手持式繼電保護定值自動巡檢儀的設計與實現

重慶涪陵電力實業股份有限公司 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，核對困難的現狀，本文通過研究大量常規變電站和智能變電站繼電保護定值輸出方式、現場變電站繼電保護通信結構及定值管理等，提出通過MMS通信和采集打印信息的技術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，從而實現對繼電保護定值自動巡檢的目的。

保護裝置是電力系統中保障電網安全穩定運行非常重要的二次設備，保護裝置的定值是實現電力系統繼電保護的動作判據的重要依據，是保護裝置進行邏輯判斷的主要參數，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。隨著大電網運行方式的實時變化，運行人員需要根據現場的運行工況不斷地對保護裝置的定值進行調整，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標準執行，智能變電站SCD(Substatio Configuration Description，變電站配置描述）文件包含了站內所有IED（Intelligent Electronic Device，智能電子設備）的模型、實例配置、通信參數及IED之間的信號關聯信息，智能變電站站控層設備之間采用以太網進行連接，站控層通信通過制造報文規范MMS（Manufacturing Message Specification，報文規范）實現交互，互操作性良好，給定值巡檢實用化提供了可能，但常規變電站通信規約及配置不統一，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，依據常規變電站繼電保護定值都有打印功能的特點，研究以常規保護裝置打印輸出信息為基礎，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構，設計定值模型生成系統、MMS通信系統、定值打印系統、自動比對系統、巡檢結果生成系統等實現智能變電站和常規變電站的繼電保護定值自動巡檢。

1 巡檢系統的需求與功能

1.1 需求分析

根據定值巡檢和比對要求，由于智能變電站和常規變電站結構和通信方式的不同，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，定值單內容與SCD配置文件建立關聯，啟動MMS通信系統系統，自動召喚裝置定值和軟壓板，逐一與定值清單比對，比對結果不一致以紅色顯示；針對常規變電站,啟用保護裝置打印輸出功能，接收打印信息依據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，通過巡檢結果生成系統生成巡檢報告存檔。

1.2 系統的功能

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

（1）定值模型生成系統。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、子網掩碼)、裝置層配置(包含數據集，通道名稱，IEC61850數據路徑，數據類型)，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聯關系，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。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，召喚值寫入實時數據庫。

（3）定值打印系統。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ESC/P編碼解析出整定值，寫入實時數據庫。

（4）自動比對系統。載入實時數據庫，根據整定值、當前值、數據類型，比對定值項，比對結果再寫入實時數據庫。

（5）巡檢結果生成系統。遍歷實時數據庫，以裝置為單位，統計比對不一致項，生成Pdf格式的巡檢結果報告。

圖1 系統功能框架

圖2 系統執行流程圖

1.3 系統的執行流程

導入SCD配置文件、定值清單，建立兩者關聯關系，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，生成比對結果報告。系統執行流程如圖2所示。

2 關鍵技術與實現

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，具體實現方式是，逐行掃描，檢查是否是合并單元格，如果是，提取行關鍵字，再繼續向下掃描，檢查該行每列關鍵字，是否模糊匹配“序號”、“定值名稱”、“整定值”，如果匹配關鍵字正確，則繼續往下掃描，掃描每列內容對應相應的”序號”、“定值名稱”、“整定值”，以樹狀態形式呈現掃描內容，再通過行關鍵字，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鍵字中的“高壓側”、“中壓側”、“低壓側”；軟壓板項中的整定值的“投入”和”退出”關鍵字，則要轉化成通信能夠識別的“1”和”0”。

2.2 OCR文字識別技術

針對PDF格式的定值清單，則需要采取OCR文字識別技術，目前OCR開發包較多，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

主要采用SISCO公司的MMS-EASE Lite開發包，這是當前世界主要電力自動化廠商都在使用該開發包，用于實現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。

建立IEC61850與MMS對像的映射和服務映射，IEC61850的服務器、邏輯設備、定值組控制塊、數據集，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

常規變電站內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的打印機都可以使用，而與打印機的機種無關。

ESC/P的結構：在ESC/P在處理資料的分類上，有標準處理系統(拉丁文字語系)及非英文處理系統(中文、日文、韓文...)，后者在中國是指中文處理系統，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、數字及圖形碼的控制，在各種處理系統均有高版本低版本的階梯性構造。而標準處理有自己獨立的一套ESC/P版本，稱為ESC/P標準規格。而中文處理系統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，接收打印機輸出數據，依據ESC/P編碼和保護定值打印格式，解析數據，形成關于定值名稱、定值值的標準數據。比對界面如圖1所示。

3 系統應用實例

本文研發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備模型，再建立繼電保護設備與定值清單關聯，程序自動導入全部定值清單。

（2）巡檢儀網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，自動比對巡檢數據。

（3）巡檢完成后，自動生成巡檢結果。

3.2 某110kV常規變電站應用實例

（1）導入定值清單，自動建立裝置名稱和定值內容。

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

（3）打印完成后，自動生成巡檢結果。

過去的定值巡檢工作，現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，從技術上改變了巡檢工作存在的問題，實現了巡檢工作的自動化，提高了核對效率，節約了人工成本，減少繼電保護設備運行風險。

4 結語

本文研發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，采用了基于關鍵字和樹形結構識別技術；針對PDF格式的定值單采用了百度AI開放平臺的OCR技術，并配合糾錯庫，實現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開發包，能與不同廠家、不同型號的繼電保護設備穩定通信，互操作性良好；針對常規變電站采用了繼電保護打印和ESC/P編碼技術，解決了過去常規變電站協議眾多、互操作性差、通信不穩定、通信點表需要手動配置等問題，同時采用自動化技術實現了定值的自動巡檢，減少了人工干預，降低出錯率，從而提高工作效率、節約人工成本，極大提高了繼電保護設備的安全運行。