繼電保護裝置定值自動整定系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

王 聰，王宇賓，吳宏波，張 凱，羅 艷

(1.石家莊供電公司，石家莊 050051；2.河北省電力公司，石家莊 050021)

智能電網(wǎng)是當今電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動向，利用先進的通信、信息和控制技術(shù)，以信息化、自動化、數(shù)字化、互動化為主要特征，將極大地改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)。智能電網(wǎng)的發(fā)展要求繼電保護系統(tǒng)具有更大的靈活性和更高的可靠性，自適應(yīng)繼電保護是智能電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，繼電保護裝置定值的自適應(yīng)性是體現(xiàn)繼電保護自適應(yīng)的重要方面。針對電網(wǎng)運行方式變化十分頻繁[1]，重要用戶負荷不斷變化及保護設(shè)備的要求，需要及時修改電力設(shè)備或線路的保護定值，并盡可能地縮短設(shè)備停電時間，保證重要用戶的可靠用電，因此電網(wǎng)運行、維護、可靠供電迫切需要繼電保護裝置定值的自動整定。以下闡述了石家莊電網(wǎng)依托網(wǎng)絡(luò)化繼電保護定值管理系統(tǒng)和繼電保護故障信息主站系統(tǒng)進行繼電保護裝置定值自動整定系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。

1 系統(tǒng)需求分析

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，繼電保護裝置的性能也更加的智能化，因此需要一個統(tǒng)一的標準來確保不兼容的系統(tǒng)之間能夠交換數(shù)據(jù)[2]。繼電保護定值的正確整定是保護裝置正確動作的重要條件，由于主、客觀原因，現(xiàn)場人員在執(zhí)行定值單時常常出現(xiàn)錯誤，因而引起的電網(wǎng)故障及電網(wǎng)故障擴大化的現(xiàn)象時有發(fā)生。為更好的適應(yīng)繼電保護裝置信息化的發(fā)展和更好的實現(xiàn)兼容性，減少人為原因引發(fā)的錯誤定值整定，需要統(tǒng)一繼電保護定值標準，保證定值從輸入到輸出一直保持一個唯一的源。

繼電保護定值整定結(jié)果通過定值單來體現(xiàn)，現(xiàn)場人員根據(jù)調(diào)度發(fā)布的定值單對繼電保護裝置定值進行整定，因此需要統(tǒng)一定值單格式。該系統(tǒng)流轉(zhuǎn)的定值單統(tǒng)一采用XML(Extensible Markup Language)格式[3]，XML是因為信息化高度發(fā)展而推出的標準，是一種跨平臺的，與軟、硬件無關(guān)，處理信息的工具,格式無關(guān)性比較適合電力系統(tǒng)的特點,可以更好的適應(yīng)電力系統(tǒng)信息化的發(fā)展和兼容。繼電保護裝置自動整定系統(tǒng)流轉(zhuǎn)的定值單統(tǒng)一采用XML格式，用于該系統(tǒng)的XML內(nèi)部格式是約定的。XML文件本身有1個版本號，如文件格式發(fā)生變化對應(yīng)的版本也會發(fā)生變化，調(diào)試軟件將自動判斷能夠解析的版本中是否包含當前文件的版本，以保證XML格式定值單的一致性；XML文件是經(jīng)過加密處理的，定值單在流轉(zhuǎn)、下載、執(zhí)行過程中內(nèi)容都不會任意改動，保證定值單的正確性。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 功能與結(jié)構(gòu)

繼電保護裝置定值自動整定系統(tǒng)依托網(wǎng)絡(luò)化繼電保護定值管理系統(tǒng)和繼電保護故障信息主站系統(tǒng)，將正式發(fā)布的XML格式定值單導(dǎo)入到故障信息主站系統(tǒng)中，系統(tǒng)通過故障信息主站完成XML格式定值單解釋并導(dǎo)入主站數(shù)據(jù)庫，將定值單以文件格式下傳至子站，然后實現(xiàn)定值單中定值與實際召喚的裝置定值校核、對比，按照定值單要求進行裝置定值自動整定，支持遠方、就地2種裝置自動整定功能,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

2.1.1 遠方自動整定裝置定值功能

定值管理系統(tǒng)將用于裝置自動整定的XML格式定值單傳給故障信息主站系統(tǒng)，主站系統(tǒng)收到后完成定值單的合法性檢查并解釋、導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。選擇要進行定值整定的變電站、具體保護裝置，進行定值單合法性判斷，自動檢測設(shè)備型號、CRC碼等信息是否與保護裝置相符，定值單內(nèi)容是否與裝置內(nèi)部定值配置表相匹配，定值是否在裝置整定范圍內(nèi)等，以上各項如不符，需提示用戶，且不進行錄入定值操作；檢測完成后，如判斷定值單合法，彈出“自動整定”按鈕，點擊后自動整定裝置定值,系統(tǒng)通過故障信息主站完成XML格式定值單解釋并導(dǎo)入主站數(shù)據(jù)庫，然后實現(xiàn)定值單中定值與實際召喚的裝置定值校核、對比，進行有差異時變色顯示；支持直接遠程下發(fā)修改裝置定值、切換定值區(qū)、軟壓板投退命令；待裝置定值整定完畢后，通過主站、子站再召回裝置定值，確定本次定值整定工作是否成功。

