一種繼電保護裝置的數字化打印方法

馬小珍　楊熠鑫　劉志遠　胡永春

（1. 國網寧夏電力公司銀川供電公司，銀川 750000；2. 國網寧夏電力公司檢修公司，銀川 750000；3. 南京榮桓電力自動化有限公司，南京 210000）

一種繼電保護裝置的數字化打印方法

馬小珍1楊熠鑫1劉志遠2胡永春3

（1. 國網寧夏電力公司銀川供電公司，銀川 750000；2. 國網寧夏電力公司檢修公司，銀川 750000；3. 南京榮桓電力自動化有限公司，南京 210000）

本文簡要的闡述了繼電保護裝置打印功能的重要性，并列舉了現有的就地化打印方式的不足和缺陷，根據現有繼電保護裝置普遍使用ESPON打印機實現打印功能的技術特征，提出了一種繼電保護裝置打印數字化的方法。該方法通過模擬打印機使得繼電保護裝置的打印功能正常運行，并將接收到的打印信息存為文件，并使用ESC/P編碼對打印信息進行解碼并轉存為PDF文件，從而實現打印數字化。該方法簡單實用，安全可靠，降低了維護成本提高了變電站自動化的水平，亦符合變電站數字化、智能化的發展趨勢，非常具有實用價值。

繼電保護裝置；打印信息；ESC/P；打印數字化

繼電保護是關系著電力系統安全運行的關鍵［1］。繼電保護技術的發展大致分為四個歷史階段：電磁型、晶體管型、集成電路型和微型計算機型。目前，隨著微電子技術的發展，微機型繼電保護技術的應用已越來越廣泛。微機保護特有的記憶存儲功能可以通過人機接口（打印、顯示、通信）來很好的實現故障追憶和信息閱覽，極大的提高運行管理效率。

自從微機保護出現以來，打印一直是其重要功能之一，即使發展至以IEC 61850為基礎的智能保護，打印依然無法被替代，經過不斷的完善和發展，打印已是變電站自動化系統的一項基本功能。但打印也有其固有缺陷，必須連接使用交流電的打印機，打印信息只能體現于打印紙上，而且必須到達保護屏柜前來獲取，不方便進行二次或重復利用。因此，如何改變現有的打印模式，使其獲取更加方便，信息利用更加充分，非常值得深入研究。

1　打印的重要性及應用

相對于微機保護的面板顯示來說，打印具有信息量大、方便攜帶等優勢；面板顯示只能在保護屏柜前才能查看信息。相對于微機保護的通信來說，打印具有信息關聯度高、穩定可靠等優勢；通信傳輸按照信息類別以點的方式進行傳輸，信息點是離散的，關聯程度低。

在很多場合如調試階段，投運階段和現場運行階段，都需要打印輸出，作為分析參考資料。

1）繼電保護檢修

每兩至三年對變電站內所有繼電保護設備進行定期檢驗［2］，內容包括：裝置外部、絕緣、上電和逆變電源檢查，開關量輸入回路檢驗，輸出觸點及輸出信號檢查，數模變換系統檢查，整定值的整定和檢驗，傳動試驗等。每套裝置檢驗完成后產生檢驗報告，其內容包括：動作報告、定值清單（進行定值核對）、傳動報告、裝置采樣、版本信息等內容，這些內容都依賴于裝置的打印，檢修人員依據這些打印的報告核實檢驗對象是否正確。

2）繼電保護動作分析

當繼電保護動作后，為了校驗動作的正確性以及后續事故處理，需要產生保護動作分析報告，其內容應包括動作元件的啟動時序和相別、起動時刻的自檢狀態和開關量狀態、系統定值和軟壓板設置信息以及錄波圖信息等。這些信息只有通過繼電保護的打印功能才能系統有序的展現出來，而通過通信等方式提供的信息首先是離散的，如動作信號、開關變位等信號，其次需要被動召喚，如定值和錄波等信息，這都導致通過通信等方式獲得的信息只能用于了解狀態，而不利于進行故障動作的分析。

