变压器微机保护数据采集模块设计

【摘要】电力变压器是电力系统中十分重要的电气设备，它的运行情况关系到整个电力系统是否能安全稳定的运行。因此必须对变压器装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。本文在总结了变压器微机保护原理应用基础上，设计了基于DSP的变压器微机差动保护装置的数据采集处理模块，选用了六路独立的16位高速高精度模数转换器ADS8364，对其进行了接口设计。

【关键词】变压器;微机保护;DSP;ADS8364;数据采集

1.引言

电力变压器是联系不同电压等级的重要设备，是电力系统中非常重要的组成部分。变压器的安全运行与否，是整个电力系统能否连续稳定运行的关键，也是保障电力系统可靠运行的必要条件。装设性能良好、工作可靠的继电保护装置是十分必要的。

在变压器微机保护中，数据采集模块是十分基本的部分，也是保护能起作用的基础。微机保护装置中数据采集的精度、速度及动态范围直接关系到保护功能实现的稳定性及可靠性。因此，变压器微机保护的数据采集模块的设计值得重视。

应用于我国电力系统变压器保护产品的CPU大多为8位或16位的单片机，它存在硬件资源及功能过于简单、开发平台不完善等不足。

DSP同单片机比，DSP数据位宽、乘法器位宽也比单片机大，进行数字信号处理时不仅速度快，精度也高。随着DSP处理速度和性能的提高，以及成本价格的大幅度下降，DSP在变压器微机保护中有广阔的应用前景。

本文以TI公司的TMS320f2812作为变压器微机保护的CPU设计了一套数据采集模块。

2.硬件设计

本文选用了TI公司的TMS320C2812芯片，它是于2003年面向高端工业控制领域特别是电力行业推出的数字信号处理芯片。由于其极高的运算速度和丰富的外设接口，非常适合作为核心保护运算CPU搭建新一代微机保护硬件平台。

通过对比专门的A/D转换芯片和DSP自带的A/D转换模块在精度、速度和价格等方面的优劣性，本微机保护装置模数转换芯片选用TI公司的ADS8364。

本文选用逐次逼近AD芯片构成的数据采集系统。

信号采集电路主要是完成对系统电压和电流的采样和调理。因为装置在实际应用中需要采集的量都为高电压和大电流，因此需要将变压器各侧电压、电流信号经过保护装置外部的PT和CT后转化为0～5A的电流和0～l00V的电压信号进行强弱电隔离，输入到装置中。因为DSP是输入范围为0～3.3V的弱电系统，所以采用电流电压通用精密变换器转换为弱电流信号，再经过信号的调理输出为相应的电压信号，才能输入A/D转换回路。采集电路硬件结构框图如图1所示。

电流采样电路中，一次电流互感器为100/ 5A，二次电流互感器采用星格SCT254AK。电流互感器二次侧接至电流采样电路的输入端，这里的电流信号为有效值5A的正弦交流电，通过互感器后变成了弱电流信号，通过数据线接到信号调理电路的左侧，经过调理后，即变成了0～5V的正弦电压信号。

图1 采集电路硬件结构框图

电压采样电路输入端为高压侧电压互感器的二次侧，其信号为有效值100V的正弦交流电，通过电压互感器SPT204A的二次侧接至放大器输入端，其信号调理原理与电流采样电路一样，输出也为0～5V的电压信号，以差分方式送入DSP进行信号处理。

3.ADS8364与TMS320F2812的接口设计

ADS8364转换后的数据结果可通过两种方式输出：①设定BYTE=0，十六位转换结果将从D0～D15 并行输出;②设定BYTE=1，转换结果将分为两个字节，依次从D0～D7 读出。因为F2812 采用的是16 位数据读取方式，所以选择BYTE=0，把该管脚接地，数据将一次性从D0～D15 读出。ADS8364与F2812的连接电路如图2所示。/HOLDA、/HOLDB、/HOLDC信号分别与F2812的GPIOA0、GPIOA2、GPIOA4连接，来控制6个ADCs的采样/保持过程;A0、A1、A2分别与F2812的XA09、XA05、XA03 连接，来控制转换结果的读取。F2812的/XZCS2与/CS相连，作为ADS8364 的片选信号。

图2 ADS8364与F2812接口电路

转换时钟的设置。本模块中，F2812的PWM2输出信号作为ADS8364的转换时钟输入，设置PWM2为全比较方式工作，高电平有效。置F2812系统时钟SYSCLKOUT=90MHZ，则高速时钟HSPCLK=SYSCLKOUT/2=45MHZ。设置通用定时器T1的周期寄存器值为12（T1PR=0x000c），比较寄存器的值设为6（T1CMPR=0x0006），因此，输出时钟频率为CLK=HSPCLK/T1PR=3.75MHZ，而ADS8364最大时钟频率为5MHZ，显然符合要求。

输出端口的设置。利用通用端口A和E 作为控制端口。对于端口A，将PWM2作为PWM（ADS8364时钟）输出，管脚PWM1、PWM3、PWM4、PWM5设为普通的I/O 输出，用来控制ADS8364的/HOLDA、/HOLDB、/RESET（复位）和/HOLDC。端口E的XINT2_ADCSOC设置为中断输入信号，在ADS8364数据转换结束时，引脚/EOC变成低电平，触发/XINT2中断，进入中断程序，进行数据的读操作。

片选（/CS）信号的设置。ADS8364据的读操作。ADS8364的片选（/CS）为高电平时，并行数据输出引脚DATA[0]～DATA[15]处于高阻抗状态，为低电平时，并行数据线反映了输出缓冲器当前的状态。为了正确地将数据从ADS8364 的并行总线上读出，必须设置/CS为低电平。由于选择F2812的/XZCS2作为ADS8364的片选信号， ADS8364地址将映射到F2812的扩展总线存储空间XINTF Zone2上。

4.总结

顺应变压器微机保护的发展趋势，本文选用了TI公司的TMS320F2812芯片和数模转换芯片ADS8364，对其进行接口设计，设计了变压器微机保护的数据采集模块，其具有精度高，接口方便的特点。具有一定的工程应用意义。

参考文献

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作者简介：邵群（1991―），女，山东聊城人，山东科技大学电气与自动化工程学院硕士研究生。