基于XML的智能變電站二次電回路建模與解析方法

石 慧，翁惠廉，王永升，王浩宇，李 巖，張克聲

(1.國網江蘇省電力有限公司揚州供電分公司，江蘇 揚州 225002；2.揚州浩辰電力設計有限公司，江蘇 揚州 225002;3.武漢映瑞電力科技有限公司，湖北 武漢 430074；4.貴州理工學院人工智能與電氣工程學院，貴州 貴陽 550003)

0 引言

傳統變電站到數字化的智能變電站的轉型過程中，采用了大量光纖替代二次回路電纜，將二次硬回路轉變為二次虛回路[1]。然而，智能組件到機構開關之間的二次電回路仍采用物理電纜方式連接，缺乏相關的模型語言加以描述，而只能采用常規的CAD圖紙來展示，缺乏相應的二次電回路數字化建模和解析方法[2]。這會導致二次電纜回路信息不可視化和現場實際回路與原理圖內容不符等問題，從而嚴重影響運維人員的判斷，極大地降低其工作效率和故障排查的準確率[1,3]。

本文通過可擴展標記語言XML(Extensible Markup Language)定義變電站二次電回路中的裝置、元器件、端子、節點和電纜等模型格式；對每一個電回路指定一個電源節點為起始點，確定每一副節點的所屬類型(包括開入、開出、模入和電源)，生成XML格式的二次電回路模型文件；對模型文件中各電源節點間連接的回路進行解析檢索，記錄下每條電回路的相關信息，最終生成二次電回路信息的可視化展示圖，實現智能變電站二次電回路的數字化XML建模和解析工作。

1 二次電回路XML模型定義

XML具有顯示和數據分開，利于結構化的描述信息，嚴格的語法要求，以及優越的可讀性和維護性等特點[4]。本文借鑒光纖物理回路模型(SPCD)思路[5-6]，采用XML格式定義SPCD中屏柜、裝置模型的屬性，并增加了電回路的對象模型，包括各類元器件、端子、節點、屏內接線和短連片、屏間電纜。

a.元器件模型。定義為SPCD文件中的單元UNIT元素，智能電子設備名字iedName為空，在class類型屬性中增加“TERMS-端子排”、“Enable-壓板”、“AirSwitch-空開”、“Light-指示燈”、“Button-按鈕”、“TransferSwitch-轉換開關”、“Power-電源”等表示電回路中的元器件設備；對于不區分板卡的元器件，其板卡Board元素的插槽slot編號元素始終為“1”，對于端子排，其Board元素用于描述端子排中的每一個端子段。

b.端子模型。電回路中都是采用端子連接，端子模型均定義為SPCD中的端口PORT元素，其方向direction屬性為“RT-收發”，接口類型plug屬性為“無”特殊類型。

c.節點模型。在SPCD文件的Board元素下新增節點PNode子元素用于標識節點，定義的節點類型包括開入節點、開出節點、模入節點、電源節點，并加入設備描述文本desc和標注節點端口的名稱。

d.屏內接線和短連片模型。電回路連接中使用的屏內接線和短連片定義為SPCD文件中的柜內線芯IntCore元素，在跳線類型type屬性中增加“DTX-電跳線”和“TLP-短連片”。

e.屏間電纜模型。電回路連接中使用的屏間電纜定義為SPCD文件中的電纜Cable和線纜線芯Core元素，在Cable元素的type物理線纜類型屬性中增加“DL-電纜”，Core元素中的portA和portB屬性所引用的端口均為各類元器件模型下描述的端子模型。

2 二次電回路建模

通過定義的節點類型完成整條二次電回路建模。節點由2個端子構成，包括開入、開出、模入和電源節點，在建模過程中將裝置、各類元器件中的節點或端子通過電纜連接，形成一個完整的回路，并給每個回路接入唯一的1副電源節點，其實現流程如圖1所示。

