手持式繼電保護定值自動巡檢儀的設(shè)計與實現(xiàn)

重慶涪陵電力實業(yè)股份有限公司 李朋江 張一軍 曾 瀟

針對變電站繼電保護定值、軟壓板核對長期依賴人工，且耗時耗力，核對困難的現(xiàn)狀，本文通過研究大量常規(guī)變電站和智能變電站繼電保護定值輸出方式、現(xiàn)場變電站繼電保護通信結(jié)構(gòu)及定值管理等，提出通過MMS通信和采集打印信息的技術(shù)手段自動巡檢繼電保護裝置的定值和軟壓板，與定值清單中定值、軟壓板自動比對，從而實現(xiàn)對繼電保護定值自動巡檢的目的。

保護裝置是電力系統(tǒng)中保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行非常重要的二次設(shè)備，保護裝置的定值是實現(xiàn)電力系統(tǒng)繼電保護的動作判據(jù)的重要依據(jù)，是保護裝置進行邏輯判斷的主要參數(shù)，對保護裝置動作的正確性具有決定性作用，也影響保護裝置的性能。隨著大電網(wǎng)運行方式的實時變化，運行人員需要根據(jù)現(xiàn)場的運行工況不斷地對保護裝置的定值進行調(diào)整，并在廠站端變電站完成對保護裝置定值的修改。而在對保護裝置進行調(diào)試和投運行之前，還需要對保護裝置的定值進行下裝、核對和檢查等工作。

針對智能變電站目前繼電保護裝置都嚴格按照IEC61850標準執(zhí)行，智能變電站SCD(Substatio Configuration Description，變電站配置描述）文件包含了站內(nèi)所有IED（Intelligent Electronic Device，智能電子設(shè)備）的模型、實例配置、通信參數(shù)及IED之間的信號關(guān)聯(lián)信息，智能變電站站控層設(shè)備之間采用以太網(wǎng)進行連接，站控層通信通過制造報文規(guī)范MMS（Manufacturing Message Specification，報文規(guī)范）實現(xiàn)交互，互操作性良好，給定值巡檢實用化提供了可能，但常規(guī)變電站通信規(guī)約及配置不統(tǒng)一，通信點表主要依賴人工配置，給定值巡檢自動化帶來了極大的困難，因此，依據(jù)常規(guī)變電站繼電保護定值都有打印功能的特點，研究以常規(guī)保護裝置打印輸出信息為基礎(chǔ)，開展定值巡檢。

本文通過研究IEC61850通信及繼電保護打印輸出信息結(jié)構(gòu)，設(shè)計定值模型生成系統(tǒng)、MMS通信系統(tǒng)、定值打印系統(tǒng)、自動比對系統(tǒng)、巡檢結(jié)果生成系統(tǒng)等實現(xiàn)智能變電站和常規(guī)變電站的繼電保護定值自動巡檢。

1 巡檢系統(tǒng)的需求與功能

1.1 需求分析

根據(jù)定值巡檢和比對要求，由于智能變電站和常規(guī)變電站結(jié)構(gòu)和通信方式的不同，分別討論，針對智能變電站，首先導入變電站SCD配置文件,解析出全站保護裝置名稱、通訊參及定值、軟壓板配置，再導入定值清單，解析出定值和軟壓板名稱、整定值、單位等，定值單內(nèi)容與SCD配置文件建立關(guān)聯(lián)，啟動MMS通信系統(tǒng)系統(tǒng)，自動召喚裝置定值和軟壓板，逐一與定值清單比對，比對結(jié)果不一致以紅色顯示；針對常規(guī)變電站,啟用保護裝置打印輸出功能，接收打印信息依據(jù)Espon的ESC/P編碼解析出定值和軟壓板信息，與定值清單比對,全部裝置巡檢完成后，通過巡檢結(jié)果生成系統(tǒng)生成巡檢報告存檔。

1.2 系統(tǒng)的功能

系統(tǒng)主要有定值模型生成系統(tǒng)、MMS通信系統(tǒng)、定值打印系統(tǒng)、自動比對系統(tǒng)、巡檢結(jié)果生成系統(tǒng)，系統(tǒng)功能框架如圖1所示。

