变电站主变成套保护装置系统设计

点，内部集成了几种先进的外设，成为真正的单芯片控制器。

3.2 模拟量输入及输出电路

变电站自动化系统采集的电流、电压、有功功率、无功功率、温度等都属于模拟量。模拟量输入电路是综合自动化系统中很重要的部分，变电站自动化装置的动作速度和测量精度等性能都与该电路密切相关。

模拟量输入电路的主要作用是隔离、规范输入电压以及完成模/数转换，以便于与CPU接口，实现数据采集。

外部电流及电压输入经隔离互感器隔离变换后，由低通滤波器输入至模数转换器，CPU经采样数字处理后，构成各种保护继电器，并计算各种遥测量。外部开关量输入经光电隔离，送CPU处理后，发出各种遥信及保护投退信号。

模拟量输出电路的作用是把微型机系统输出的数字量转换为模拟量输出，这个任务主要由数/模(D/A)变换器来完成。

由于本系统使用的TMS320LF2407A自带16位模数转换(ADC)模块，所以不用另外设计采样电路。但是考虑到TMS320LF2407A的转换精度较低，可在TMS320LF2407A与外部电路之间连接一个MAXl280。

MAXl280是400 ksps/300 ksps、单电源、低功耗、8通道、串行12位ADC、内置电压基准。采用真差分输入，提供优异的噪声抑制，具有改进的失真特性以及单端输入时更宽的动态范围。标准接口提供了转换所必需的时钟。可以方便地与标准的数字信号处理器(DSP)同步串行接口连接。

3.3 开关量输入/输出电路

开关量输入电路的基本功能是将变电站内所需的状态信号引入微机系统。输出电路主要用来显示、控制或调节CPU输出的数字信号或数据。

开关量输入电路由信号调节电路、控制逻辑电路、驱动电路、地址译码电路、隔离电路等组成。开关量输出电路与输入电路基本一样。开关量输入电路包括断路器和隔离开关的辅助触点、跳合闸位置继电器触点、有载调压变压器的分接头位置等输入、外部装置闭锁重合闸触电输入、装置上连接片位置输入等回路。这些输入可以分为安装在装置面板上的触点和从装置外部经过端子排引入装置的触点。

由于电力系统特别是配电网中的干扰比较严重，因此开关量的输入/输出电路都需要连接光电隔离器件。

3.4 通信接口电路

目前，电力系统综合自动化装置的设计结构多采用多微机处理器，即多CPU系统。人机对话微型系统用于协调和指挥其他的微型机系统，各功能专用的微型机系统通过串行接口相互联系，用人机对话微型机系统通过串型接口相互通信。通信方式采用异步通信。其原理如图3所示。

在配电网设备庞大、种类繁多、地域分布广、运行环境恶劣等特定条件下，选择合理的通信系统是配电自动化系统的关键。由于变电站主变压器通信点多，而且分散，一般很难只采用一种通信方式解决问题。因此实际应用中，要根据满足应用要求、经济、可靠的原则，因地制宜，采用混合通信方式。经综合考虑，本设计采用以CAN总线为远程通信接口，RS-485接口为本地通信接口的通信接口设计。

CAN总线接口如图4所示。TMS320LF2407A内部集成有CAN控制器模块，只需要在TMS320-LF2407A与CAN总线之间连接CAN驱动器82C-250即可。设计中采用光电耦合器6N137，以提高电路的抗干扰能力，防止总线上的干扰信号窜入控制器，同时也完成了TMS320LF2407与82C250之间3.3 V和5V电平的转换。

图5所示为RS-485通信接口，RS-485通信是目前最常用的串行通信方式之一。本设计基于TMS320LF2407A的SCI模块实现了控制器的RS-485通信接口。电路采用65LBCl84作为标准的RS-485总线驱动收发器。由于TMS320LF2407A采用+3.3 V供电，所以在TMS320LF2407A与65LBCl84之间需电平转换，这里采用6N137光电隔离器进行光电隔离和电平转换控制。

　　4 主变双重保护装置的软件设计

该装置除在硬件设计方面采用了新的设计思想外，软件设计上也有独特之处，具体包括：模块化设计、冗余设计、兼容性设计和灵活性设计。

对于主变双重保护装置来说，软件系统包括：主程序、数据采集与转换模块、数据处理模块、控制输出模块、通信模块等部分。

4.1 主程序

主程序在软件中是一个管理者，负责将不同功能的模块组织在一起。主程序中的初始化主要是整个系统为正常工作做好准备，对于主变保护装置来说，主程序主要包括：CPU初始化、对实时时钟X1227进行初始化和对必要的参数设置默认值。

初始化完成后主程序进入工作状态，首先判断是否需要进行定值整定工作，如果需要则转入定值整定模块，否则继续向下执行。在采集开关量和检测键盘环节中，如果检测到开关量变位或有按键被按下，则由主程序发出信息并转入信息处理模块进行处理，信息处理的结果再传送到显示