圖1 二次電回路建模流程

a.建立屏柜和裝置模型。根據SPCD建模規范對變電站內的屏柜和裝置進行建模，建立屏柜和裝置模型，包括名稱、型號等屬性。

b.建立元器件模型。根據屏柜內配置的元器件，建立元器件模型，包含屏柜端子排、空開、壓板、電源、指示燈、傳感器和轉換開關等，模型中包括名稱、型號等屬性。

c.建立端子模型。根據裝置和元器件的端子數量，建立端子模型，對于區分板卡的裝置和元器件，首先建立對應的板卡信息，如電源、開入、開出、采樣、端子段等板卡，對于不區分板卡的元器件，默認建立1塊板卡，之后在板卡上建立端子模型，包括端子名稱和序號等屬性。

d.建立節點模型。根據端子內部連接關系建立節點，當2個端子間存在內部回路或繼電器能夠使其斷開或閉合時，將這2個端子定義為1副節點，當多個端子需要與同一個公共端間定義為節點時，則在模型中創建多個節點信息。

e.建立電回路模型。選擇一個起點端的電源節點(如：互感器接線盒中的電流或電壓類型的電源節點)，從選擇電源節點的正極端子開始，依次連接整個電回路需要經過的端子;根據2個端子間使用的電纜類型，分別創建屏內接線和短連片、屏間電纜及其纖芯，使用屏內接線、短連片或電纜纖芯連接兩側的端子；當連接到一側端子為1副節點中的端子時，選擇該副節點的另一個端子繼續該電回路中剩余的連接建模;當連接到的端子為起點端電源節點中的負極端子時，則完成了整條電回路的建模;當1副電源節點間的電回路中存在多條路徑時，則重復之前的操作，直至所有電回路的相應模型建立完成。

當各子模型建立完畢后，存為XML文件格式，從而完成整個二次電回路的建模工作。

3 二次電回路解析

一條完整的二次電回路的解析過程是以每一副電源節點為回路的起點和終點，即從電源正極開始依次識別和記錄連接的各個端子信息，直至到電源負極端子結束。

a.解析電氣連接信息。解析變電站電回路模型文件，遍歷出其中所有的屏柜，依次選擇每一個屏柜，按屏柜解析電氣連接信息，根據每根屏內接線和短連片、或屏間電纜及其纖芯，記錄屏內接線和短連片以及屏柜電纜纖芯兩側的端子信息。

b.解析屏柜端子及節點信息。依次選擇每一個屏柜，遍歷選中屏柜內的所有端子，記錄其名稱，遍歷屏柜內所有的節點信息，記錄每副節點的類型以及節點中的2個端子名稱。

c.解析電回路信息。依次選擇每一個屏柜，若屏柜內存在電源節點，則從該節點的正極端子開始搜索，在電氣連接信息中搜索出與該正極端子連接的對側端子信息，若對側端子不屬于任何節點，用對側端子名稱在電氣連接信息中搜索與之連接的下一級對側端子；若對側端子屬于節點，則根據節點信息，獲取節點中跟另一個端子的名稱，用另一端子名稱在電氣連接信息中搜索與之連接的下一級對側端子；當在電氣連接信息中搜索到的對側端子是起點電源節點中的負極端子時，該條電回路搜索結束；記錄該電回路所經過的所有端子、節點、屏內接線和短連片、屏柜電纜纖芯的名稱信息，完成電回路搜索。

d.完成解析。當所有屏柜中的電源節點都完成了電回路搜索，并記錄下每一條電回路經過的所有端子、節點、屏內接線和短連片、屏柜電纜纖芯的名稱信息后，即完成了整個變電站電回路模型的解析。