（1）定值模型生成系統(tǒng)。導入SCD文件，解析出通信層配置(包含裝置名稱、訪問點、IP地址、子網(wǎng)掩碼)、裝置層配置(包含數(shù)據(jù)集，通道名稱，IEC61850數(shù)據(jù)路徑，數(shù)據(jù)類型)，導入定值清單(EXCEL、WORD、CSV、TXT、PDF文件),解析出定值、軟壓板的名稱、整定值、整定范圍、單位)，以名稱為基準建立SCD配置與定值清單的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成定值單的定值名稱、整定值、整定范圍、單位，SCD的定值名稱、IEC61850路徑為基本項的定值模型。

（2）MMS通信系統(tǒng)。啟動MMS客戶端通信服務，載入CID配置文件，生成本地通信模型，使能控制塊，啟動自動巡檢線程，巡檢召喚裝置定值、軟壓板，召喚值寫入實時數(shù)據(jù)庫。

（3）定值打印系統(tǒng)。巡檢儀的串口接入繼電保護打印接口，操作繼電保護，打印定值、軟壓板，巡檢儀接收打印信息，根據(jù)ESC/P編碼解析出整定值，寫入實時數(shù)據(jù)庫。

（4）自動比對系統(tǒng)。載入實時數(shù)據(jù)庫，根據(jù)整定值、當前值、數(shù)據(jù)類型，比對定值項，比對結(jié)果再寫入實時數(shù)據(jù)庫。

（5）巡檢結(jié)果生成系統(tǒng)。遍歷實時數(shù)據(jù)庫，以裝置為單位，統(tǒng)計比對不一致項，生成Pdf格式的巡檢結(jié)果報告。

圖1 系統(tǒng)功能框架

圖2 系統(tǒng)執(zhí)行流程圖

1.3 系統(tǒng)的執(zhí)行流程

導入SCD配置文件、定值清單，建立兩者關(guān)聯(lián)關(guān)系，以定值清單中的定值項為順序，顯示裝置定值、軟壓板信息，啟動通信和打印服務功能，獲得裝置當前值，與整定值比對，最后，生成比對結(jié)果報告。系統(tǒng)執(zhí)行流程如圖2所示。

2 關(guān)鍵技術(shù)與實現(xiàn)

2.1 智能識別EXCEL文件的定值清單

雖然是EXCEL格式的定值清單，但其格式并不統(tǒng)一，直接導入，將導致獲取定值項錯誤，因此，需要通過一定算法智能識別定值清單，具體實現(xiàn)方式是，逐行掃描，檢查是否是合并單元格，如果是，提取行關(guān)鍵字，再繼續(xù)向下掃描，檢查該行每列關(guān)鍵字，是否模糊匹配“序號”、“定值名稱”、“整定值”，如果匹配關(guān)鍵字正確，則繼續(xù)往下掃描，掃描每列內(nèi)容對應相應的”序號”、“定值名稱”、“整定值”，以樹狀態(tài)形式呈現(xiàn)掃描內(nèi)容，再通過行關(guān)鍵字，自動歸類保護定值和軟壓板配置，針對變壓器保護，定值名稱重復，則在定值名稱后自動添加行關(guān)鍵字中的“高壓側(cè)”、“中壓側(cè)”、“低壓側(cè)”；軟壓板項中的整定值的“投入”和”退出”關(guān)鍵字，則要轉(zhuǎn)化成通信能夠識別的“1”和”0”。

2.2 OCR文字識別技術(shù)

針對PDF格式的定值清單，則需要采取OCR文字識別技術(shù)，目前OCR開發(fā)包較多，但文字識別正確率不高，本文通過應用眾多軟件,比較不同定值單圖片文字識別效果和易用性、技術(shù)支持等方面，綜合考慮采用百度AI開放平臺中的OCR的SDK開發(fā)包，再增加基于糾錯詞庫的糾錯功能，基本能滿足要求。

2.3 MMS通信技術(shù)

主要采用SISCO公司的MMS-EASE Lite開發(fā)包，這是當前世界主要電力自動化廠商都在使用該開發(fā)包，用于實現(xiàn)IEC61850向MMS的映射，主要是以ANSI C源代碼的形式提供，不依賴具體編譯器和操作系統(tǒng)。

建立IEC61850與MMS對像的映射和服務映射，IEC61850的服務器、邏輯設(shè)備、定值組控制塊、數(shù)據(jù)集，分別對MMS對象的VMD、域、有名變量、有名變量表；IEC61850的ACSI服務的GetServerDirectory、GetLogicalDeviceDirectory、GetLogicalNodeDirectory對應MMS服務的GetNameList,GetAllDataValues、GetDataValues對應Read。