保護動作分析報告需要在運檢二次專責、地調（地方調度中心）、安監（安全監察處）和中調保護處進行存檔，存檔分為紙質報告和電子報告。紙質報告使用繼電保護打印直接得來，而電子報告使用的卻是紙質報告的影印版，而不是通過通信等方式得到的電子信息，這也從側面佐證了上述結論。

2　現有打印方式的缺陷

目前，基本按間隔組屏來配置打印機，有時也為每套繼電保護裝置都配置有打印機，并將其安裝于保護屏柜內［3］，使用220V交流電對打印機進行供電，由于交流電可能存在的電磁干擾，國網公司并不推薦保護屏內出現交流電源。但由于沒有其他方式可以給打印機供電，一般做法是繼續使用220V交流來供電，還有另一種做法是保護屏內不安裝打印機，需要打印時，臨時安裝打印機，并從保護室內的公共交流電源供電，這樣雖然避免了交流干擾的可能性，但給打印本身帶來了極大的不方便性。

由于獲取打印報告只能到變電站現場進行，這就需要運行維護人員申請車輛，并駕車前往變電站現場。對于時間緊迫性不強的工作內容，如定期檢修、缺陷消除等，這種方式無可厚非，因為本身就需要到達變電站現場；但對于時間緊迫性較強的工作內容，如保護動作跳閘等，這種方式的低效率就非常明顯，從保護動作至人員趕到現場打印，頗為費時，顯然增加了故障排除和恢復的時間。同時，紙質文件不利于備份及歸檔保存，更無法接入到電力系統的信息共享平臺中，實現信息的共享和整合。

繼電保護裝置的打印功能雖然重要，但是使用的頻率卻非常低，主要在定期檢修、消除缺陷、保護動作后才需要打印，除此之外打印機基本處于長期閑置狀態。因為如果每個保護屏柜都配置打印機，這本身既是一種嚴重的資源浪費，也會產生可觀的維護工作量和費用，如色帶老化、工作損耗等，提高了變電站系統的安全生命周期成本［4］。

3　打印數字化的實現方式

打印數字化的實現方式有多種，如通過通信的方式，以XML為載體來實現［5］等，本文提出一種更加簡單實用的方式來實現，該方式是基于目前國內的繼電保護都是使用Espon的ESC/P編碼來進行打印編程的事實基礎上，通過被動接收打印內容并將其存為文件來實現的。

3.1打印機的工作模式

打印連接方式除了一些年份較早的保護裝置使用并口（CN36）進行打印外，絕大部分都使用串口（RS232）進行打印。以RS232串口為例，繼電保護使用某一設定的速率（如19200bps）通過串口向打印機發送打印內容，該內容已使用ESC/P進行編碼；打印機接收到打印內容后即刻開始解碼并進行打印。

打印機本身不向繼電保護傳輸任何數字信息，只需打開串口，供對方查詢打印機的狀態即可。由此可見，打印機的串口就是一個永遠處于打開狀態、準備接收的標準串口，其接口類型一般為DB25孔。對于并口打印機，其工作模式與RS232類似，一般都使用增強型高速并口模式（Enhanced Parallel Port，EPP）。

3.2 ESC/P編碼簡介

ESC/P（Espon Standard Code for Printer）是為了實現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ESC/P所作成的軟件，在遵循ESC/P的打印機上都可以使用，而與打印機的機種無關。ESC/P編碼的格式如圖1所示，其中“編碼”部分由單字節編碼或多字節組合編碼構成，“內容”部分根據“編碼”的不同，可能存在，也可能不存在；對于某些編碼，其“內容”部分也存在對應的編碼格式。

圖1　ESC/P編碼格式

例如：“ESC @”編碼（ESC和@均為ASCII碼，對應的十六進制為1B和40，ESC/P的編碼都以ASCII碼來表述）的意義為初始化打印機，其后的“內容”部分為空；“ESC（U”編碼的意義為定義移動打印位置的單位，其后的“內容”部分的格式為“n1 n2 m”，其中n1為1，n2為0，m的取值范圍為10、20、30、40、50和60。