2.1.2 就地自動整定裝置定值功能

定值管理系統(tǒng)將用于裝置自動整定的XML格式定值單傳給故障信息主站系統(tǒng)，主站系統(tǒng)收到后完成定值單的合法性檢查并解釋、導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，同時將定值單以文件格式下裝至子站；站端運行維護人員使用專用的定值單拷貝移動介質(zhì)，將XML格式定值單拷至專用筆記本中，再通過裝置廠家提供的定值整定軟件直連裝置導(dǎo)入該定值單進行定值整定，就地驗證定值整定工作是否成功。廠家的定值整定軟件也是基于該系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的，能讀取加密XML格式定值單；驗證定值單的合法性并解釋能夠讓裝置識別；待整定定值和裝置定值進行比對、校核；進行差異定值的比較、顯示；支持修改裝置定值、切換定值區(qū)、軟壓板投退命令；一鍵式自動整定、校驗，完成裝置定值的自動整定。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 定值的自動校核

實現(xiàn)對裝置遠方定值與XML格式定值單的自動校核、對比，當發(fā)現(xiàn)有定值不一致時進行差異顯示，并支持給出告警提示。將XML格式定值單中的定值內(nèi)容按順序提取出來并放置于一個結(jié)構(gòu)體化的緩沖區(qū)中，使用SAX(用于XML的簡單API)對XML格式定值單進行解析。

a.定值模板的比較。軟件從裝置中將裝置的版本和類型讀取上來，并與當前緩沖區(qū)中的模板描述進行比對。如果一致，進入到定值的轉(zhuǎn)換部分；如果不一致，系統(tǒng)將直接報錯，告知該XML格式定值單不能與當前的裝置相吻合，需要新的XML格式定值單。

b.定值的轉(zhuǎn)換。定值的類型多種多樣，有浮點類型、整數(shù)類型、16進制類型等。16進制中每個位的具體描述，其中包含布爾類型的選項，選項不是用0、1表示，而是用中文或者其他直觀易懂的語言來表達，有的由多個位的組合選項來表達不同的內(nèi)容，每一個組合表達不同的內(nèi)容。這些都需要轉(zhuǎn)換成對應(yīng)裝置可以辨識的數(shù)值。

c.定值的比較。在轉(zhuǎn)換之后，對定值的有效性做一個比較，查看各個定值是否越界，如果發(fā)生越界行為，系統(tǒng)將在整個比較結(jié)束之后，給出比較結(jié)果。

d.定值的傳輸。對比XML定值單內(nèi)定值與裝置定值后，差異顯示不一致項，用戶確認后采取華北103規(guī)約進行定值傳輸，主站僅下傳需被修改的定值，子站完成修改裝置定值工作，就地自動整定時這些工作均由廠家調(diào)試軟件完成。修改結(jié)束后將再次召喚定值與緩沖區(qū)中定值進行比對，如果返回正確則成功完成裝置定值自動整定。

2.2.2 通信服務(wù)功能

a.需對目前在用的子主站通信規(guī)約(華北103規(guī)約)進行擴展，以支持定值修改和文件下裝功能。

b.主站系統(tǒng)與各子站系統(tǒng)之間的通信規(guī)約必須滿足石家莊電網(wǎng)已經(jīng)正式發(fā)布的《繼電保護故障信息系統(tǒng)通訊與接口規(guī)范》的技術(shù)要求。

c.站間通信服務(wù)應(yīng)能適應(yīng)多種不同的物理通信介質(zhì)(電力數(shù)據(jù)網(wǎng)、電力專線等)，并不受不同物理通信介質(zhì)的影響。

d.主站系統(tǒng)必須支持同時連接多個不同廠家的不同子站。

2.2.3 信息共享

實現(xiàn)安全IV區(qū)定值管理系統(tǒng)、安全Ⅰ區(qū)故障信息系統(tǒng)及保護廠家調(diào)試軟件之間的信息共享，充分利用已有的資源，減少人工操作，提高今后繼電保護專業(yè)系統(tǒng)的自動化水平；信息共享采用當前最為流行的XML標準作為共享基礎(chǔ)，為解決各廠家各系統(tǒng)之間信息互享提供保證。

2.3 安全信息防護

繼電保護裝置定值自動整定系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，信息系統(tǒng)的安全建設(shè)是其中極為重要的組成部分，因此網(wǎng)絡(luò)安全防范體系的科學性、可行性是其可順利實施的保障。

