变电站主变成套保护装置系统设计

　　1 引言

大型变压器在电力系统中的地位非常重要，一旦发生故障，影响范围较大。随着计算机技术的发展，变压器微机保护越来越多，性能越来越好，使提高变压器保护的运行水平成为可能，为保证系统和变压器安全运行，对变压器的保护提出了更严格的要求：

(1)提高灵敏度。要求差动保护能灵敏动作于相间短路故障，同时，也要求灵敏动作于内部高电阻接地故障。

(2)保持高速度。接至超高压远距离输电线路的变压器发生内部故障时，由于谐振会产生谐波电流，可能引起谐波制动的差动保护延缓动作，需要采取有效的加速措施或寻求新原理的励磁涌流鉴别方法。

(3)有效地对付过励磁。当大型变压器短时过电压或频率降低时，励磁电流会激增。一方面要求此时差动保护不能误动作，另一方面要求防止变压器流过很大的励磁电流而发热烧毁，需要具备能够满足过励磁倍数要求，具有反时限特性，并能够计热累积效应的过励磁保护。

早期的主变压器微机型保护采用主保护和后备保护分开的设计方案，一套主保护加各侧后备保护、操作箱、失灵及非电量保护等，需要7或8层机箱。但随着高性能计算机芯片的出现，在一套装置中包含主保护、各侧全部后备保护的新一代主变压器微机型保护已开发并得到广泛应用。该套保护装置除了非电量保护及开关操作箱外，全套主保护与后备保护只需一层机箱，实现双重化后，一般仅需要4或5层机箱，2面屏。由于一套保护功能集中在一个机箱内，双套保护采用相同的输入输出设计，所以外围接线简洁，其外围回路要比主保护与后备保护分开的单套配置简单。

主变压器保护的双重化理由：随着计算机技术的发展，高性能计算机芯片的出现，主保护与后备保护合一的设计在技术上使保护配置双重化成为可能;有多年线路保护双重化的成功运行实践经验;对供电可靠性要求提高;双重化的保护可采用不同厂家的产品，不用原理设计，对变压器发生各类复杂故障时可靠地切除故障更有利。变压器组屏方式的基本原则是相互独立、安全可靠，并兼顾投停、检修的灵活便利。主要考虑在一套保护异常投退的情况下，另一套保护仍能担当起保护变压器的重任;其次，考虑两个屏之间的接线尽量少，以减少因二次回路接线复杂导致的差错或隐患而引发的保护误动作。

　　2 系统总体设计方案

2.1 总体设计的特点

根据主变成套保护装置的功能需求及市场上的成熟技术，该系统采用“硬件+应用软件”的系统构件进行设计，在此详细介绍其硬件装置。选取TI公司的DSP芯片TMS320LF2407A作为主控制器，其外围硬件接口电路包括模拟信号的采集、开关信号的输入输出电路、通信模块电路等。

该变电站主变成套保护装置采用的是双CPU系统：一套为监控CPU系统，另一套为保护CPU系统。监控CPU系统有双重任务，其一为与上位机的通信管理，其二为该装置的监控测量工作，保护CPU系统仅实现单远箱内的所有保护功能。该系统具有系统故障自诊断功能，保护CPU定时向双口RAM某地址写入巡检数据，供监控CPU系统查询。当保护CPU系统出现故障时，双口RAM中的数据不变，若监控CPU在20 ms内查询巡检数据不变，则认为保护CPU出现故障，同时告知上位机系统并实施后备功能。当监控CPU系统出现故障或通信故障时，上位机接收不到小机箱的信息，发出小机箱退出运行信号。硬件系统构成如图l所示。

该双CPU系统由两套结构近似的保护测控装置组成，其主要核心模块为CPU处理系统、模拟信号的输入和转换电路、开关量输入输出电路、通信模块电路。

　　双CPU保护装置的设计特点：

(1)硬件的模块化设计，所有单元装置均由不同插件组成。

(2)高可靠性设计。电源插件采用隔离屏蔽高冗余设计，可降低电源系统的温度并提高抗干扰能力。

(3)简洁性设计。选用多功能高集成度芯片作为CPU插件，以简化硬件设计，提高可靠性。虽然硬件电路简单，但功能强大，它充分利用软件系统自检及通信功能，用软件实现硬件功能。

(4)系统性设计。变电站综合自动化测控系统是由上位机、通信网络和系列单元箱组成的一个完整系统。单元箱在整个系统中具有保护运行的独立性，但也可充分利用本身双CPU的优势，来完成许多新的功能。监控CPU系统通过实时网络将上述大量数据传给上位机，便可完成诸如谐波分析、小电流接地选线及故障录波等功能。

对有载调压变压器而言，单元装置将相位的电压及无功信息传给上位机，上位机根据一定的数学模型进行数据处理，然后通过遥控方式进行主变压器档位的调节或补偿电容器的投切，从而实现变电所无功电压的综合控制。

由此可知，各单元装置既有独立性，