繼電保護(hù)裝置檢修工作前后定值核對系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

吳勇海，沈建林，游江浩，李思雨

（國網(wǎng)福建省電力有限公司龍巖供電公司，福建 龍巖 364000）

0 引言

近年來，隨著電網(wǎng)建設(shè)的高速發(fā)展，變電站迎來了爆發(fā)式增長，繼電保護(hù)裝置也隨之急劇增加，日常檢修工作前后對保護(hù)定值進(jìn)行記錄與核對的任務(wù)也變得更加繁重[1-2]。當(dāng)前現(xiàn)場保護(hù)定值采用的是人工核對方式，即檢修前打印現(xiàn)場保護(hù)定值單，檢修工作結(jié)束后，保護(hù)人員根據(jù)定值單同運(yùn)行人員進(jìn)行朗讀、復(fù)誦，并與保護(hù)裝置打印出來的定值單進(jìn)行核對[3-5]。該方法存在如下問題：一是打印定值耗時長，傳統(tǒng)打印機(jī)容易卡紙、出紙速度慢，不僅造成現(xiàn)場作業(yè)效率低，而且易造成紙張的浪費(fèi)；二是現(xiàn)場定值單打印采用的是傳統(tǒng)針式打印機(jī)，該打印機(jī)打印形式單一，不方便進(jìn)行信息分發(fā)、信息存檔和查詢；三是人工核對方式存在核對錯誤的風(fēng)險，一旦發(fā)生人為錯誤，將會導(dǎo)致保護(hù)拒動或者誤動，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[6-7]。

針對保護(hù)裝置傳統(tǒng)校核方法存在的問題，業(yè)界提出了多種新的定值校核方法[8-11]，但在檢修現(xiàn)場使用仍不夠方便。本文提出了基于繼電保護(hù)裝置檢修工作前后定值核對系統(tǒng)[12]，設(shè)計了一套手持式數(shù)字化虛擬打印機(jī)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場檢修工作效率的提升，消除人工核對定值錯誤的風(fēng)險。

1 系統(tǒng)功能及總體結(jié)構(gòu)

繼電保護(hù)裝置檢修工作前后定值核對系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括虛擬打印機(jī)和定值管控系統(tǒng)兩部分。保護(hù)裝置與虛擬打印機(jī)通過打印數(shù)據(jù)線實現(xiàn)定值打印，將保護(hù)裝置定值的數(shù)據(jù)報文解析存儲至SD卡中，同時SD卡存儲的文本文件可導(dǎo)入定值管控系統(tǒng)，實現(xiàn)檢修前后定值文件的自動比對。

圖1 繼電保護(hù)裝置檢修工作前后定值核對系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure of the definite value checking system before and after the maintenance of relay protection device

2 系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)

2.1 繼電保護(hù)定值虛擬打印機(jī)

2.1.1 虛擬打印機(jī)硬件開發(fā)

繼電保護(hù)定值虛擬打印機(jī)功能示意圖如圖2所示，包含信息展示窗口、操作按鍵區(qū)、電源充電口、保護(hù)裝置打印口、SD存儲卡接口、CPU模塊和裝置外部封裝模塊。

圖2 繼電保護(hù)定值虛擬打印機(jī)功能示意圖Fig.2 Schematic diagram of relay protection definite value virtual printer function

（1）信 息 展 示 窗 口 采 用ALIENTEK 4.3′TFTLCD電容觸摸屏，可以顯示當(dāng)前打印狀態(tài)、當(dāng)前打印波特率等信息，支持剩余電量展示，同時可以進(jìn)行打印波特率、文件名稱等裝置基本參數(shù)的設(shè)置。

（2）操作按鍵區(qū)為接收裝置上的操作按鍵，包括復(fù)位鍵、字符輸入鍵、光標(biāo)移動等。

（3）設(shè)備具備獨(dú)立的電源模塊，采用可循環(huán)充放電的鋰離子電池，供電接口使用標(biāo)準(zhǔn)的Micro USB接口電源。電池充放電電路采用了TI最新支持快充功能的控制芯片，將外部輸入的5 V電源轉(zhuǎn)換為鋰離子電池的充電電壓，同時兼容普通手機(jī)充電器、充電寶和計算機(jī)USB充電。電源電路具備充電控制、電量檢測、過流保護(hù)、過溫保護(hù)功能，能夠確保鋰電池的安全可靠。

