摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，我国的科学技术得到了快速的发展，为了解决目前煤矿对数字化变电站继电保护缺乏有效措施的现象，设计了一种基于DSP处理器的继电保护系统。结合煤矿数字化变电站的实际情况与国家标准对各个电气件的保护方式进行了选择与分析，在对系统总体方案设计的基础上，利用电气元件工作机理与电路知识对系统的硬件结构及软件进行了设计，其中包括DSP的外围电路、数据信号采集电路及主程序流程图的设计。结果表明，继电保护系统具有工作可靠，功耗低，实时性好的优点，可有效地对煤矿数字化变电站进行保护。
关键词：继电保护；数字化；保护方式；DSP
引言
现如今，电力企业不断扩大发展规模，这类企业主要以维护电网稳定运行为基本目标，新型继电保护系统应用的过程中更应做好性能检测、可靠性分析等工作，因此，本文对数字化变电站继电保护系统通过可靠性建模来展开探究具有一定现实意义。希望能为相关电力企业提供有效性参考。
1传统变电站与数字化变电站的不同点
在大部分一次性使用的设备上，数字变电站已经可以完美的取代这些设备，能够良好实现智能操作与继电保护系统之间的配合，可以对一次性设备的运行情况进行调整，控制以及保护。在电力系统的二次智能信息中，由于电子式互感器的出现，使得电磁式互感器成功落幕，加速了二次系统的发展。电子式互感器不同于传统的电磁互感器的最大特点是测量经度高，保护工作可靠等，这些特点是由于电子式互感器不会受到磁饱和的影响，因此可以降低误差。电子式互感器可以直接为外界提供数字信号，这就简化了传统的电磁互感器转换信号的复杂过程，简化了设备的构造，同时也减少了数据在进行传输过程中会产生的误差，使得数据可以更方便更高效的进行共享，提高了数据的精度和质量。在数字化变电站工作中，使用光纤网络可以有效的进行数据传输，降低传统变电站中由于导线回路故障而引发的系统瘫痪，停工等负面影响，可以使系统更加稳定高效的进行工作。
2数字化变电站继电保护系统设计
2.1系统的硬件设计
继电保护系统的硬件主要由处理器模块、电源模块、数据采集模块、串口通信模块、存储器模块、开关量输入输出模块及人机对话模块等组成。系统硬件结构如图1所示，其中箭头的方向代表模块之间信息的流动。处理器模块负责系统保护主程序的存放，为了保证变电站的正常工作，处理器会一直执行循环自检程序，当系统发生故障时会产生中断脉冲，处理器进入中断服务程序中。数据采集模块可以获得系统被保护元件的模拟信号、电流和电压等，经过数模转换提供给系统的处理器使用。开关量输入输出模块是保护系统接收外界远程控制信号等信息和输出远程信号和界面信息的模块。人机对话模块完成人机交换功能，满足保护系统的设定、调整和检查需求。存储器模块负责记录系统运行日志，供巡检人员查看。电源模块是保护系统的重要设施，保护系统的装置是精密的电子仪器，供电系统必须稳定可靠。
2.2接线系统设计
矿井电力系统的正常运行是矿井安全生产的重要条件，在矿井下的线缆必须布局合理，可以保证井下设备的正常用电需求，同时，满足生产的灵活性和经济性要求，煤矿供电系统的主接线方案主要包括：单母线、单母线分段、桥型接法。结合煤矿的生产负荷，该煤矿的35kV供电系统的母线接线方式选择为单母线接线方案。该母线接线方案的优点如下。（1）在母线上通过一组断路器的配合使用，将单母线分成两段，同时按照平均分配的原则，将变电站的负荷分成两个部分，分别接在两个母线上，当煤矿中的某一个用电设备出现故障或者发生停电故障时，可以将改路中的重要负荷切换到另一路母线上，减小对煤矿生产的影响，保证重要负荷的持续供电，从而提高系统的供电可靠性。（2）在需要检修时，可以将两路负荷相互到彼此的母线上，方便检修，增加灵活性。（3）设备简单，运维成本低，出现故障时，自动切换负荷。
2.3数据采集电路设计
系统的电压采集电路如图5所示，电容C8为高频电容，其作用是滤除电压信号中的杂波，降低信号偏移，提高电路工作的精确性。电阻R5为测量电阻、电阻R6为分压电阻，处理器根据测量电阻两端的电压及各电阻的阻值计算得到电压值。二极管D1在电路中起到稳压的作用，限制运算放大器的输入，保护电路安全工作。
2.4变电站系统结构
主要包括三个方面组成：站控层、间隔层、过程层。站控层是变电站自动化的最顶层，包含了服务器、监测界面等部分，可以向操作机构发出指令，监测整个配电网络的运行状态。采用IEC61850以太网组成站控层网络。监控主机连接了通信监控机、通信交换机、通信网络等各类节点；在变电站的间隔层，中低压线路负荷涉及安全生产，应配置综合测控单元实时监控，拟配置深瑞公司智能仪表EPM5500P。采集模拟量、状态量、告警量，并发出控制操作状态，EPM5500智能仪表I/O组态灵活，支持ICE61850协议；在过程层的单元配置中，通过许继公司BDH-806合并单元，合并和处理常规电流、电压互感器的信号，通过IEC16850协议，将数据转化为以太网数据，并通过ML2400网络交换机与间隔层网络通信。通过站控层、间隔层、过程层三个层面网络结构的合理配置，使检测信息在网络中高速传输，实现变电站的自动化。
3继电保护系统性能优化
（1）变压器保护。对于变压器继电保护来说，其工作重点就是避免短路短路造成的不平衡问题，以及故障电流和励磁涌流。在励磁涌流方面上，由于非周期分量比重相对较大，并且电磁式电流互感器对非周期分量转换不够明确，从而出现误判等问题，结合这一差异性可以重新判断、区分励磁电流和故障电流，这样就不会影响变压器差动保护。同时，电子继电保护可以保证四周暂态电流保持一致，从而提高匝间的敏捷度，提高了变压器差动保护工作效率。（2）输电线路保护。由于互感器饱和问题会导致纵差保护判定失误。在数字化变电站当中，所使用的电子互感器不会产生饱和问题，这样可以增强元器件、阻抗元件、起动元件的保护性能，可以保护变电站正常运行。在过流保护层面上，传统继电保护中的互感器会由于二次电流产生变化，所以容易造成判定误差等问题，再加上传统继电器内部结构较为简单，受到饱和度的影响，从而产生保护失误等问题。但是在数字化继电保护系统中，电子互感器具有无饱和度的优势，所以在根源上就排除了误判可能性，在很大程度上可以提高继电保护性能。
结语
本文设计了一种基于DSP处理器的煤矿数字化变电站的继电保护系统，对变电站的总体保护方案进行了设计，配置了被保护元件的保护方式，对系统的处理器模块和数据采集模块进行了选型与设计，对软件的主程序流程进行了设计。本文所设计的继电保护系统有效地保护了变电站的安全稳定运行，为井下工人的生命安全提供了保障，同时保障了煤矿自动化生产所需的稳定电源。
参考文献
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