基于DSP和APCI工控机的变压器保护装置

　　0 引言

　　葛洲坝大江电厂主接线采用联合扩大单元接线方式。2台300MVA的变压器，高压侧经约1km的架空线至大江500kV开关站，开关站侧为3/2断路器接线，每台变压器的低压侧接有2台发电机和 1个厂用变压器(或制动电阻分支)。整个系统的保护包括变压器主保护、变压器后备保护、架空线路保护、变压器组和短线组成的大差保护。原保护系统采用的是阿城继电器厂生产的集成电路型保护装置，装置从投运至今已多年，元件老化，给运行和维护带来很大困难，严重影响着供电的可靠性。为此，葛洲坝能达电器公司与华中科技大学联合开发新型微机保护装置。新型保护装置的变压器主保护和变压器后备保护为2个独立机箱，并与一台管理机一起组合成1号屏，变压器组与短线组成的大差保护和架空线路保护及其管理系统组合成2号屏。本文介绍作者承担的变压器主保护装置的开发研制。

　　1 装置的配置及硬件特点

　　葛洲坝大江电厂主接线如图I所示。变压器主保护的硬件平台采用的是北京康拓公司与华中科技大学、葛洲坝能达电器公司联合开发的APCI5000系列工控机。APCI5000系列工控机采用欧洲直插式工业结构，同时支持与ISA总线兼容的AT96总线及与PCI总线兼容的CompactPCI总线，总线传输速率达132Mbit/s。APCI5000系列工控机取消了康拓STD工控机模板的“金手指”插接和扁平电缆连接进行信号交互方式，母板采用标准96芯针孔连接器，用户I/O接口为欧式96芯插座，通过无源母板上的96芯压接插头引线，从而系统具有更高的可靠性。AT96机箱高度为6U，具有强的抗电磁辐射干扰功能[1]。

　　交流输入板设有14个模拟量的输入变换器，包括变压器高压侧三相电流，变压器中性点零序电流，变压器低压侧电压Uab，低压侧2台发电机分支三相电流和厂用变压器分支(或制动电阻分支)三相电流，这14个模拟量经变换器变换后通过交流滤波板上的二阶RC滤波电路输出至DSP(APCI5469)板， DSP板完成数据采集(采样率为1 kHz)、装置自检、保护启动计算与判断、保护判据的实现、告警和跳闸信号的发出、故障报告的形成等功能。V40 (APCI5087)板用于与486板(APCI5094)通信，实现DSP板和486板的信息交互，并与信号转接板、信号板和跳闸板配合，完成告警信号和跳闸信号的开出。486板为上层机的管理板，变压器主保护和后备保护共用一块管理板，相互之间采用RS-485进行通信，显示部分采用液晶式触摸屏，可以对下层机进行实时监控，完成定值的整定与修改，保护的投退、故障波形的分析、故障报告的打印等功能。

　　DSP板(APCI5469)是APCIS000系列模板中的一块智能型板，它可以独立完成数据采集及数据的处理，板内包括TMS320C32-40 DSP处理器， 32k双字节的可读写存储器SRAM，64 kB的只读存储器EPROM(用于存放保护程序)，8kB的串行 EEPROM(用于存放定值)，4kB的双口RAM。DSP板和V40板可以相互提出中断申请，握手信号方便灵活，模板可接收GPS秒脉冲信号，通过中断方式启动定时和分频功能，A/D转换器采样MAXl25芯片，转换通道数最大为32路，分辨率为14位，单通道转换时间为3 Ps，8块A/D芯片(每片有4个通道)可以同时转换，板内带有DC-DC电源转换模块，不用外加隔离电源，电源功耗为土5V，130mA。