变压器在电力系统中的保护研究

DQZHAN讯：变压器在电力系统中的保护研究

变压器作为电力系统的重要设备，广泛存在于各级网络系统中，它的**运行直接关系到整个电网的可靠运行。随着我国经济和社会的飞速发展，人们对电网的质量要求日益提高，从而对变压器的可靠运行提出了更加严峻的挑战。这就要求我们装设的变压器不仅**可靠，而且要迅速动作。

所谓数字化变电站是指由智能化一次设备、网络化二次设备等基于IEC61850通信协议分层构建、能实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站。其中，IEC61850通信协议将数字化变电站分为过程层、间隔层和站控层这三个部分，层与层之间通过网络通讯进行相关连接。数字化变电站与传统变电站相比，间隔层和站控层的设备及网络接口模型发生了变化，而过程层却发生了较大的改变。本文主要变电站中的变压器数字化保护的实现作简要的介绍。

1、变压器数字化保护

变电站中变压器数字化保护整体结构如图1所示。由图1我们可知，过程层由合并单元(MU)和智能操作单元这两部分组成，间隔层保护智能设备(IED)通过过程层间隔交换机与合并单元和智能操作单元之间进行通信连接，其中，合并单元提供保护需要的各个模拟量数据，智能操作单元提供保护需要的开入量信息，于此同时间隔层保护智能设备(IED)将判断结果传输到过程层，进行相应的处理后，通过过程层智能操作单元来执行相应的命令。

由上图我们可知，数字化变压器保护与传统的变压器保护相比，具有很强的工作效率，但与此同时它对变电站中的电力变压器提出了更高的要求，主要表现在以下几个方面：**，变压器各侧间隔单元上传的模拟量完全基于同一采样时刻，因此对采样同步要求比较高;**，变压器发生故障时要求能将跳闸命令同时传送给各过程层智能操作单元，达到同时跳闸目的;第三，由于通过过程层间隔交换机交换的数据量大，因此要求保护单元具有较大的数据缓冲空间和较强的数据处理能力。

2、硬件电路设计

我们为了充分保证变压器数据交换的实时性和保护功能的可靠性等要求，本文采用数字信号处理器DSP和MPC8247微处理器相结合的双CPU结构形式，其中的数字信号处理器DSP我们采用美国德州仪器(TI)公司的TMS320F2812，该处理器主要用来实现保护技术、故障信息处理等功能，MPC8247我们采用Free scale公司MPC82XX系列处理器，处理器的芯片处理器主要负责网络数据交换、保护数据滤波等。由于两个CPU之间通过双口RAM来实现数据共享，这样就可以使两个处理器都能相互独立，互不影响，从而进一步提高硬件工作的可靠性。变压器数字化保护硬件结构图如图2所示。

由图2我们可知，变压器数字化保护硬件结构图主要由DSP和MPC8247两大部分构成。其中，MPC8247芯片内部集成了一个高性能的嵌入式PowerPC 603e核与一个精简指令集(RISC)的通讯处理模块(CPM)。这种双核的设计和传统的设计相比，可以大大降低功耗和提高处理速度，其中通讯处理模块CPM承担了底层外围通讯的任务。嵌入式PowerPC核、系统接口部件(SIU)与通信处理模块(CPM)通过内部32位总线紧密结合在一起，才构成了功能强大的MPC8247处理器。MPC8247处理器配置了6个以太网口，主要用来承担通过过程层采样数据网络按IEC61850-9-2通信协议接收变压器各侧间隔的采样数据和通过过程层GOOSE网按IEC61850-8-1通信协议进行开入开出数据的通信传输。DSP采用TI公司生产的32位高性能处理器TMS320F2812，该芯片配置了3个以太网口，分别完成通过IEC61850协议与变电站层集控系统和保护子站系统通信，另外还负责显示、调试等人机接口功能的实现。

3、性能分析

数字化变压器保护和传统的变压器保护相比，主要具有以下几个优点：**，由于采用了电子式互感器，不会出现CT饱和的问题，穿越性电流引起的不平衡电流比较小，从而提高了差动保护的可靠性。**，由于差动保护门槛比较低，制动系数比较小，从而提高了差动保护的灵敏度。第三，电子式互感器的线性度比较好，提高了差动保护的动作速度。第四，IEC61850通信协议将变电站构建成一个高速信息共享平台，我们可以很方便地实现与其它保护测控单元的信息交换和传递。

结语

综上所述，变压器作为电力系统的重要设备，广泛存在于各级网络系统中，它的**运行直接关系到整个电网的可靠运行。本文通过分析数字化变电站地特点，设计出一种数字化电力变压器保护方案，该方案和传统的电力变压器保护相比，具有可靠性高、灵敏度强等优点，具有一定的理论意义和现实意义。