等主动上报和远传，并可被实时召唤和读取。遥控：遥控指示器翻牌复归、开关合闸分闸等。遥调：在线调整指示器和采集器的参数。

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八、纯短路数字故障指示器LPK0-A、0-C简介适用于110V以下中性点不接地或者经消弧线圈接地系统的架空线路，检测短路故障并给出指示。1、自适应负荷电流的“过流突变”短路故障判据

（1）线路上电：电流≥2Aor电压≥3kV（30秒以上）

（2）故障启动条件：

当负荷电流IL小于等于200A时，ΔI≥100A

当负荷电流IL大于200A时，ΔI≥1/2*IL

（3）故障持续时间：≤10S

（4）线路停电：电流≤2Aand电压≤1kVtI图6-5It图6-1It图6-2It图6-3It图6-4

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2、技术参数线路电压：任意（出厂前设定）负荷电流：0～600A最大短路电流：40kA导线直径：8～40mm（绝缘线、裸导线）

复位时间：1～48h(默认24h)，智能复归（即恢复送电以后立即复归）

环境温度：-35℃～85℃

可动作次数：3000

防护等级：IP65

重量：≤500g

使用寿命：≥10年3、功能特点短路判据：采用过流突变法，自动跟踪负荷电流，不用设置动作参数；防重合闸涌流误动和小电流突变拒动。

自动复位：1～48h出厂可设，或者智能复归（即恢复送电以后立即复归）

带电装卸：使用标准的绝缘操作杆，无需特殊工具

显示方式：LED发光，翻牌显示八、纯短路数字故障指示器LPK0-A、0-C简介

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适用于110V以下中性点不接地或者经消弧线圈接地系统的架空线路，同时检测接地、短路故障并给出指示。带自取电、本地无线设置参数和遥控复归。1、短路故障判据（内嵌无线模块，可在线修改参数）（1）线路上电：电流≥3A（或10A）or电压≥3kV（30秒以上）

（2）速断或过流启动：0～700A/0～9.99S（在线可设），或者自适应负荷电流的过流突变判据（请浏览LPK0-A产品）。1-A（110kV）为0～4000A/0～9.99S（在线可设）

（3）线路停电：电流≤3A（或10A）并且电压下降70%（10秒钟内）2、接地故障判据（内嵌无线模块，可在线修改参数）（1）线路上电：电流≥2Aand电压≥3kV（30秒以上）

（2）接地暂态电流增量：≥30A（在线可设）

（3）接地相电压下降比例：≥30%（在线可设）

（4）接地相电压下降时间:≥60S（在线可设）（5）接地相总电流：≥2A3、三相电缆接地故障判据（1-E）

（1）零序电流速断或过流启动（两段式）：0～100A/0～9.99S（在线可设）九、短路、接地二合一数字故障指示器LPK1-A、1-C、1-E简介

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4、技术参数线路电压：任意（出厂前设定）

负荷电流：0～600A零序电流：0～60A最大短路电流：40kA最大接地阻抗：500Ω

导线直径：8～40mm（绝缘线、裸导线），80～110mm（电缆）

复位时间：1～48h(出厂前设定)，或者本地无线遥控复归

环境温度：-35℃～85℃

可动作次数：3000通信距离（LPK1无线调试盒）：10～30m（空旷地带）

防护等级：IP65

重量：≤500g

使用寿命：≥10年九、短路、接地二合一数字故障指示器LPK1-A、1-C、1-E简介

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5、功能特点自取电：从小负荷电流（磁场）开始取电参数可调：在线调整短路、接地故障检测参数和遥控翻牌复归短路判据：采用速断、过流两段式电流保护或自适应负荷电流的过流突变法，防重合闸涌流误动和小电流突变拒动。接地判据：检测接地暂态尖峰电流和对地电场的增量和变化过程，辅助检测零序电流大小和时序，检测灵敏、可靠。

自动复位：1～48h在线可设置，或遥控复归

带电装卸：使用标准的绝缘操作杆，无需特殊工具

显示方式：LED发光，翻牌显示【1-A】九、短路、接地二合一数字故障指示器LPK1-A、1-C、1-E简介

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适用于110V以下中性点不接地或者经消弧线圈接地系统的架空线路，准确检测线路接地、短路故障并给出翻牌和闪灯指示。同时实时监测4个电流（负荷电流或零序电流、短路动作电流、首半波接地尖峰电流或首半波零序尖峰电流、接地动作电流）、1各电压（线路对地电场）、1个温度（电缆头温度）。带自取电，本地无线跳频组网，支持双向“四遥”通信，具备在线监测（控）功能。1、短路故障判据（内嵌微功耗RF模块，可在线调整参数）与LPK1一致，同时主动上报动作标志和短路动作电流。2、接地故障判据（内嵌微功耗RF模块，可在线调整参数）与LPK1一致，同时主动上报动作标志和短路动作电流。十、“四遥”数字故障指示器LPK2-A、2-B、2-C、2-E简介

