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CONTROL ENGINEERING China版权所有，变压器微机保护越来越多www.cechina.cn，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www.cechina.cn，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CONTROL ENGINEERING China版权所有，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www.cechina.cn，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www.cechina.cn，各单元装置既有独立性，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。

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