基于模板的繼電保護智能傳動技術的研究應用

魏藝君，熊守江，顧工川

（國網江西省電力有限公司超高壓分公司，江西 南昌 330000）

0 引言

隨著變電站智能化二次設備應用技術的逐步成熟，智能變電站的加速建設，智能化二次設備及系統的調試效率與二次班組工作承載力的矛盾日益突出，目前仍采用傳統人工手動調試、手動記錄報告等方法，無論是對變電站現場定檢消缺工作或是變電站基建工程二次專業驗收等工作在效率上都造成較大約束，且繼電保護傳動調試過程涉及邏輯計算及二次回路識圖，對現場二次繼電保護員的技術水平及工作經驗有較高要求，故在現場實際工作過程中易發生因錯誤調試或邏輯驗證失誤出現的缺陷或隱患，繼電保護傳動調試的效率和質量問題突出[1-2]。

國內外對繼電保護智能傳動的研究僅停留于針對特定保護裝置型號的自動測試，基于特定的測試場景或繼電保護設備定制，并不具備通用性，一旦測試對象、測試要求、測試結果等出現變化，自動測試模板就不再適用，仍需回到手動測試的方式來完成差異化的測試任務，局限于單一的作業工作，測試功能零散、單一，缺乏系統化、標準化測試思路，自動化水平低，無法有效支撐大規模智能變電站高效運維及檢修測試需求[3-4]。對此，文中提出一種基于模板的繼電保護智能傳動技術，通過研究使用保護定值自動匹配及校核技術，建立保護配置信息模板庫，實現保護定值與信息模板庫定值條目的自動匹配，根據調試策略智能生成實例化靈活組態模板，實現現場測試內容及生成調試報告靈活適配，兼容人工確認與自動測試項目，提高現場檢驗、驗收效率[5]。

1 繼電保護傳動試驗原理

繼電保護裝置作為電力系統“三道防線”之一，對繼電保護裝置的校驗對發現并消除電網安全隱患起著至關重要的作用。現場結合停電計劃通過繼電保護試驗儀輸入故障電流、電壓量模擬電力系統各類故障，驗證繼電保護裝置在各類故障情況下動作邏輯無誤[6-7]。傳動試驗即模擬變電站正常運行過程，帶斷路器開關實際動作，進一步校驗二次保護裝置與一次設備的動作配合。根據電網“九統一”設計規范，繼電保護裝置二次回路出口遵循邏輯判別，且實現相同功能的保護裝置出口邏輯大致相同且計算原理統一，其中保護程序結構框圖可表示為圖1 所示。

圖1 繼電保護裝置程序框圖

如圖1 所示，進行繼電保護傳動試驗前需根據不同類型保護裝置實現的不同功能，查閱相關定值信息進行邏輯計算，將計算結果作為輸入量使相應繼電保護正確動作，并做對應記錄形成調試報告，目前多依賴于現場技術人員手動計算及調試。

2 基于模板的繼電保護智能傳動技術研究

對于繼電保護設備的傳動試驗調試，如線路保護的整組回路測試，聯動信號測試，開關動作結果、關聯保護聯動結果、監控后臺信號觸發、錄波結果、網分記錄等，部分測試條件的檢查、測試信號的檢查目前仍需要依賴于人工進行，且由于現場繼電保護傳動校驗不同于單體測試，測試項目的靈活多變導致很難有統一的測試用例，即使是相同的測試項目也可能存在不同的測試要求、需要檢查不同的測試數據，使得傳動試驗難以固化測試用例，智能測試的實現異常困難，調試報告也因繼電保護調試功能不同或繼電保護裝置不同而存在差異，導致基于固定測試用例形式生成的模板也難以滿足測試報告的要求[8-9]。對此，提出一種基于模板的繼電保護智能傳動技術，實現應對不同情況繼電保護傳動試驗的“一鍵式”智能傳動。

2.1 建立靈活繼電保護模板組態

根據繼電保護傳動試驗流程，需建立自適應不同保護裝置及不同保護功能的調試模板組態及報告模板組態。

調試模板組態通過靈活編輯的方式生成調試模板，不再通過繼電保護試驗儀固化調試模板，根據可能的傳動調試內容及功能，梳理需要使用的數字信號，統一按照設備形式進行建模，以設備為對象形成一個中間數據庫。根據特定的傳動任務，整理傳動試驗對應要求要點，確定每項傳動子項目需要滿足的前提條件、需要施加的信號狀態、需要檢查的動作結果，然后通過中間數據庫中的信號完成對應的測試用例配置，最終形成完整的測試用例。該測試用例不基于特定的SCD 文件信息，也不基于固定的算法，保證了測試用例的可擴展性和通用性。報告組態可根據調試報告數據內容等自動生成統一格式的模板，將調試模板數據以靈活組態方式導入報告表格，以此保證調試報告的高適配性和可用性。模板組態生成的基本原理可用圖2 表示。

圖2 模板組態生成技術原理框圖

2.2 保護定值自動匹配及校核技術研究

繼電保護傳動試驗過程中，對應不同繼電保護校驗功能，需使用不同繼電保護裝置定值進行計算校驗，通過建立PaddleOCR 模型實現檢測定值清單或召喚定值庫中文本，并識別其中的文本信息，搭建CLIP 模型將文本及對應數值信息進行編碼，將經核對確認的定值信息導入計算程序，由檢測代碼識別并完成自動核對通過建立保護裝置配置信息模板庫，以此實現保護裝置定值與信息模板庫定值條目之間的自動匹配及校核[10-11]。通過導入SCD 文件，選擇待測IED 以及對應測試模板，程序自動識別并查找此IED定值對應定值庫中的標準定值，進而根據調試模板中的定值修改項進行測試模板實例化。當繼電保護試驗儀與保護裝置通訊時，獲取保護定值并自動計算測試參數，實現測試項目的實例化，定值校核原理可用圖3表示。