圖3 比對界面

2.4 打印服務

常規(guī)變電站內(nèi)配置的打印機主要為針式打印機，所以繼電保護裝置大多是使用 Espon 的ESC/P打印控制指令集來進行打印。ESC/P是為了實現(xiàn)電腦軟件與打印機之間所使用之控制碼的標準化而制定的，根據(jù)ESC/P所作成的軟件，在遵循ESC/P的打印機都可以使用，而與打印機的機種無關(guān)。

ESC/P的結(jié)構(gòu)：在ESC/P在處理資料的分類上，有標準處理系統(tǒng)(拉丁文字語系)及非英文處理系統(tǒng)(中文、日文、韓文...)，后者在中國是指中文處理系統(tǒng)，是用來控制中文的各種打印變化，而前者是在處理標準的英文、數(shù)字及圖形碼的控制，在各種處理系統(tǒng)均有高版本低版本的階梯性構(gòu)造。而標準處理有自己獨立的一套ESC/P版本，稱為ESC/P標準規(guī)格。而中文處理系統(tǒng)也有獨立的一套版本(level)。將兩者合并起來，就形成了ESC/P的中文規(guī)格。

巡檢儀將RS232串口的DSR和CTS引腳置高電平，接收打印機輸出數(shù)據(jù)，依據(jù)ESC/P編碼和保護定值打印格式，解析數(shù)據(jù)，形成關(guān)于定值名稱、定值值的標準數(shù)據(jù)。比對界面如圖1所示。

3 系統(tǒng)應用實例

本文研發(fā)的手持式繼電保護定值自動巡檢儀，已初步應用于某智能變電站和某常規(guī)變電站的定值巡檢中，應用過程如下：

3.1 某110kV智能變電站應用實例

（1）導入變電站配置文件，生成全站繼電保護設(shè)備模型，再建立繼電保護設(shè)備與定值清單關(guān)聯(lián)，程序自動導入全部定值清單。

（2）巡檢儀網(wǎng)口連接站控層交換機，點“啟動巡檢”按鈕，巡檢儀自動巡檢全部裝置的定值、軟壓板，自動比對巡檢數(shù)據(jù)。

（3）巡檢完成后，自動生成巡檢結(jié)果。

3.2 某110kV常規(guī)變電站應用實例

（1）導入定值清單，自動建立裝置名稱和定值內(nèi)容。

（2）巡檢儀RS232串口線連接到繼電保護設(shè)備打印端子，操作繼電保護設(shè)備，點定值打印，巡檢儀自動接收和解析打印數(shù)據(jù)，與導入的定值清單中的整定值比對。

（3）打印完成后，自動生成巡檢結(jié)果。

過去的定值巡檢工作，現(xiàn)場運維人員拿到定值單后，需要一人讀定值單，一人操作屏幕，找到對應定值項，再一一修改，修改完成后，再把裝置中的定值打印出來，一人手持待執(zhí)行的定值單，一人手持打印的定值單，兩人逐項一一核對，單個裝置整個工序至少需要15-60min。本巡檢儀的使用，從技術(shù)上改變了巡檢工作存在的問題，實現(xiàn)了巡檢工作的自動化，提高了核對效率，節(jié)約了人工成本，減少繼電保護設(shè)備運行風險。

4 結(jié)語

本文研發(fā)的手持式繼電保護定值自動巡檢儀在定值單的導入方面，針對EXCEL格式的定值單，采用了基于關(guān)鍵字和樹形結(jié)構(gòu)識別技術(shù)；針對PDF格式的定值單采用了百度AI開放平臺的OCR技術(shù)，并配合糾錯庫，實現(xiàn)了定值清單的自動導入；在獲取繼電保護定值方面，針對智能變電站采用了SISCO公司的MMS-EASE Lite開發(fā)包，能與不同廠家、不同型號的繼電保護設(shè)備穩(wěn)定通信，互操作性良好；針對常規(guī)變電站采用了繼電保護打印和ESC/P編碼技術(shù)，解決了過去常規(guī)變電站協(xié)議眾多、互操作性差、通信不穩(wěn)定、通信點表需要手動配置等問題，同時采用自動化技術(shù)實現(xiàn)了定值的自動巡檢，減少了人工干預，降低出錯率，從而提高工作效率、節(jié)約人工成本，極大提高了繼電保護設(shè)備的安全運行。