基于DSP的備用電源自動投入裝置的設計

趙 麗

(江蘇科技大學張家港校區，江蘇張家港215600)

0 引言

備用電源自動投入BZT裝置是當工作電源因故障或其他緣故被斷開后，能迅速自動地將備用電源或其他工作電源投入工作，使工作電源被斷開的用戶不至于停電的一種自動裝置［1]。近幾年國內110kV電網已開環運行，為確保供電可靠性，各供電公司在110kV及以下變電站中均裝設備自投裝置并投入運行，作為提高供電可靠性的重要措施。一旦電網發生故障，工作線路或工作變壓器將被切除，此時由于BZT裝置迅捷動作，可以消除用戶的停電故障。

本文在研究變電站綜合自動化系統現狀和發展趨勢的基礎上，設計了一種基于DSP+ARM的備自投裝置，該裝置的硬件以TI公司生產的DSP芯片TMS320F2812和Atmel公司生產的AT91SAM9261芯片為核心。

1 BZT裝置總體設計方案

BZT裝置接入各斷路器的位置接點和其他有關接點，用于BZT邏輯判斷，并根據定值和各斷路器位置，自動投入相應的BZT方式。開入量輸入回路應具有防抖功能，軟件處理完成適當延時及頻率過濾。但延時不能過長，應小于最短的斷路器跳閘時間。某些瞬動的開入狀態應具有自保持功能。需要設置BZT的變電站的典型主接線圖如圖1所示:單母線分段分別接入二條電源進線或通過二臺變壓器接入二電源進線。一般不采用合環運行方式，而BZT方式以保證供電的可靠性。

該裝置設置四種備用電源備自投方式，要求根據設置運行方式選擇投退:分別是分段BZT投退、進線BZT投退、變壓器BZT投退和遠方BZT投退，其中進線BZT和變壓器BZT可以自動識別進線備用方式，BZT裝置每次只能選擇一種備用方式，不可同時進行。

圖1 BZT主接線示意圖

BZT裝置需要完成的工作分為兩個方面:下位機完成采集電網的電壓、電流等模擬信號，并對采集的數據進行計算和分析，結合開關量的輸入判斷動作的執行，完成投入工作，同時把數據傳輸給上位機。上位機完成數據的接收、人機界面的顯示、數據存儲和打印等功能。系統分析圖如圖2所示。

圖2 系統分析圖

2 BZT裝置硬件設計

基于DSP的BZT裝置主要由測量終端和管理終端兩部分組成，測量終端主要完成模擬信號的采集、信號的A/D轉換、數據的計算和RS-485通信等主要功能。其硬件設計原理圖如圖3所示。

在其控制電路中，數字信號處理器上交流采樣信號的輸入端與電流電壓互感器相連，然后再經過A/D轉換模塊進行快速模擬量采集;其開關量采集模塊的信號輸入端與斷路器位置開關相連，通過數字信號處理器中的數字量I/O口采集。開關量輸出信號通過中間繼電器連接到電力線路中的斷路器，控制其投切。各個模擬量數據及備用電源自動投入裝置運行狀態通過通信接口顯示在液晶顯示控制屏上。人機接口界面可以向DSP發送命令，控制斷路器的投切，在線修改參數及查看當前的數據記錄等操作。

圖3 BZT硬件設計原理圖

管理終端采用ATMEL公司生產的以ARM9為核心的AT91SAM9261芯片，完成人機交互界面，鍵盤、信號指示燈等部分的控制，數據的存儲和打印等，并與測量終端的數據通信。其硬件設計原理圖如圖4所示。

3 BZT裝置的軟件設計

BZT主程序的流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

裝置上電或復位后，系統首先進行初始化，包括各個芯片及寄存器的初始化，然后進入主循環。在主程序循環中進行以下的五部分工作:①對各個器件進行自檢，發現裝置故障會報警;②調用數據處理模塊計算出有效值;③動作判斷模塊根據上一步的計算結果采取相應的動作;④刷新液晶顯示器和各指示燈的顯示;⑤通信部分。

4 抗干擾設計

由于繼電保護裝置的工作環境比較惡劣，所以電磁干擾問題很嚴重。這些干擾頻率高、幅度大、持續時間短，通過電磁耦合很容易進入保護裝置的內部。干擾不僅對模擬電流和電壓采樣數據的準確性有影響，而且可能損壞裝置中的一些元器件，甚至還可能導致程序紊亂，使裝置無法正常運行，造成保護的誤動作。

為了提高裝置的抗干擾能力，要求硬件系統可靠地接地、屏蔽和隔離。例如經過光電隔離電路將開關量輸入、輸出回路與繼電器保護的主系統進行嚴格的隔離，使兩者不存在電的直接聯系。同時還應通過完善軟件的性能，提高裝置的抗干擾能力。軟件中故障自檢模塊使裝置具有自動檢測和自診斷能力，而且還可以對輸入數據進行糾錯。

5 結語

本文設計的基于DSP的BZT裝置通過測量進線和母線的電壓值和電流值，判斷當前的運行狀態，根據設定的功能完成BZT功能。此外，該裝置還有過負荷聯切及PT斷線監測等功能。

該裝置通過了國家電磁兼容實驗室的電磁兼容實驗，各項指標均達到標準，并且通過了檢驗中心的功能檢驗，各項功能也均已實現。

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