2.3.1 定值單安全策略

由于定值單是文本文件，為防止其傳輸過程中遭到破壞，而影響數(shù)據(jù)的完全性，該系統(tǒng)將面向用戶的定值單置于內(nèi)部數(shù)據(jù)庫中，并對定值單本身設(shè)有只讀屬性和權(quán)限控制；采用huffman編碼壓縮和解壓縮算法對XML文件內(nèi)容進行加密，以保證各種格式的定值單在發(fā)布后任何人均不可修改其內(nèi)容。系統(tǒng)在整定定值前要先召喚裝置內(nèi)部信息，再將整個XML定值單內(nèi)容讀出，進行CRC、文件版本校驗，驗證其文件完整性、與裝置的對應(yīng)性。首先將XML格式定值單中的定值內(nèi)容按順序提取出來并放置于一個結(jié)構(gòu)體化的緩沖區(qū)中，使用SAX(用于XML的簡單API)對XML文件進行解析；將當前緩沖區(qū)中的模板描述與召喚上來的裝置版本、類型進行比對，如果一致方可進入到定值轉(zhuǎn)換部分，否則系統(tǒng)直接報錯。

2.3.2 系統(tǒng)權(quán)限控制

完備的權(quán)限管理系統(tǒng)，通過設(shè)置系統(tǒng)的用戶、組及角色等對操作用戶進行管理和審核，并對系統(tǒng)運行進程進行控制。遠方自動整定定值時必須具備嚴格的權(quán)限控制，嚴格遵守電力系統(tǒng)定值修改的四步操作(預(yù)校、確認、執(zhí)行、修改)規(guī)定；每進行一項功能操作，都要進行操作用戶身份確認；待系統(tǒng)不再有任何操作時，可以整定時間系統(tǒng)自動退出運行。

2.3.3 操作日志管理

具有全面的操作日志記錄管理，記錄并查詢用戶事件，如系統(tǒng)的登錄；數(shù)據(jù)的修改、更新；運行狀態(tài)的調(diào)整等。可按各種條件對系統(tǒng)操作日志進行查詢管理。

2.3.4 增量備份與恢復(fù)

建立完善的數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)措施，在增量備份的基礎(chǔ)上，確保一旦數(shù)據(jù)被破壞，利用備份數(shù)據(jù)能立即恢復(fù)到故障前狀態(tài)，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定和使用。

2.3.5 二次系統(tǒng)安全防護

按照國家電網(wǎng)信息安全相關(guān)管理規(guī)定要求，整定計算軟件、定值單管理系統(tǒng)均在IV區(qū)，而故障信息主站系統(tǒng)在Ⅰ區(qū)，為滿足二次安全防護要求，需增加反向物理隔離裝置進行連接以保證信息安全。此外，就地修改裝置定值時，也需使用專用移動介質(zhì)進行由子站向調(diào)試終端的數(shù)據(jù)拷貝。

3 應(yīng)用效果

該系統(tǒng)繼電保護裝置定值遠方整定方式使保護班人員在天氣、路況等條件惡劣無法到達變電站的情況下仍可進行整定定值工作，定值能更快適應(yīng)電網(wǎng)變化，改變了現(xiàn)場整定定值的模式，避免了因整定定值停運，保護裝置出現(xiàn)的電網(wǎng)架構(gòu)改變，降低了電網(wǎng)非正常方式的風險，減少了現(xiàn)場倒閘操作。就地整定方式使原本需十幾分鐘完成的工作縮短到3分鐘內(nèi)，大大節(jié)省了輸入裝置定值的時間。裝置定值遠方在線、就地整定實現(xiàn)從人工輸入、人工核對到機器輸入、自動校核，改進了定值的輸入、核對方式，減輕了保護班人員的工作量，避免了保護人員誤整定。自系統(tǒng)正式投入運行，繼電保護裝置定值自動整定50余次，有效提高了工作效率和保護定值的安全性，縮短了電網(wǎng)設(shè)備停電時間，保證用戶的可靠供電。

4 結(jié)束語

從智能電網(wǎng)發(fā)展的趨勢，開發(fā)了基于繼電保護定值管理系統(tǒng)和繼電保護故障信息主站系統(tǒng)的繼電保護裝置定值自動整定系統(tǒng)，采用統(tǒng)一的XML格式定值單保證了遠方、就地整定定值的安全性、一致性，較大程度提高了繼電保護裝置定值整定的快速性、準確性和工作效率，減少了紙張、車輛等資源浪費，實現(xiàn)了良好的經(jīng)濟和社會效益。

[1] 林傳偉，卓枕警，周 健，等.福建電網(wǎng)遠方不停電修改及核查定值系統(tǒng)的設(shè)計[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010,38(5)：107-110，126.

[2] 李寶樹，張建坡，李 勇．繼電保護定值管理系統(tǒng)研究與開發(fā)[J]．電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37(6)：77-80，90．

[3] Heather Williamson.XML技術(shù)大全[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

本文責任編輯：王麗斌