圖3 保護定值自動校核原理示意圖

2.3 智能“一鍵式”傳動技術研究

通過以上靈活模板組態的生成以及自動獲取校核定值技術的研究，可實現“一鍵式”的繼電保護智能傳動功能，首先使用具備建立模板組態及獲取定值校對功能的自動測試軟件與繼電保護試驗儀適配，智能傳動調試軟件記錄繼電保護試驗儀的輸出指令與計算結果，使用IEC61850標準通過MMS通信協議完成與繼電保護裝置的通信連接，智能傳動調試軟件通過記錄繼電保護試驗儀的數據輸出與計算結果[12-13]，并通過相應通信協議與靈活組態模板獲取繼電保護裝置動作報文、節點變位等信息，繼電保護智能傳動軟件軟件貫穿智能傳動全過程，由繼電保護裝置邏輯計算保護至動作、信息獲取并生成調試報告，實現“一鍵式”繼電保護智能傳動智能化閉環調試。“一鍵式”繼電保護智能傳動測試系統結構如圖4所示。

圖4 “一鍵式”繼電保護智能傳動結構原理

智能傳動程序首先在自動建模流程中完成SCD文件導入以及信息的自動配置后，即可選定與被測保護對應的測試模板進行檢測，通過一致性檢驗，確認設備接線、通信配置正確，通過讀取裝置當前定值，自動計算出故障量并下發至底層測試儀，底層測試儀生成相應SMV、GOOSE數字信號發送給繼電保護裝置。并通過保護動作出口、動作時間、以及MMS信息來綜合判斷保護動作是否正確。最終輸出測試結果，執行完成一個測試項，以此類推完成所有測試，測試過程中將相關測試參數及測試結果填寫到事先規劃好的測試報告模板中[14-15]。智能傳動流程可用圖5表示。

圖5 繼電保護智能傳動流程圖

3 繼電保護智能傳動技術的應用

為將繼電保護智能傳動技術實現適應變電站現場的應用與推廣，提出一種基于模板的“一鍵式”自動化繼電保護裝置測試軟件，繼電保護智能傳動調試軟件具備各類繼電保護裝置不同功能板塊與相關參數配置、定值獲取與相應計算邏輯、輸出數據及報文提取、數據存儲與報告生成等板塊構成，以此實現繼電保護智能傳動程序標準化。同時設計基于模板的“一鍵式”自動化繼電保護裝置測試儀硬件系統架構，包括光數字測試功能單板、電壓電流功率源模塊、主電源模塊、前面板結構組件等。并將成果應用于現場進行實驗，統計實驗前后數據，驗證繼電保護智能傳動技術的應用價值。

3.1 智能“一鍵式”傳動技術研究

基于模板的繼電保護智能傳動測試儀包含軟件架構及硬件設計，繼電保護智能傳動軟件支持參數設置、調試模板組態生成、保護定值校核、保護功能測試、報告模板組態生成、測試數據展示。硬件包括主控制硬件組件、前面板硬件組件、開入開出硬件等，模擬電源電路采用單級設計，分散電流，提高散熱性能，數字電源電路用于給DIDO 板以及風扇電路等供電，可通過跳線選擇板載電源或者NET板輸出的電源，支持現場測試內容靈活組態和測試報告靈活組態，兼容人工確認與自動測試項目，能顯著提高現場檢驗、驗收效率。繼電保護智能傳動測試儀系統框圖如圖6所示。

圖6 繼電保護智能傳動測試儀系統框圖

3.2 繼電保護智能傳動現場應用

通過隨機抽取5 座500 kV 變電站進行繼電保護智能傳動測試試驗，對比使用繼電保護智能傳動技術與否各站的繼電保護調試時間，以5座變電站全站基建驗收繼電保護調試部分平均繼電保護調試時間為單位，統計數據如表1所示。

表1 繼電保護智能傳動技術應用對比表

如表1所示，使用繼電保護智能傳動技術，可將現場繼電保護調試時間由89.52人·天縮短至6.68人·天，實施繼電保護智能傳動技術應用效果顯著，可大大縮短現場繼電保護調試時間，提升工作效率。

4 結語

無論是變電站基建工程驗收亦或是繼電保護裝置定期檢驗、消缺等，繼電保護傳動調試試驗工作均貫穿其中并起著至關重要的作用，繼電保護傳動調試試驗需根據不同類型的繼電保護裝置及其不同的繼電保護功能，通過輸入相應繼電保護定值及投入相應軟硬壓板，經正確邏輯計算輸出相應故障模擬量完成相應測試，因此對現場繼電保護人員技術水平有較高要求，而實際上變電站各項工程仍依賴于人工計算與調試。此外，現有繼保測試儀中一鍵式自動測試模板用例都是基于特定的測試場景或繼電保護設備而定制的，并不具備通用性，一旦測試對象、測試要求、測試結果等出現變化，自動測試模板就不再適用，還是需要回到手動測試的方式來完成差異化的測試任務。文中提出一種基于模板繼電保護智能傳動技術，實現現場測試內容靈活組態及測試報告靈活組態，兼容人工確認與自動測試項目，經現場測試應用，使用基于模板的繼電保護智能傳動技術可大幅縮短現場繼電保護調試時間，提高現場檢驗、驗收效率。