4 實際應用案例

利用本文二次電回路建模與解析方法，開發了能融合二次物理回路SPCD的建模設計軟件，并在揚州110 kV氾水變電站進行了試點應用。

首先，進行設備建模，建立相應的小室、屏柜、設備、板卡和端子信息，根據設計需求將元器件節點相互連接，建立電回路的XML模型文件，定義了揚州110 kV氾水變110 kV GIS室線路智能控制柜內，從端子排1QD1-4端子，連接至線路合智一體X11板卡的A-B端子，以及線路保測一體X3板卡的A-B端子的二次電回路模型。該模型節點層級包括：變電站Substation節點，描述工程信息，含有名稱name和描述desc屬性；小室Region節點，描述站內包含的小室與場地信息，含有名稱name、描述desc和戶外場地area屬性；屏柜Cubicle節點，描述屏柜信息，含有名稱name和描述desc屬性；設備Unit節點，描述柜內設備信息，含有名稱name、描述desc、廠家manufacture、類型class和型號type等屬性；板卡Board節點，描述設備的板卡信息，含有板卡號slot、型號type和描述desc屬性；端口Port節點，描述端口信息，含有端口序號no、描述desc、方向direction和接口類型plug屬性；屏柜內線芯IntCore節點，描述柜內線芯連接信息，含有名稱name、線芯型號type和兩側端口portA、portB屬性。

建立的XML模型部分示例如下：在Substation節點描述“揚州110 kV氾水變”()；在Region節點描述“GIS室”()；在Cubicle節點里描述“110 kV GIS室線路智能控制柜”()；柜內的Unit節點定義了端子排類型()；在Board節點下定義1QD端子排板卡()；在Port節點下描述1QD1-4端子()；在IntCore節點中描述該端子連接至線路合智一體X11板卡的A-B端子，以及線路保測一體X3板卡的A-B端子的二次電回路()。

其次，對建立的模型文件中所有的電源節點間連接的回路進行解析檢索，按屏柜展示端子排信息，以及端子排間的電纜線芯連接關系，開始依次識別和記錄下連接電回路中各個端子信息，進而生成如圖2所示的可視化二次電回路信息。

圖2 解析后生成的可視化二次電回路信息

在以往變電站運檢維護中，工作人員是通過電力設計院CAD繪制后打印出的紙質藍圖查找二次電回路相關信息。這導致工作人員需要查閱大量分散且煩瑣的紙質圖紙，并通過端子排圖與實際接線進行反復對比，才能確認相關信息而進行相應的運維工作。這種高度依賴運維人員專業知識和行業經驗的工作方式，不僅效率低下，而且當二次電回路拓撲關系復雜時，極易造成二次電回路的漏檢和錯檢，而導致電網運行事故。在揚州110 kV氾水變實際應用中，利用模型可視化軟件，避免翻閱紙質圖紙的煩瑣過程，且經過二次電回路軟件自動解析而確保錄入二次電回路信息的準確性；運維人員現場可通過可視化軟件迅速查找到所需的回路信息，將查詢時間從至少分鐘級縮短至秒級，同時還保證查詢結果的正確性，也降低了對運維人員專業知識和行業經驗的要求。另外，在建模過程中還可根據實用需求，對元器件節點進行連接和修改，從而修訂現場CAD藍圖由于節點過多而導致的人為繪圖錯誤，進一步保證了變電站二次電回路信息的準確性。本文經解析后所建立的可視化二次電回路模型可與二次物理模型SPCD文件相互對應和融合，即在設計軟件中可生成SPCD文件，也可生成描述電回路的XML文件模型，完成了二次電纜回路信息模型與物理模型的關聯，為智能變電站的智能診斷與智能運維奠定了基礎。

5 結束語

本文針對目前智能變電站二次電回路只能通過CAD圖紙的方式表達，無法與物理回路模型相互匹配的問題，提出了一種基于XML格式的二次電回路建模與解析的方法。對電回路中的裝置、元器件、端子、節點和電纜等定義了XML格式的描述模型；通過定義的節點類型完成了屏柜和裝置模型、元器件、端子、節點，直至整條電回路模型的建立；從1副電源節點的正極開始依次識別和記錄連接的各個端子信息，到電源負極端子結束而完成整條電回路的解析檢索，最終生成可視化的二次電回路完整信息。從而解決了智能變電站二次電回路拓撲關系復雜，無法清晰建模表達和難于用軟件解析的問題，完善了變電站二次回路的模型體系。在實際工程應用中，可有效解決現場二次電纜回路與CAD圖紙不一致、無法有效查閱二次回路信息和無法有效可視化展示等問題，提高了智能變電站二次電回路運維信息的準確性和數字化表達，從而促進了智能變電站信息化技術的發展。