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3、规格型号

LPK2-A：架空型，检测短路、接地，测量4个电流、1个架空线对地电压，双向“四遥”。从3A开始测量和取电。

LPK2-B：架空型，检测短路、接地，测量4个电流、1个架空线对地电压，双向“四遥”。从10A开始测量和取电。

LPK2-C：电缆型，检测短路、接地，测量4个电流、1个电缆头对地电压、1个电缆头温度，双向“四遥”。从3A开始测量和取电。

LPK2-E：电缆型，检测零序，测量2个电流（稳态零序和暂态零序），双向“四遥”。从1A开始测量，不取电。十、“四遥”数字故障指示器LPK2-A、2-B、2-C、2-E简介

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4、技术参数后备电源：4.8Ah/3.6V长寿命锂电池

取电功率：50uA-100mA/3.6V(对应负荷电流10A～600A)

静态平均功耗：50uA/3.6V（短距离无线模块）

通讯平均功耗：30uA/3.6V（每分钟发送一次数据时）

适用电压等级：任意（出厂前设定），默认10～35kV

适用负荷电流范围：0～600A（35kV以下）；0～4000A（110kV）

适用零序电流范围：0～60A

适用测温范围：-55～150℃

适用导线直径：8～40mm（绝缘线、裸导线），80～110mm（电缆）

速断、过流定值:0～700A（零序为0～60A），步进1A（可通过本地无线和远程GPRS在线调整参数）

速断、过流延时：0～9.99S，步进0.01S（可通过本地无线和远程GPRS在线调整参数）

自适应负荷的过流突变量：100A或1/2平均负荷（在线可设）十、“四遥”数字故障指示器LPK2-A、2-B、2-C、2-E简介

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最大接地阻抗：500Ω

最大短路电流：40kA

复位时间：1～48h(在线可设)，或者智能复归（即恢复送电以后立即复归），或者遥控复归

电流精度：±1%（200A额定电流时）或者±1A（负荷电流小于20A时）

温度精度：±2℃对地电场线性度：优于±5%

通讯方式（本地无线组网）：420～440MHz，64档自动跳频，双向通讯

通信距离（RF）：30～300m（空旷地带）

环境温度：-35～85℃

环境湿度：<100%

可动作次数：3000十、“四遥”数字故障指示器LPK2-A、2-B、2-C、2-E简介

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3、功能特点导线取电：采用特殊材料和特殊电路设计，当导线负荷电流大于3A时即开始取电；当线路负荷大于20A时，正常工作和无线通讯完全不用后备锂电池的电量。-----这是数字故障指示器特有的功能！

短路判据：采用标准的速断、过流定值法，参数可在线调整，可抑制涌流和反馈送电，确保与变电站出口动作一致。也可设置为自适应负荷电流的过流突变判据。也可以启动自适应负荷电流的过流突变短路判据。-----这是数字故障指示器特有的功能！

接地判据：可监测首半波尖峰电流、接地动作电流最大值和线路稳态电压的大小和变化，参数可在线调整，检测可靠、灵敏。也可改为自适应首半波尖峰电流的接地突变判据。-----这是数字故障指示器特有的功能！

自动复位：1～48h（在线可设），或者本地/远方遥控翻牌、复归。-----这是数字故障指示器特有的功能！带电装卸：使用托杯和标准绝缘操作杆，无需特殊工具。

显示方式：LED发光，翻牌显示。十、“四遥”数字故障指示器LPK2-A、2-B、2-C、2-E简介

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通信方式：内嵌双向短距离无线调频通讯RF模块，通过数据采集器实现远程GPRS通讯或者多级RF无线中继通讯。-----这是数字故障指示器特有的功能！

防锈死：压线板采用特殊工程塑料，压线簧为不锈钢，不会与导线“熔”为一体；卡线结构也采用不锈钢导磁材料和防锈工艺设计。

防拒动：动板采用大截面设计，导磁性能好，结合小信号采样的数字化处理技术，在出厂前可以改突变电流参数。在农网小负荷电流小突变电流场合也能正确指示，不拒动；在城网两相接地短路或者缓慢过流时也能灵敏启动-----这是数字故障指示器特有的功能！防误动：防空载合闸涌流误动；防重合闸期间非故障分支误动面板显示：在原有功能性能基础上，扩展面板显示功能，向下兼容面板型故障指示器！十、“四遥”数字故障指示器LPK2-A、2-B、2-C、2-E简介

