楊 敏

杭州中美華東制藥有限公司，浙江 杭州 310011

0 引言

電力變壓器作為電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，廣泛存在于各級(jí)電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的飛速發(fā)展，人們對(duì)電網(wǎng)的質(zhì)量要求日益提高，從而對(duì)變壓器的可靠運(yùn)行提出了更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。這就要求我們裝設(shè)的變壓器不僅安全可靠，而且保護(hù)要可靠、迅速動(dòng)作。

所謂數(shù)字化變電站是指由智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備等基于IEC61850通信協(xié)議分層構(gòu)建、能實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。其中，IEC61850通信協(xié)議將數(shù)字化變電站分為過(guò)程層、間隔層和站控層這3個(gè)部分，層與層之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊進(jìn)行相關(guān)連接。數(shù)字化變電站與傳統(tǒng)變電站相比，間隔層和站控層的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)接口模型發(fā)生了變化，而過(guò)程層卻發(fā)生了較大的改變。本文主要對(duì)變電站中的變壓器數(shù)字化保護(hù)的實(shí)現(xiàn)作簡(jiǎn)要的介紹。

1 變壓器數(shù)字化保護(hù)

變電站中變壓器數(shù)字化保護(hù)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1我們可知，過(guò)程層由合并單元（MU）和智能操作單元這兩部分組成，間隔層保護(hù)智能設(shè)備（IED）通過(guò)過(guò)程層間隔交換機(jī)與合并單元和智能操作單元之間進(jìn)行通信連接，其中，合并單元提供保護(hù)需要的各個(gè)模擬量數(shù)據(jù)，智能操作單元提供保護(hù)需要的開(kāi)入量信息，與此同時(shí)間隔層保護(hù)智能設(shè)備（IED）將判斷結(jié)果傳輸?shù)竭^(guò)程層，進(jìn)行相應(yīng)的處理后，通過(guò)過(guò)程層智能操作單元來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的命令。

圖1 數(shù)字化變壓器保護(hù)實(shí)現(xiàn)方案

由上圖我們可知，數(shù)字化變壓器保護(hù)與傳統(tǒng)的變壓器保護(hù)相比，具有很強(qiáng)的工作效率，但與此同時(shí)它對(duì)變電站中的電力變壓器提出了更高的要求，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，變壓器各側(cè)間隔單元上傳的模擬量完全基于同一采樣時(shí)刻，因此對(duì)采樣同步要求比較高；第二，變壓器發(fā)生故障時(shí)要求能將跳閘命令同時(shí)傳送給各過(guò)程層智能操作單元，達(dá)到同時(shí)跳閘目的；第三，由于通過(guò)過(guò)程層間隔交換機(jī)交換的數(shù)據(jù)量大，因此要求保護(hù)單元具有較大的數(shù)據(jù)緩沖空間和較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

為了充分保證變壓器數(shù)據(jù)交換的實(shí)時(shí)性和保護(hù)功能的可靠性等要求，本文采用數(shù)字信號(hào)處理器DSP和MPC8247微處理器相結(jié)合的雙CPU結(jié)構(gòu)形式，其中的數(shù)字信號(hào)處理器DSP采用美國(guó)德州儀器（TI）公司的TMS320F2812，該處理器主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)技術(shù)、故障信息處理等功能，MPC8247采用Free scale公司MPC82XX系列處理器，處理器的芯片處理器主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換、保護(hù)數(shù)據(jù)濾波等。由于兩個(gè)CPU之間通過(guò)雙口RAM來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，這樣就可以使兩個(gè)處理器都能相互獨(dú)立，互不影響，從而進(jìn)一步提高硬件工作的可靠性。變壓器數(shù)字化保護(hù)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 變壓器數(shù)字化保護(hù)硬件結(jié)構(gòu)圖

由圖2我們可知，變壓器數(shù)字化保護(hù)硬件結(jié)構(gòu)圖主要由DSP和MPC8247兩大部分構(gòu)成。其中，MPC8247芯片內(nèi)部集成了一個(gè)高性能的嵌入式PowerPC 603e核與一個(gè)精簡(jiǎn)指令集（RISC）的通訊處理模塊（CPM）。這種雙核的設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，可以大大降低功耗和提高處理速度，其中通訊處理模塊CPM承擔(dān)了底層外圍通訊的任務(wù)。嵌入式PowerPC核、系統(tǒng)接口部件（SIU）與通信處理模塊（CPM）通過(guò)內(nèi)部32位總線(xiàn)緊密結(jié)合在一起，才構(gòu)成了功能強(qiáng)大的MPC8247處理器。MPC8247處理器配置了6個(gè)以太網(wǎng)口，主要用來(lái)承擔(dān)通過(guò)過(guò)程層采樣數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)按IEC61850-9-2通信協(xié)議接收變壓器各側(cè)間隔的采樣數(shù)據(jù)和通過(guò)過(guò)程層GOOSE網(wǎng)按IEC61850-8-1通信協(xié)議進(jìn)行開(kāi)入開(kāi)出數(shù)據(jù)的通信傳輸。DSP采用TI公司生產(chǎn)的32位高性能處理器TMS320F2812，該芯片配置了3個(gè)以太網(wǎng)口，分別完成通過(guò)IEC61850協(xié)議與變電站層集控系統(tǒng)和保護(hù)子站系統(tǒng)通信，另外還負(fù)責(zé)顯示、調(diào)試等人機(jī)接口功能的實(shí)現(xiàn)。

3 性能分析

數(shù)字化變壓器保護(hù)和傳統(tǒng)的變壓器保護(hù)相比，主要具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，由于采用了電子式互感器，不會(huì)出現(xiàn)CT飽和的問(wèn)題，穿越性電流引起的不平衡電流比較小，從而提高了差動(dòng)保護(hù)的可靠性；第二，由于差動(dòng)保護(hù)門(mén)檻比較低，制動(dòng)系數(shù)比較小，從而提高了差動(dòng)保護(hù)的靈敏度；第三，電子式互感器的線(xiàn)性度比較好，提高了差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作速度。第四，IEC61850通信協(xié)議將變電站構(gòu)建成一個(gè)高速信息共享平臺(tái)，我們可以很方便地實(shí)現(xiàn)與其它保護(hù)測(cè)控單元的信息交換和傳遞。

4 結(jié)論

綜上所述，電力變壓器作為電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，廣泛存在于各級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。本文通過(guò)分析數(shù)字化變電站的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種數(shù)字化電力變壓器保護(hù)方案，該方案和傳統(tǒng)的電力變壓器保護(hù)相比，具有可靠性高、靈敏度強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

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