数字高压断路器具有无磨损、精度高、寿命长等优点，但某些部件的失效也会给电力系统及用户带来重大损失。为了提高断路器的性能和可靠性，减少事故，采用两片DSP芯片进行冗余来实现断路器控制器，不仅可以实现负载分担，还具有容错功能，在两芯片都正常工作的情况下，各自处理自己的输入信号，当其中某一芯片出现故障而不能处理信号时，另一芯片独立承担全部处理任务，提高了系统的处理能力和可靠性。
1 高压断路器测控系统

图1 高压断路器测控系统的系统构成

　　高压断路器测控系统广泛应用于电力系统中，当发生过载、短路及其他故障时，高压断路器切断以保护电力线和电力设备，同时为电力部门提供电压、电流、有功功率、无功功率、频率等基本参数，联网后可对区域内的电能质量进行检测，判断电网的整体可靠性、安全性和稳定性是否在指定的指标内，为电力部门监测电网的运行提供有力支持。

　　图1是高压断路器测控系统，由供电子系统、电参数变换子系统、核心控制子系统、操动机构及驱动子系统和人机交互子系统组成。其中供电子系统为整个系统提供电源，电参数变换子系统将10KV的高电压和几百安的大电流变换成可供CPU采集的0～3V的DC信号，人机交互子系统利用无线和载波方式与核心控制子系统通信。

　　核心控制子系统是整个控制系统的核心，它采集电参数变换子系统变换后的信号，计算频率和功率、进行过流检测、输出分合闸控制命令，并同外界通讯。

　　驱动子系统接收核心控制子系统输出的分合闸控制信号，再进行放大，作为固态继电器的控制信号，固态继电器的触点作为断路器操动机构中分、合闸继电器的电源开关。

　　2 基于冗余技术的断路器控制系统的设计

　　2.1可靠性原理

　　可靠性是在规定的条件下、规定的时间内，完成规定功能的能力。冗余是实现容错和提高可靠性的一种有效方法，为了保证断路器在任何有载情况下有效工作、保证数据的时效性和准确性，利用硬件冗余来提高系统可靠性。硬件冗余就是对系统中的关键部件配备多个相同的物理部件，一旦出现故障能迅速自动切除故障部分，立即启用备份系统。在图1中，核心控制子系统是整个控制系统的核心，它的失效将使整个系统失效，因此使用两个。TI公司的TMS320LF2406 DSP芯片进行硬件冗余。

　　如图2所示CONTROL ENGINEERING China版权所有，让四路（或多路）输入信号同时输入到两个DSP芯片，可通过软件编程的方法使其中一个芯片只采样处理两路信号，而另一个芯片采样处理剩余的两路信号，若其中一个芯片发生故障CONTROL ENGINEERING China版权所有，故障诊断模块将检出故障并指示另一个芯片迅速作出响应www.cechina.cn，并承担起所有四路信号的处理，即此时只由一个芯片处理信号，相当于单个芯片进行控制的情况。DSP芯片是否有软、硬故障发生主要是通过对DSP输出的关键信号的检测来确定的，若有故障信号出现，就进行切换，让无故障的芯片继续工作。整个系统主要由四个模块组成：故障诊断模块（包括硬、软故障诊断）、判决模块、程序切换模块、共享存储器模块。其中共享存储器用来实现两个芯片间的通信控制工程网版权所有，切换模块由软件实现。

图2 断路器核心控制子系统冗余设计方案

　　2.2 故障诊断模块

　　故障诊断模块分为硬故障诊断模块和软故障诊断模块。硬故障诊断模块的硬件线路较简单，该模块读取两片DSP的表示硬件故障的输出信息，根据该信息来检测某个芯片是否发生故障，硬件电路可以通过计数器和触发器来实现。

　　硬故障诊断只有在DSP发生硬件故障时才能诊断进行切换，而硬件故障发生率较小。系统中更常见的故障是软件故障，如受到外界干扰后的程序跑飞、不进入中断、死循环等。采取同硬件故障相同的处理方式来处理软件故障。首先设置一个定时器，程序正常运行时，不会产生出错信号;当程序发生故障时，产生一个出错信号，如果由于某种偶然原因（如噪声、静电放电、器件偶然失灵），使程序不能正常运行、死锁或不进入中断等，可通过定时器超时使系统复位，来使程序克服死区恢复正常;若故障在规定的复位次数内仍不能克服，此时就将出错信号送出，表示需要切入冗余备份来解决。

　　在控制器运行的主程序入口处有一判断程序，该程序对定时器的复位次数进行计数，如果连续复位规定次数，则认为该故障不能由超时复位方式来解决控制工程网版权所有，就送出一个软件出错信号reset＝0（soft error）。当软故障诊断模块接受到信号reset＝0（芯片正常工作时reset＝1），就向自动判决模块发送一个故障信号，从而指示程序发生切换以隔离故障、投入冗余备份。

　　2.3 判决模块

　　判决模块的主要功能是接受硬、软故障诊断模块发来的故障信号，根据其切换请求及时发出控制信号bio＝0到切换模块，通知程序发生切换，及时隔离故障芯片并投入冗余备份，使系统能够在极短的时间内恢复正常。该模块可以通过D触发器来设计，当有出错信号到来（信号发生跳变），D触发器就输出一个信号到DSP