2. FTU硬件架构与选型要点

馈线终端单元（FTU）安装在10kV架空线路或环网柜现场，长期户外运行，需要完成电流电压采集、故障检测、遥信采集、遥控输出以及与主站通信。它的硬件通常按功能划分为五块板卡：核心板、采集板、通信板、电源板和遥信遥控接口板。理解这五块板的分工与选型逻辑，是FTU开发与调试的基础。

一、五块板卡的功能分工

核心板是FTU的“大脑”，负责运行保护算法、故障判别逻辑、通信协议栈和本地存储。它通常以ARM Cortex-A系列或Cortex-M系列处理器为核心，外扩DDR、Flash、RTC和看门狗。选型时重点关注主频、内存容量、是否支持硬件浮点、是否具备足够的UART/SPI/I2C/CAN接口，以及能否运行Linux或RTOS。对于需要就地化保护功能的FTU，核心板还需支持IEC 61850或GOOSE报文处理，对实时性要求更高。

采集板负责将互感器输出的模拟信号转换为数字量。典型配置为三相电流、三相电压共6路交流采样通道，外加零序电流和零序电压通道。前端通常采用小型电流互感器（CT）和电压互感器（PT）进行隔离变换，再经运算放大器调理后送入16位或24位同步采样ADC。选型时要关注采样率（一般每周波64点或128点）、通道间同步误差、量程范围（如电流0～100A，电压0～400V）以及温漂指标。对于故障电流检测，还需考虑ADC的过载能力和动态范围。

通信板承担与配电主站或子站的数据交互。常见配置包括一路光纤以太网、一路RS-485/RS-232串口，以及可选的4G/5G无线模块。光纤接口用于主干通信，串口用于本地维护或级联，无线模块作为备用通道。选型时需确认通信协议支持情况（IEC 60870-5-101/104、DNP3.0、Modbus等）、接口隔离电压、ESD防护等级以及工作温度范围。通信板通常与核心板通过SPI或以太网接口连接。

电源板为整个FTU提供稳定供电。FTU一般由线路TV取电或外部DC 24V/48V供电，电源板需要完成宽范围输入（如DC 18～72V或AC 220V）、隔离变换、多路输出（5V、3.3V、±12V等）以及掉电保持。选型关键包括输入电压范围、输出功率余量（建议留30%以上）、效率、隔离耐压（通常要求2kV以上）以及是否支持超级电容或电池后备。户外应用还需考虑防雷和浪涌抑制。

遥信遥控接口板负责开关量输入和输出。遥信输入通常为无源接点或DC 24V有源接点，需要光耦隔离和去抖处理，常见路数为8～16路。遥控输出为继电器空接点，用于分合闸控制，通常为4～8路，接点容量需满足DC 220V/5A或AC 250V/5A。选型时要关注隔离电压、接点寿命、动作时间以及是否具备输出回读功能。遥控出口必须设计防误动逻辑，通常采用“预置-返校-执行”三步机制。

二、关键器件选型方法

核心板选型时，先确定软件平台。若采用Linux方案，建议选择主频不低于800MHz、RAM不低于256MB的处理器，并确认BSP支持情况。若采用RTOS方案，Cortex-M7或M4即可满足，但需评估中断响应时间和任务调度开销。实际选型中，可先列出功能需求表，再对照处理器数据手册逐项核对外设资源，避免后期因接口不足而改板。

采集板选型的关键是ADC和互感器。以每周波64点、50Hz系统为例，采样率需达到3200Hz以上，若采用128点则需6400Hz。ADC有效位数建议不低于14位，以保证小电流下的测量精度。互感器方面，电流互感器可选穿心式或绕线式，精度等级建议0.2级或0.5级；电压互感器需注意一次侧额定电压与线路电压匹配。调理电路中的运放应选择低失调、低温漂型号，如OPA2188或AD8629。

通信板选型需区分主通道和备用通道。光纤以太网建议选用工业级PHY芯片，支持100Mbps全双工，接口形式为SC或ST。串口芯片需具备隔离功能，隔离电压不低于2.5kV。无线模块应选择支持国内运营商频段的工业级4G/5G模组，并确认其工作温度范围覆盖-40～+85℃。通信板布局时，天线馈线应远离电源和采集电路，减少干扰。

电源板选型要核算总功耗。以典型FTU为例，核心板约3W，采集板约2W，通信板约4W（含无线模块峰值），遥信遥控接口板约2W，合计约11W。考虑效率80%和余量30%，输入功率应不低于18W。若采用线路TV取电，需确认TV容量是否满足；若采用外部DC电源，建议选择宽范围输入模块，并配置防反接和浪涌保护。后备电源方面，超级电容可维持掉电后30秒以上的通信和记录，电池则可维持更长时间但需考虑低温性能。

遥信遥控接口板选型时，遥信输入的光耦应选择高CTR、低输入电流型号，如TLP281-4，以降低对现场接点的要求。去抖时间可通过RC电路或软件实现，典型值为10～20ms。遥控继电器建议选择密封型信号继电器，如欧姆龙G6K系列，接点容量需覆盖开关操作机构的实际负载。遥控输出回路应串联自恢复保险丝和压敏电阻，防止浪涌损坏。此外，遥控出口需设计硬件互锁，确保同一开关的分合闸线圈不会同时得电。

三、选型检查清单

实际选型时，建议先制作一块功能验证板，将五块板卡的核心器件全部焊装并逐一测试。例如，用信号发生器向采集板注入标准正弦波，观察ADC采样值是否线性；用串口工具向通信板发送104报文，检查解析是否正确；用万用表测量电源板各路输出纹波，确认是否在允许范围内。只有经过实际验证的选型方案，才能进入批量生产阶段。