变电站主变成套保护装置系统设计实践思考
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摘 要 本文简要介绍了变电站的主变成套保护装置的相关特点，尝试着给出一种基于DSP元件的双CPU成套的保护系统的基本设计方案，同时也指出在设计的过程中可能出现的问题。该系统的功能相对比较齐全，抗干扰的能力比较强，同时性价比也较高，可以说具备了很高的实用性。在进行设计方案讨论的同时，尝试着解决可能出现的问题，以此来尝试解决变电站相关保护裝置的选择问题。
关键词 变电站；保护装置；双CPU成套保护系统
变压器在电力系统中非常重要，一旦发生问题或者故障，影响范围非常大。伴随着计算机等科学技术的迅猛发展，对变压器的保护措施愈来愈多。为保证整体系统的正常安全运行，需对保护变压器的方法和手段提出更高的要求，包括硬件的选择和软件的配合。
1 系统总体设计方案
1.1 总体设计的特点
按照主变成套的保护装置的基本功能需求同时参考是场上成熟的相关技术，变电站的主变成套保护装置采用双CPU的系统：其中一套是监控CPU；另一套是保护CPU。监控CPU负责对上位机的通信以及对保护CPU的监控。主变成套保护装置需有自检功能，保护CPU可定时向RAM中的某地址写入巡检的相关数据，这样可以给监控的CPU提供查询的数据。当保护CPU出现故障时，RAM之中的数据不会发生变化，监控CPU就会监测到异常，并向上位机发出信号。而当监控CPU出现故障时，上位机就会接收不到信息，上位机就会向调度及监控系统发出主变成套保护装置异常的信号。两套CPU系统之间具有独立性[1]。
2 模块子系统详细设计方案
通常情况下，在实现基本功能的前提之下，变压器的主变保护装置的硬件的相关设计需要遵循以下的原则：多采用集成度高的相关元件，减少分离元件的使用；多采用通用型元件，少使用特殊的元件；多采用低功耗的元器件；采用模块化的设计，可以方便后期的检测和相关的维修。使用光电耦合器可以使系统的核心部分与外界的电信号没有直接的电气关联，保证了系统的安全运行。以下选出比较有特点的四个模块子系统进行详细的分析和甄别[2]。
2.1 DSP相关模块介绍
DSP是整个控制器的核心组成部分，不仅需要处理相关输入和输出信号，还需要协调和控制各个部分的工作等内容。DSP芯片采用数据分离的哈佛总线结构，具有流水线的操作功能，并能单周期之内完成乘法计算，同时也具有下面的特点：第一，采用的是高性能的静态CMOS技术，可以减少控制器的消耗；第二，采用32KB的FLASH的存储器，可以提供多种产品都适用可编程的解决方案，同时在可以使得在线编程变得更加简洁；第三采用高性能的数模转换器，转换时间短，同时能够高效的将模拟量的输入转换成数字量，并且具有自动排序的功能，不会增大CPU本身的消耗；第四，提供了相应的串行的通信接口，这样就可以与系统中的其他相关的控制器达成异步通信。可以说DSP具备着低成本、低消耗以及高性能的特点，并且集成了外部输入输出设备。
2.2 模拟量的输入和输出电路
变电站的自动化系统所采集的电流和电压等数据都是属于模拟量。模拟量输入电路是整个自动化系统之中十分重要的组成部分，变电站自动化相关装置的动作的速度和数据测量的精准度等相关性能都和该电路密切相关。而模拟量的输入电路主要的作用就是隔离以及规范输入的电压电流量、完成模数之间的转换，这样便于和CPU接口，从而实现对于数据的采集。外部回路的电流和电压在经过主变成套保护装置内部的互感器隔离和变换后，通过低通滤波器传导至模数的转换器，在CPU经过采样的数字处理之后，可以进行各种测量。外部的开关量在输入之后经过光电的隔离，送至CPU处理之后，可以发出各种信号以及保护投退的信号。因为本系统所使用的芯片自身就带有数模转换部分，所以就不需要另外设计采样的电路[3]。
2.3 开关量的输入和输出电路
开关量的输入电路就是将变电站内的开关量信号转成数字量导入相关的微机系统。开关量的输出电路主要是用来显示、控制以及调节CPU输出的相关数字信号和数据。开关量的输入电路主要是由信号的转换电路、逻辑的控制电路、驱动的相关电路以及隔离电路等部分构成。开关的输出电路的组成与输入电路一致。
2.4 通信接口相关电路
现如今，电力系统的二次保护设备很多都采用的是多微机处理器，也就是多CPU系统。实现人机对话的微型系统主要用于协调和指挥其他的微型系统，各个专用功能的微型机的相关系统通过串行的接口相互进行联系，使用人机对话的微型机相关系统通过串行的接口完成相互的通信。通信的方法基本采用异步通信[4]。
3 结束语
本文所涉及的系统主要采用的是比较先进的双CPU系统的主变成套保护装置，在针对硬件的特点分析的同时，也简单介绍了硬件和软件的设计方案。在设计的过程之中充分的利用高性能低功耗的DSP芯片的特点及功能，可以使系统的架构更加的简单化，可以有效解决现阶段我国变电站存在的主要问题，同时也可以说是变电站自动化的相关保护装置的最佳的选择。
参考文献
[1] 贺春，孙广涛，李仁飞.对变电站继电保护装置自动测试系统的设计[J].电子制作，2016，（15）：48.
[2] 鲁普天.智能变电站继电保护装置自动测试系统设计与实现研究[J].通讯世界，2017，（10）：191-192.
[3] 吴标琪.220KV秋山智能变电站继电保护系统设计[D].北京：华北电力大学，2016.
[4] 张斌，周斌.一种智能变电站二次设备系统架构设计方案[J].智能电网，2016，（10）：1051-1055.
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