变电站主变成套保护装置系统设计

又互相联系。作为系统的一部分，其功能和作用将随着设计思想的进步而得到升华。软硬件系统采用开放式设计思想，即实现系统的微机化和网络化。

2.2 双CPU的最佳组屏方式

传统设计中有很多种组屏方式，如两屏、三屏、四屏等。有的方案是将主后备保护分开，而通过分析目前变电站主变压器出现的故障种类，可以得出一个结论，那就是为了减少变电站由于主变压器造成的故障，最为理想的是采用三屏实现方式，即两个主保护和一个辅助保护。两个保护屏之间尽量不发生横向联系，而只与辅助装置屏发生联系。两个主保护屏中都具有相同的差动保护、后备保护和非电量保护，而辅助屏只含有一些实现计量、测控和通信的保护。下面就具体设计方案作详细介绍。

　　主保护主要包括：

(1)差动保护装置：比率制动式差动保护、二次谐波制动、差动速断保护和CT断线闭锁差动保护。

(2)后备保护装置：复合电压闭锁方向过流(压)保护、过负荷保护和零(间)序(过流、过压)保护。

(3)电量保护装置：瓦斯保护(本体重/轻瓦斯)、有载调压保护。

辅助保护主要包括：

TA断线自锁、PT断线告警、故障录波断路器分、合操作、开关状态显示，风机启停控制、测量功能、电能计量功能。

该装置配置了2个完全相同的CPU插件，分别实现监控和保护功能。CPU共用交流变换与模数转换插件、开关量输入、输出插件、人机对话插件、跳闸与逻辑插件、告警和信号插件以及电源插件。该装置采用多机并行工作、模拟量输入、开关量输入、输出通道共享的硬件结构形式，具有抗干扰能力强、硬件冗余度好、速度快、硬件自检能力强等优点。该装置采用三屏设计，即保证了当某一线路出现故障时，变压器仍然能正常工作，这点无论对于变压器出现故障或变压器的检修都是非常重要的。

　　3 模块子系统详细设计方案

通常，在实现其功能的前提下，变压器主变保护装置的硬件设计应遵循以下几个原则：多用高集成度的元件，少用分立元件;多用通用元件，少用特殊元件;尽量采用低功耗器件;模块化设计，便于硬件发生故障后的检测和修复。按照这个原则，本文设计的主变双重CPU保护装置的硬件构成如图2所示，该装置以TMS320LF240TA芯片为核心。时钟芯片用于向系统提供当前时间，并为保存系统参数提供了空间。使用光电耦合器使系统的主要部分与外界电气信号无直接的电气连接，保证了系统在大电压、大电流环境下的安全运行。

从图中可以看出，整个硬件部分可以分为8个模块，但是考虑到双重主变保护装置的特殊性，下面将详细介绍四个模块：

(1)CPU处理系统，目前大多采用DSP器件TMS320LF2407A。

(2)模拟信号的输入和转换电路，含有电流交流模拟信号、电压交流模拟信号和直流模拟信号。电流电压模拟量通过底板上的小CT和小PT隔离，进入CPU板放大。分别进入两个CPU系统的多路开关，各CPU通过选通信号循环采集模拟信号。同时采用数字滤波器对各个模拟量滤波。

(3)开关量输入/输出电路，用于分合闸信号、分合闸位置信号、蓄电池、电容故障信号等。开关量输入采用光电隔离芯片与CPU隔离插件进行隔离，进行滤波整形后，进入CPU口。同时程序具有防抖动功能。两个CPU口输出的控制信号经过与门、光电隔离、驱动后进入I/O板。

(4)通信模块，CPU插件采用带光电隔离的通信接口芯片来实现与总线网的隔离。电流互感器件采用单孔安装方式，能有效地避免断线故障，实现了强电和弱电的隔离。采用RS-485通信接口及CAN总线接口。

3.1 DSP模块介绍

CPU是控制器的核心部分，它不仅需要处理输入信号、输出信号，而且还需要控制和协调各部分的工作等。该装置的核心处理芯片采用美国德州仪器(TI)公司推出的低功耗Flash型16位RISC精简指令集DSP芯片TMS320LF2407A。TMS320LF2407A除具有程序、数据分开的哈佛总线结构，流水线操作功能，单周期完成乘法的硬件乘法器之外，还具有以下特点：

(1)采用高性能静态CMOS技术，使供电电压降为3.3 V，减小控制器的功耗。

(2)具有高达32 KB Flash的存储器，为多种用途的产品提供经济的可编程解决方案。基于Flash的芯片中有256 KB引导ROM，使在线编程更加方便。

(3)高性能的10位模数转换器(ADC)转换时间为500 ns，提供多达16路的模拟量输入，具有自动排序功能，可使最大为16路的转换在进行同一转换时不会增加CPU的开销。

(4)提供串行通讯接口(SCI)，使之能与系统中的其他控制器进行异步通信(RS-485)。对于要求额外通信接口的系统，TMS320LF2407A提供一个16位的同步串行外围接口(SPI)，还提供CAN通信模块。

TMS320LF2407A DSP具有低成本、低功耗、高性能的特