随着集成电路技术的高速发展,以高性能、高集成为主要特征的芯片技术日益成熟,逐渐成为工控领域核心元器件的主流发展方向,为继电保护装置提供了技术升级的途径。工程运行经验表明,智能变电站继电保护技术面临板卡与插件多、故障率高、装置体积大等问题,保护装置信息交互及互操作功能并不完善。南方电网公司提出了芯片化保护的概念,基于高集成度的片上系统技术研制小型化、高可靠性的保护装置,对统一继电保护装置的芯片平台和系统架构,提高整站通信链路传输的可靠性具有重要的理论和工程意义。基于当前片上系统的发展现状和保护装置的需求分析,利用ZYNQ平台对芯片化保护进行整体设计,在硬件架构上充分利用ZYNQ内的FPGA与ARM的各自优势实现性能互补,在软件上构建多核异构系统,一个内核基于Linux操作系统,实现通信、管理功能,另一内核基于裸跑模式运行保护算法,保证较强的实时性。针对智能变电站“直采直跳”模式未能完全实现信息共享的问题,制定了芯片化保护过程层组网方案,芯片化保护采用“网采网跳”模式,SV与GOOSE报文采用同源双网架构传输,过程层网络可接入对时信号及合智一体装置,进一步集成二次系统的功能。对接入芯片化保护后的动作延时和可靠性分析表明芯片化保护能够提升整组动作延时并提升二次系统的整体可靠性。在芯片化保护架构的基础上设计了线路差动保护各模块功能,在采样值同步模块中选用拉格朗日二次插值法对采样报文进行重采样插值计算,并通过时标修正降低系统频率变动的影响;在傅里叶变换模块的设计中充分利用FPGA的硬件优势保证计算的速度和实时性,通过装置静态及动态模拟试验验证了芯片化保护的核心功能。而后在对线路间隔的保护方案配置过程中对芯片化保护出口链路进行优化设计,提升了跨间隔保护的可靠性与速动性。在整站信息配置方面,提出在保护装置的配置文件中引入私有元素建立不同信号的关联描述增加了二次回路的可视化能力,提升了整站运维的效率。最后选取了500kV变电站对芯片化保护装置进行挂网试运行,全面验证了芯片化保护装置性能和整站方案可行性,为芯片化保护技术在智能变电站中推广提供技术和经验借鉴。