繼電保護裝置定值自動整定系統的開發與應用

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)

智能電網是當今電力系統發展變革的最新動向，利用先進的通信、信息和控制技術，以信息化、自動化、數字化、互動化為主要特征，將極大地改變傳統電力系統的形態。智能電網的發展要求繼電保護系統具有更大的靈活性和更高的可靠性，自適應繼電保護是智能電網發展的必然趨勢，繼電保護裝置定值的自適應性是體現繼電保護自適應的重要方面。針對電網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備的要求，需要及時修改電力設備或線路的保護定值，并盡可能地縮短設備停電時間，保證重要用戶的可靠用電，因此電網運行、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依托網絡化繼電保護定值管理系統和繼電保護故障信息主站系統進行繼電保護裝置定值自動整定系統的開發與應用。

1 系統需求分析

隨著電力系統的發展，繼電保護裝置的性能也更加的智能化，因此需要一個統一的標準來確保不兼容的系統之間能夠交換數據[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，現場人員在執行定值單時常常出現錯誤，因而引起的電網故障及電網故障擴大化的現象時有發生。為更好的適應繼電保護裝置信息化的發展和更好的實現兼容性，減少人為原因引發的錯誤定值整定，需要統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果通過定值單來體現，現場人員根據調度發布的定值單對繼電保護裝置定值進行整定，因此需要統一定值單格式。該系統流轉的定值單統一采用XML(Extensible Markup Language)格式[3]，XML是因為信息化高度發展而推出的標準，是一種跨平臺的，與軟、硬件無關，處理信息的工具,格式無關性比較適合電力系統的特點,可以更好的適應電力系統信息化的發展和兼容。繼電保護裝置自動整定系統流轉的定值單統一采用XML格式，用于該系統的XML內部格式是約定的。XML文件本身有1個版本號，如文件格式發生變化對應的版本也會發生變化，調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文件是經過加密處理的，定值單在流轉、下載、執行過程中內容都不會任意改動，保證定值單的正確性。

2 系統設計

2.1 功能與結構

繼電保護裝置定值自動整定系統依托網絡化繼電保護定值管理系統和繼電保護故障信息主站系統，將正式發布的XML格式定值單導入到故障信息主站系統中，系統通過故障信息主站完成XML格式定值單解釋并導入主站數據庫，將定值單以文件格式下傳至子站，然后實現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,系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構示意

2.1.1 遠方自動整定裝置定值功能

定值管理系統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，主站系統收到后完成定值單的合法性檢查并解釋、導入數據庫。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，自動檢測設備型號、CRC碼等信息是否與保護裝置相符，定值單內容是否與裝置內部定值配置表相匹配，定值是否在裝置整定范圍內等，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,系統通過故障信息主站完成XML格式定值單解釋并導入主站數據庫，然后實現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；支持直接遠程下發修改裝置定值、切換定值區、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，主站系統收到后完成定值單的合法性檢查并解釋、導入數據庫，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，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開發設計的，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、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 關鍵技術

2.2.1 定值的自動校核

實現對裝置遠方定值與XML格式定值單的自動校核、對比，當發現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容按順序提取出來并放置于一個結構體化的緩沖區中，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，并與當前緩沖區中的模板描述進行比對。如果一致，進入到定值的轉換部分；如果不一致，系統將直接報錯，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.定值的轉換。定值的類型多種多樣，有浮點類型、整數類型、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容，每一個組合表達不同的內容。這些都需要轉換成對應裝置可以辨識的數值。

c.定值的比較。在轉換之后，對定值的有效性做一個比較，查看各個定值是否越界，如果發生越界行為，系統將在整個比較結束之后，給出比較結果。

d.定值的傳輸。對比XML定值單內定值與裝置定值后，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試軟件完成。修改結束后將再次召喚定值與緩沖區中定值進行比對，如果返回正確則成功完成裝置定值自動整定。

2.2.2 通信服務功能

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

b.主站系統與各子站系統之間的通信規約必須滿足石家莊電網已經正式發布的《繼電保護故障信息系統通訊與接口規范》的技術要求。

c.站間通信服務應能適應多種不同的物理通信介質(電力數據網、電力專線等)，并不受不同物理通信介質的影響。

d.主站系統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

實現安全IV區定值管理系統、安全Ⅰ區故障信息系統及保護廠家調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系統的自動化水平；信息共享采用當前最為流行的XML標準作為共享基礎，為解決各廠家各系統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是一個復雜的系統工程，信息系統的安全建設是其中極為重要的組成部分，因此網絡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，而影響數據的完全性，該系統將面向用戶的定值單置于內部數據庫中，并對定值單本身設有只讀屬性和權限控制；采用huffman編碼壓縮和解壓縮算法對XML文件內容進行加密，以保證各種格式的定值單在發布后任何人均不可修改其內容。系統在整定定值前要先召喚裝置內部信息，再將整個XML定值單內容讀出，進行CRC、文件版本校驗，驗證其文件完整性、與裝置的對應性。首先將XML格式定值單中的定值內容按順序提取出來并放置于一個結構體化的緩沖區中，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換部分，否則系統直接報錯。

2.3.2 系統權限控制

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

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，如系統的登錄；數據的修改、更新；運行狀態的調整等。可按各種條件對系統操作日志進行查詢管理。

2.3.4 增量備份與恢復

建立完善的數據備份與恢復措施，在增量備份的基礎上，確保一旦數據被破壞，利用備份數據能立即恢復到故障前狀態，不影響系統的穩定和使用。

2.3.5 二次系統安全防護

按照國家電網信息安全相關管理規定要求，整定計算軟件、定值單管理系統均在IV區，而故障信息主站系統在Ⅰ區，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進行由子站向調試終端的數據拷貝。

3 應用效果

該系統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，定值能更快適應電網變化，改變了現場整定定值的模式，避免了因整定定值停運，保護裝置出現的電網架構改變，降低了電網非正常方式的風險，減少了現場倒閘操作。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，大大節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，縮短了電網設備停電時間，保證用戶的可靠供電。

4 結束語

從智能電網發展的趨勢，開發了基于繼電保護定值管理系統和繼電保護故障信息主站系統的繼電保護裝置定值自動整定系統，采用統一的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，實現了良好的經濟和社會效益。

[1] 林傳偉，卓枕警，周 健，等.福建電網遠方不停電修改及核查定值系統的設計[J].電力系統保護與控制，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研究與開發[J]．電力系統保護與控制，2009，37(6)：77-80，90．

[3] Heather Williamson.XML技術大全[M].北京：機械工業出版社，2002.

本文責任編輯：王麗斌