（4）保護(hù)裝置打印口主要包括一個并行打印接口和一個存儲介質(zhì)接口。并行打印接口可以直接接入目前保護(hù)裝置的25針打印數(shù)據(jù)線，存儲介質(zhì)接口為SD存儲卡接口。通用異步接收/傳送器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）口收到保護(hù)裝置輸出的打印數(shù)據(jù)后，CPU運(yùn)行程序?qū)SC/POS規(guī)范的打印報文轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的文本、數(shù)據(jù)，存儲在SD卡。

（5）CPU模塊采用STM32 ARM架構(gòu)，32位處理器，運(yùn)行頻率72 MHz，可以實現(xiàn)串口收發(fā)、通用型輸入輸出（General Purpose Input/Output，GPIO）控制、屏幕顯示、數(shù)據(jù)處理等功能，滿足打印數(shù)據(jù)的接收性能需求。

（6）裝置外部封裝部分由ABS工程塑料外殼、TFT液晶屏、打印輸入接口、USB充電接口、SD存儲卡接口和按鍵區(qū)組成。根據(jù)印刷電路板大小以及開孔位置和尺寸，進(jìn)行模具設(shè)計和制作，并采用激光成型，繼電保護(hù)定值虛擬打印機(jī)實物如圖3所示。

圖3 繼電保護(hù)定值虛擬打印機(jī)實物圖Fig.3 The physical map of virtual printer of relay protection definite value

2.1.2 虛擬打印機(jī)軟件開發(fā)

虛擬打印機(jī)采用C語言程序，開發(fā)主要有按鍵內(nèi)容輸入程序、液晶顯示程序、數(shù)據(jù)串口傳輸程序、數(shù)據(jù)解析處理程序和SD卡存儲程序。按鍵輸入程序主要對打印波特率進(jìn)行設(shè)置，也可對存儲的文本文件進(jìn)行命名。打印波特率設(shè)置和存儲文件命名設(shè)置完成后，等待接收數(shù)據(jù)，此時若按下打印輸出按鈕，保護(hù)裝置定值數(shù)據(jù)通過串口傳輸程序?qū)崿F(xiàn)ESC/POS規(guī)范的打印報文傳輸[13]，并通過數(shù)據(jù)解析處理轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的文本、數(shù)據(jù)，存儲至SD卡。當(dāng)接收的數(shù)據(jù)文件亂碼時，需重新設(shè)置打印波特率，直到該打印波特率與保護(hù)裝置波特率一致，打印工作結(jié)束。液晶顯示程序展示了打印參數(shù)設(shè)置、串口傳輸狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)和數(shù)據(jù)處理中的全過程，實現(xiàn)了定值文件打印全過程的人機(jī)交互。虛擬打印機(jī)軟件實現(xiàn)流程如圖4所示。

圖4 虛擬打印機(jī)軟件實現(xiàn)流程圖Fig.4 Realization flowchart of virtual printer software

2.2 定值管控系統(tǒng)

在計算機(jī)端采用Qt軟件開發(fā)變電站定值管控系統(tǒng)，參照繼電保護(hù)監(jiān)控后臺配置工具進(jìn)行設(shè)計，可以新建變電站節(jié)點，在變電站節(jié)點下新建二次設(shè)備，從虛擬打印機(jī)的SD存儲卡導(dǎo)入每個二次設(shè)備的定值單文本文件，實現(xiàn)定值的存檔與管理[14-16]，記錄定值變更情況，包括二次設(shè)備每次定值導(dǎo)入的導(dǎo)入時間、導(dǎo)入人、定值發(fā)生變化的原因等，實現(xiàn)保護(hù)裝置定值管理的可追溯性，便于管理。該系統(tǒng)通過調(diào)用WinMerge比對模塊，可以比對不同時間段的裝置定值信息，從而實現(xiàn)對繼電保護(hù)工作檢修前后的定值比對，繼電保護(hù)裝置檢修工作前后定值核對流程如圖5所示，定值管控系統(tǒng)界面如圖6所示。

