DQZHAN訊：變壓器在電力系統(tǒng)中的保護研究
變壓器作為電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，廣泛存在于各級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，它的**運行直接關(guān)系到整個電網(wǎng)的可靠運行。隨著我國經(jīng)濟和社會的飛速發(fā)展，人們對電網(wǎng)的質(zhì)量要求日益提高，從而對變壓器的可靠運行提出了更加嚴峻的挑戰(zhàn)。這就要求我們裝設(shè)的變壓器不僅**可靠，而且要迅速動作。
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)字化變電站分為過程層、間隔層和站控層這三個部分，層與層之間通過網(wǎng)絡(luò)通訊進行相關(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，而過程層卻發(fā)生了較大的改變。本文主要變電站中的變壓器數(shù)字化保護的實現(xiàn)作簡要的介紹。
1、變壓器數(shù)字化保護
變電站中變壓器數(shù)字化保護整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1我們可知，過程層由合并單元(MU)和智能操作單元這兩部分組成，間隔層保護智能設(shè)備(IED)通過過程層間隔交換機與合并單元和智能操作單元之間進行通信連接，其中，合并單元提供保護需要的各個模擬量數(shù)據(jù)，智能操作單元提供保護需要的開入量信息，于此同時間隔層保護智能設(shè)備(IED)將判斷結(jié)果傳輸?shù)竭^程層，進行相應(yīng)的處理后，通過過程層智能操作單元來執(zhí)行相應(yīng)的命令。
由上圖我們可知，數(shù)字化變壓器保護與傳統(tǒng)的變壓器保護相比，具有很強的工作效率，但與此同時它對變電站中的電力變壓器提出了更高的要求，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：**，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刻，因此對采樣同步要求比較高;**，變壓器發(fā)生故障時要求能將跳閘命令同時傳送給各過程層智能操作單元，達到同時跳閘目的;第三，由于通過過程層間隔交換機交換的數(shù)據(jù)量大，因此要求保護單元具有較大的數(shù)據(jù)緩沖空間和較強的數(shù)據(jù)處理能力。
2、硬件電路設(shè)計
我們?yōu)榱顺浞直ＷC變壓器數(shù)據(jù)交換的實時性和保護功能的可靠性等要求，本文采用數(shù)字信號處理器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)字信號處理器DSP我們采用美國德州儀器(TI)公司的TMS320F2812，該處理器主要用來實現(xiàn)保護技術(shù)、故障信息處理等功能，MPC8247我們采用Free scale公司MPC82XX系列處理器，處理器的芯片處理器主要負責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換、保護數(shù)據(jù)濾波等。由于兩個CPU之間通過雙口RAM來實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，這樣就可以使兩個處理器都能相互獨立，互不影響，從而進一步提高硬件工作的可靠性。變壓器數(shù)字化保護硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
由圖2我們可知，變壓器數(shù)字化保護硬件結(jié)構(gòu)圖主要由DSP和MPC8247兩大部分構(gòu)成。其中，MPC8247芯片內(nèi)部集成了一個高性能的嵌入式PowerPC 603e核與一個精簡指令集(RISC)的通訊處理模塊(CPM)。這種雙核的設(shè)計和傳統(tǒng)的設(shè)計相比，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)通過內(nèi)部32位總線緊密結(jié)合在一起，才構(gòu)成了功能強大的MPC8247處理器。MPC8247處理器配置了6個以太網(wǎng)口，主要用來承擔(dān)通過過程層采樣數(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)和通過過程層GOOSE網(wǎng)按IEC61850-8-1通信協(xié)議進行開入開出數(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個以太網(wǎng)口，分別完成通過IEC61850協(xié)議與變電站層集控系統(tǒng)和保護子站系統(tǒng)通信，另外還負責(zé)顯示、調(diào)試等人機接口功能的實現(xiàn)。
3、性能分析
數(shù)字化變壓器保護和傳統(tǒng)的變壓器保護相比，主要具有以下幾個優(yōu)點：**，由于采用了電子式互感器，不會出現(xiàn)CT飽和的問題，穿越性電流引起的不平衡電流比較小，從而提高了差動保護的可靠性。**，由于差動保護門檻比較低，制動系數(shù)比較小，從而提高了差動保護的靈敏度。第三，電子式互感器的線性度比較好，提高了差動保護的動作速度。第四，IEC61850通信協(xié)議將變電站構(gòu)建成一個高速信息共享平臺，我們可以很方便地實現(xiàn)與其它保護測控單元的信息交換和傳遞。
結(jié)語
綜上所述，變壓器作為電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，廣泛存在于各級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，它的**運行直接關(guān)系到整個電網(wǎng)的可靠運行。本文通過分析數(shù)字化變電站地特點，設(shè)計出一種數(shù)字化電力變壓器保護方案，該方案和傳統(tǒng)的電力變壓器保護相比，具有可靠性高、靈敏度強等優(yōu)點，具有一定的理論意義和現(xiàn)實意義。