3.3技術方案

根據打印機的工作模式，開發一個打印機模擬器，在其串口DSR和CTS引腳置高電平，同時循環掃描串口的接收緩沖區，并對接收到的內容進行存儲，形成打印任務文件，其工作流程如圖2所示。

圖2　打印機模擬器工作流程

由于串行通信沒有顯式的結束標記，可使用在相當時間內沒有接收到任何數據來作為結束標記，圖2中的“設定時間”即為此目的而設。

打印任務文件即為打印數字化的成果，其已具備了共享和流轉的能力，為了便于閱讀和發布，可對打印任務文件依據ESC/P編碼進行解析并將結果輸入到符合W3C標準的PDF文件。

可將多個打印機模擬器合并到一個裝置內形成打印信息采集器，并設置一個打印管理機用于長期保存打印任務文件，并在此進行打印任務文件的解析、打印、共享、流轉和發布，做到打印功能集中化管理，也可在此實現一些基于打印數字化的延伸應用。一個具備實用化的系統架構如圖3所示。

圖3　系統架構圖

4　結論

此種方式的優點是簡單實用，安全可靠。由于其不占用通信資源，亦未做任何模式上的改變，所以對繼電保護裝置不會產生任何影響，繼電保護裝置依然認為連接著普通的打印機。另外，由于保護屏柜上不再安裝打印機，降低了整站對交流電的需求，更加符合規范要求，同時也減少了打印機的維護工作量和成本。

本文所述方式實現的繼電保護裝置打印數字化，不但適用于傳統變電站，同樣適用于基于IEC 61850的智能變電站，使得作為三大信息提供方式之一的打印也具備了共享、流轉和發布的能力，使得獲取打印報告不再需要趕赴變電站現場，可節省大量的人力物力和時間，同時也減少了打印機的維護工作量，降低了維護成本提高了變電站自動化的水平，亦符合變電站數字化、智能化的發展趨勢，非常具有實用價值。

［1］ 張保會， 尹項根. 電力系統繼電保護［M］. 北京： 中國電力出版社， 2005.

［2］ DL/T 995—2006. 繼電保護和電網安全自動裝置檢驗規程［S］.

［3］ 張清枝， 魏勇， 趙成功. 變電站網絡化二次系統關鍵技術研究及應用［J］. 電力系統保護與控制， 2009，37（8）： 47-52.

［4］ 魏勇， 王銳. 全數字化變電站二次系統的全生命周期成本管理分析［J］. 電力系統保護與控制， 2010，38（4）： 78-83， 87.

［5］ 李道霖， 齊文平， 萬啟芳， 等. 智能變電站微機保護裝置集中式網絡打印方案研究［J］. 中國水能及電氣化， 2012， 5（5）： 18-22.

Method of Relay Protection Device of Digital Printing

Ma Xiaozhen1Yang Yixin1Liu Zhiyuan2Hu Yongchun3
（1. State Grid Yinchuan Electric Power Company， Yinchuan 750000；2. State Grid NingxiaNorth Electric Power Company Maintenance Company， Yinchuan 750000；3. Nanjing RongHuan Power Automation Co.， Ltd， Nanjing 210000）

This paper briefly expounds the importance of the print function of the relay protection device， and lists the defects of the existing methods of printing function. According to the technical characteristics of the existing relay protection device generally using ESPON printer to achieve the printing function， the paper presents a method of the digitization of printing of the relay protection device. This method makes the normal operation of the print function of the relay protection device through the simulation of the printer， and stores in a file for the printing information received， and decodes printing information using the ESC/P encoding， and saves to the PDF file， so as to realize the digitization of printing. This method is simple and practical， safe and reliable， and it can improve the level of substation automation， and it is also in line with the development trend of the substation digitization and intelligence. It is of great practical value.

the relay protection device； the printing information； ESC/P； the digitization of printing

馬小珍（1980-），男，碩士，高級工程師，主要從事繼電保護及電力系統及其自動化專業工作。