一种电力保护装置的硬件设计

　　摘要:当前，传统的常规保护装置已不能适应电力系统自动化的要求，而微机保护装置正以其优异的性能受到各电力公司的关注。但微机保护装置的开发还相当落后，本文在供电局局内现有的以80C196为微控制器的电力保护装置的基础上，设计了一种集成性更强，功能更强大的基于DSP的电力保护装置，该装置除了具有原有装置的电流保护、距离保护、故障滤波等多种继电保护和安全自动装置的基本功能外，更具有了DSP处理器的全部优点。
　　关键字：电力保护装置系统电力系统自动化DSP处理器
　　继电保护技术以其性能稳定、功能强大等独特的优点在电力系统自动化的发展中占有举足轻重的位置，而电力系统的飞速发展又不断对继电保护提出新的要求。继电保护技术未来的发展趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展[1]。
　　1电力保护装置的原理
　　电力保护装置系统中涉及到的继电保护和安全自动装置的种类很多，继电保护有电流保护、电压保护、距离保护和差动保护等，安全自动装置有三相一次重合闸，它们原理不同算法各异，实现的方法也千差万别。反时限电流保护和方向元件原理是目前比较新的电力保护原理。
　　2电力保护装置的硬件设计
　　2.1电力保护装置的技术数据
　　额定交流数据：相电压：V；开口三角电压3U0：100V；交流电流：5A；额定频率：50HZ；装置辅助交流电源：220V。
　　交流回路过载能力：交流电压：----持续工作；交流电流：----持续工作；----1s。
　　功率消耗:交流电压回路每相功耗不大于0.5VA(额定电压下)；交流电流回路每相功耗不大于0.5VA(额定电流下)；直流回路功耗不大于50W。
　　输出触点：出口跳闸触点,在交流电压不大于250V，电流不大于1A，时间常数L/R为5±0.75ms的直流有感负荷电路中，触点断开容量为50W,长期允许通过电流不大于5A。其余输出触点在交流电压不大于250V，电流不大于0.5A，时间常数L/R为5±0.75ms的直流有感负荷电路中，触点断开容量为20W,长期允许通过电流不大于3A。
　　2.2电力保护装置基本结构
　　本系统由交流模块、CPU模块、输入输出模块、通讯模块等几基本模块组成。整体结构如图:
　　图2.1整体结构图
　　2.3CPU模块
　　CPU模块有两部分，一块为监控CPU，一块为保护CPU，主要由CPU电路、复位电路、电源回路和模数变换电路四部分组成。CPU电路主要由TMS320U5402和ISPLSI1016(1032)及其附属电路组成，为核心部分，主要用于数据处理；复位电路主要由MAX706及其相应的控制电路组成，主要用于对整个系统的检测；模数变换电路部分主要由TLC3548及其相应的控制电路构成，主要用于信号的采样和变换；电源回路主要为DSP处理器提供电源[6]。
　　CPU模块电路组成：CPU模块电路主要由TMS320U5402和ISPLSI1016(1032)及其附属电路组成。前者是由TI公司推出的一款高性能的16位数字信号处理系统。
　　复位电路：保护用CPU和监控用CPU模块上都有一个复位电路，主要由MAX706及其相应的控制电路组成。
　　模数变换电路：模数变换电路部分主要由TLC3548及其相应的控制电路构成。
　　电源回路：TPS70151器件提供完全的电源管理为DSP处理器，处理器电源，ASIC，FPGA和数字应用器件，这些器件都需要两种电压输出调节器。
　　2.4交流模块
　　电力保护装置中设有两块电路原理完全相同的电流电压变换模块，变换后的模拟量分别供给保护用CPU和监控用CPU。
　　2.5输入输出模块
　　开入逻辑电路：8路开入量均为外部空触点，开入专用电源，由电源模块上的+24V电源提供，也可由外部直流电源供电，只要相应地调整电阻R1的大小，保证回路中的电流在10mA左右即可。当外加电压的微小变动会使压敏电阻阻值发生明显的变化。利用压敏电阻特性来吸收各种干扰过电压，保证整个装置的安全。
　　开出逻辑电路：每路开出量的控制回路相同，二极管导通，继电器线圈励磁以使其触点闭合，从而完成一次完整的动作过程。一个六通道的反向器和一个六通道的与非门，它们的组合能减少CPU误发命令的可能，提高整个装置的可靠性。小型继电器，
　　2.6键盘、显示器模块
　　键盘电路：布置现在比较流行的薄膜键盘，分别为上键、下键、左键、右键、取消键(ESC)、确认键(OK)和复位键(RESET)七个按键。确认键和上键以及确认键和下键的组合可以分别实现数字加和减的功能。
　　显示器电路：装置的LCD为TM320240ECD型液晶显示器，点数为320X240，点阵的大小为0.33X0.33(mm),其控制芯片为SED1335。74HC245和74HC244分别作为数据总线A0～A7和三根控制总线/PRD、/PWR和/CSLCD的总线驱动部件，用以提高总线的驱动能力。
　　2.7通讯接口模块
　　为了减轻微机保护装置中微处理器的负担，一般通过通信接口与上层管理机或调试用微机交换，诸如整定值、采样值报告、故障报告、硬件测试命令与结果，以及一些实时测量参数等信息。在此选择的是RS-232(需光隔)和RS-422/485通讯方式。
　　3结论
　　该电力保护装置系统硬件通用性强，通过在同一硬件平台上下载各种不同的保护和监控软件，即可用单台电力保护装置独立完成各种不同类型的继电保护实验，又可以组成一个系统，完成变电站综合自动化的各项实验，另外电力保护装置系统在硬件和软件的设计过程中，充分考虑了电力系统运行中的各种实际情况，完全是从工程实际出发的，因此本系统也可以应用于变电站综合自动化系统中。
　　参考文献
　　[1]贺家李.电力系统继电保护技术的现状与发展.中国电力，1999,32(10)：38~40
　　[2]贺家李.电力系统继电保护原理.中国电力，1999,32(10)：38~40
　　[3]杨奇逊.微机型继电保护基础.北京：水利电力出版社，1988
　　[4]张举.微机型继电保护装置原理与运行.天津：天津科学技术出版社，1996
　　[5]朱声石.高压电网继电保护原理与技术.北京：中国电力出版社，1995