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LPK-DCU0/SMS、0、1、2、3型数据采集器主要用于输配电线路故障定位和智能电网在线监测（控）系统，也可用于变电站高压开关柜无线测温等应用场合。它通过短距离无线调频（跳频）组网通讯方式实时采集附近安装的3～30只数字故障指示器、数字零序CT的运行状态（线路电压、负荷电流、短路动作电流、首半波放电电流、接地动作电流、导线温度、短路故障动作状态、接地故障动作状态），然后将打包数据通过GPRS通讯方式发送到配网主站SCADA/FA/WEB/GIS系统进行分析和处理。所有DCU都支持远程设置数字故障指示器、数字零序CT的参数和指示器遥控翻牌、复归，其中DCU2、3型还带2路电动开关的遥控（合、分闸）和6路遥信输入（开关位置、储能状态）功能。十一、“四遥”数据采集器LPK-DCU0/SMS、DCU0、DCU1、DCU2、DCU3简介

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1.LPK-DCU0/SMS、DCU0型数据采集器

基本配置：5～10W太阳能板或20VA开口CT取电装置；10Ah/3.6V可充电锂电池；GPRS模块和双向无线调频通讯模块；管理周边3-30只LPK2-B双向无线通讯的“四遥”数字故障指示器（强化动作信号远传和故障定位功能），相当于同时实现多达10条线路的动作信号远传和主站软件故障定位功能！当有太阳时GPRS会自动在线，实现准实时在线监测（负荷电流、短路动作电流、首半波接地电流、首半波接地动作电流、线路对地电压、导线取电电压【屏蔽】、正弦波电流【屏蔽】、导线温度【屏蔽】等）功能。针对部分暂时不上主站系统的用户，我们推出直接发故障短信到运行人员手机上的DCU0/SMS版本！十一、“四遥”数据采集器LPK-DCU0/SMS、DCU0、DCU1、DCU2、DCU3简介

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2.LPK-DCU1型数据采集器

DCU1基本配置：20W太阳能板或20VA开口CT取电装置；20Ah/3.6V可充电锂电池或7.2Ah/12V铅酸蓄电池；超低功耗GPRS和双向无线调频通讯模块；管理周边3-30只LPK2-A双向无线通讯的“四遥”数字故障指示器（强化在线监测功能）,相当于同时实现多达10条线路的故障定位和实时在线监测功能！十一、“四遥”数据采集器LPK-DCU0/SMS、DCU0、DCU1、DCU2、DCU3简介

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3.LPK-DCU2型数据采集器

DCU2基本配置：20V开口CT取电装置；17Ah/24V铅酸蓄电池组；超低功耗GPRS和双向无线调频通讯模块；管理周边3-30只LPK2-A双向无线通讯的“四遥”数字故障指示器（强化在线监测功能）,4路遥控（空接点/合分闸驱动电源输出）+6路遥信（空接点/电平输入）+合分闸线圈驱动电源，适用于配套带内置电源PT的ZW32【断路器】、VSP5【负荷开关】等电动开关，不带储能电源。1～8台DCU2可通过内部RS485总线组网，相当于同时实现多达16条线路（开关）的故障定位、实时在线监测（控）和配网自动化功能。十一、“四遥”数据采集器LPK-DCU0/SMS、DCU0、DCU1、DCU2、DCU3简介

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4.LPK-DCU3型数据采集器

DCU3在DCU2基础上增加配置:40W太阳能板或40VA开口CT取电装置；17Ah/24V铅酸蓄电池组。适用于任何电动开关[须将手动或者220V交直流储能电机改为DC24V直流电机]，无须安装电源PT、三相五柱信号PT、三相测量和保护CT、零序CT，而无论线路有电还是停电，都可以轻松实现开关的远程【通过GPRS和主站软件】、近距离【通过RF无线模块】进行开关遥控操作。相当于同时实现10条线路的故障定位和实时在线监测功能，以及两台同杆架设开关的电机储能、开关遥控和遥信等配网自动化功能！十一、“四遥”数据采集器LPK-DCU0/SMS、DCU0、DCU1、DCU2、DCU3简介

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5.技术参数1、电源：18V/20～40W太阳能电池板组件，或者18V/2