圖5 繼電保護(hù)裝置檢修工作前后定值核對流程圖Fig.5 Flow chart of definite value check before and after maintenance work of relay protection device

圖6 定值管控系統(tǒng)界面Fig.6 Definite value control system interface

3 系統(tǒng)應(yīng)用

福建省某110 kV變電站線路保護(hù)首檢時，利用該方法進(jìn)行繼電保護(hù)裝置檢修前后的定值核對。在繼電保護(hù)檢修工作前，先設(shè)置好虛擬打印機(jī)的波特率，將定值虛擬打印機(jī)替換原有的針式打印機(jī)，與保護(hù)裝置連接，通過保護(hù)裝置上的打印功能，將保護(hù)裝置定值的數(shù)據(jù)報文進(jìn)行解析存儲，并將虛擬打印機(jī)SD卡存儲的文本文件導(dǎo)入定值管控系統(tǒng)。繼電保護(hù)檢修工作結(jié)束后，再次通過虛擬打印機(jī)接收保護(hù)裝置打印報文，并解析成文本文件存儲在SD卡中，再次導(dǎo)入定值管控系統(tǒng)。在定值管控系統(tǒng)中，將檢修工作前后兩次的定值數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，給出定值核對的結(jié)果?，F(xiàn)場應(yīng)用如圖7所示。

圖7 便攜式繼電保護(hù)定值核對裝置現(xiàn)場應(yīng)用情況Fig.7 Field application of portable relay protection setting check device

定值管控系統(tǒng)的顯示效果及比對情況如圖8所示。由圖8可以看出，定值管控系統(tǒng)能夠?qū)⒍ㄖ敌畔⑦M(jìn)行分級存儲管理，并實現(xiàn)定值的自動對比，且對檢修前后定值差異項進(jìn)行標(biāo)注，定值核對準(zhǔn)確率達(dá)100%。

圖8 定值在定值管控系統(tǒng)的顯示效果及比對情況Fig.8 The display effect and comparison of fixed value on the fixed value management software

統(tǒng)計10名繼保人員采用人工核對和定值自動校核方法所花費(fèi)的平均時間，人工核對包括拉取交流電源花費(fèi)時間、安裝打印機(jī)并打印定值花費(fèi)時間以及人工核對花費(fèi)時間，表1為采用人工核對和定值自動校核方法的用時數(shù)據(jù)對比。

表1 定值自動校核與人工校核的用時數(shù)據(jù)對比Tab.1 Comparison of time-consuming data between automatic and manual calibration

從表1數(shù)據(jù)可以看出，應(yīng)用定值自動校核方法后，班組人員無需從試驗電源屏拉取交流電源，打印機(jī)安裝及打印時間大幅縮短，且定值文本文件實現(xiàn)自動比對，縮短了人工核對花費(fèi)的時間，繼保人員定值核對時間由原來的14.1 min降低至3.2 min，定值核對正確率由原來的95%提高到100%，在顯著提高定值核對工作效率的同時，確保了定值核對結(jié)果的準(zhǔn)確性，減少了因人為因素造成的比對失誤風(fēng)險。

4 結(jié)語

本文提出的繼電保護(hù)定值自動校核方法實現(xiàn)了繼電保護(hù)設(shè)備的定值等信息的無紙化打印和存儲、智能比對以及定值管控的閉環(huán)跟蹤，該方法的應(yīng)用切實提高了繼電保護(hù)裝置檢修前后定值核對工作的效率，確保了定值核對結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時按保護(hù)裝置進(jìn)行定值單的存儲，可以查看該套保護(hù)在全壽命過程中定值變化情況，對于保證變電站設(shè)備的正常運(yùn)行和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的實踐意義。