智能變電站光纖虛實回路可視化對應方法研究

王 晴 程思舉 龍進彬 尹雁和

（廣東電網有限責任公司中山供電局）

0 引言

ⅠEC 61850基礎下的智能變電站，和傳統變電站的區別是二次設備信息的傳輸是由光纜實現的，更加高效準確，替代常規變電站的二次回路電纜。光纜信號傳輸的特點是由原來的單一信號傳輸升級成現在的多路信號光纜傳輸［1］。二次系統是由二次設備以及其回路構成，通常的變電站都的二次系統都采用控制電線，因此其物理以及邏輯回路是一致的，通過物理鏈接圖就能夠將其二次系統中設備之間的鏈接關系反映出來；智能變電站與之有很大的區別，最顯著的特征就是其使用的是SPCD文件中描述的電站配置。智能變電站配備自動化系統，當中的智能裝置鏈接關系，這部分包括的內容即為虛回路與虛端子的對應關系。虛回路處于智能變電站的通訊設備中，信息的傳輸是需要在通訊設備中的物理回路進行交互完成的，二次系統在此過程中轉變為“黑箱”，此時就建立起了物理回路與邏輯回路的映射關系，二次系統的運維檢修工作難度加大。

1 光纖建模及編碼技術手段存在問題

光纖的物理回路問題目前解決的技術手段主要有光纜清冊、光纖尋地址、手動校核等，但這些還存在一定的局限性：（1）傳統變電占中光纜清冊中еxcеl文件、圖紙設計等難以和智能變電站中SCD模型進行匹配、融合，同時也就不能夠和系統中的物理鏈路配對；（2）光纖尋址，這部分系統假如碰到智能變電站進行交換聯機時，就不能夠將清晰的物理全路徑梳理出來，從而導致工作出現大量誤差；（3）手動校核，對于龐大的工作量，人工校對的方式就會耗費大量的人力、物力，耗時耗資源。

智能變電站要通過光纖回路中虛實回路對應從而實現可視化，最有效的方式就是把光纜清冊中的設計圖紙中的各設備間的連接關系，實際應用到建模當中，這樣就可以構建其智能變電站中的物理回路對應的SCPD配置文件，完成這部分內容后再利用圖論深度遍歷算法，構建SCPD配置文件中物理回路與SCD配置文件中邏輯鏈路的聯系，使二者能夠有效匹配，成功匹配后就可將智能變電站中光纖的虛實回路實現可視化的物理全路徑檢索出來，建立起實回路與虛回路之間的映射關系，提供虛實回路產生映射的有意義數據，變電真的維護工作效率得到進一步提升。

2 圖的深度遍歷算法

SCD配置文件與SPCD配置文件中邏輯回路與物理回路的匹配及映射關系的建立，需要通過圖的深度遍歷算法進行對所有輸出及輸入設備間的物理鏈路進行遍歷才可實現，該算法的基本遍歷思路如下：確定某起始節點a0，并將其作為遍歷的出發點，并在鄰接矩陣及訪問標識數中把已經被遍歷的節點檢索出來，同時標識數組實時記錄著未被遍歷的各節點；遍歷過程中出現某個ak時，就說明訪問標識數組總匯的各鄰節點全都被記錄，如此光纖就被全面遍歷，對于未被遍歷的節點就需要進行重復遍歷的操作使之完全被遍歷，圖的深度算法如圖1所示。此算法主要是對物理節點與拓撲關系的鏈接層級進行管理，并以樹狀擴散的形態搭建節點間與拓撲鏈接，實現可視化，再使兩個端點位置間節點的樹狀鏈接關系為基礎，進行網絡拓撲描述［2］。

圖1 圖的遍歷算法

2.1 圖的遍歷算法基礎上的“虛實回路對應” 分析

有圖論深度遍歷算法的支持后，建立智能變電站中光纖虛實回路的對應關系，還需要設計圖紙中設備連接關系和物理建模等功能支持，從而建立起智能變電站實現可視化所需的SCPD配置文件中的物理回路。構建起物理回路后就可利用全路徑深度遍歷算法，使之與SPCD配置文件中的邏輯鏈路匹配，以此實現光纖虛實回路映射關系的有效建立。SPCD文件讀取如表1所示。

表1 SPCD元素及屬性定義

SCD配置文件中描述的物理回路未體現信息的方向性，在智能變電站中，相關裝置端到端的物理回路端到端的物理回路實兩條互為反方向的單一回路組成，在其端與端的信號傳輸時，信息的傳輸是由兩條不同的單方向回路完成。裝置中的發送與傳輸端口是獨立、單向的。所以為物理回路更加準確的描述，采取雙向建模的形式描述物理回路［3］。具體如下：（1）有光配的情況下：裝置/交換機Tx端口編號@跳纖編號@ODF光配端口；光纜編號；跳纖編號@ODF光配端口編號@裝置/交換機Rx端口編號；（2）無光配時：裝置/交換機Tx端口編號@跳纖編號@裝置/交換機Rx端口編號。經過各條物理回路展開建模，是物理回路同時具備電（光）纜編號以及兩側途徑光配、裝置、內部纖芯等所有能夠與物理回路相關的信息。

2.2 檢索設備之間信號流向的物理路徑

實行有效的圖論深度遍歷算法的關鍵環節，就是檢索拓撲的物理節點，智能變電站通過二次系統進行信息傳輸，因此其物理節點就是裝置的信息接收與信息發送端口，這部分主要包括光配、智能電子設備、交換機等。智能變電站的各個設備、交換機、光配等裝置各自鏈接的網絡拓撲及其所展示的節點圖示各不相同，因此對不同裝置、不同節點所使用的深度遍歷算法是各不相同的。最顯著的區別就是各裝置信息的發送及接收端口，進行遍歷時通常都會選取裝置的接收端口為起始節點。并且智能變電站的信息傳輸并不是單一、單向的傳輸，而是多流向的，因此要區分信息傳輸的流向，避免數據信息錯誤傳輸的現象出現，所以其鄰接矩陣不是對稱的；配線架就可建立多節點的鏈接通道；交換機是多個和設備鏈接的節點集合，所以設備都不是單一節點，集合的鏈接關系由轉換機級聯體現。綜上所述，對各物理節點進行遍歷時需注意對不同類型的裝置端口區分。如以下物理路徑的信號流向為例：

（1）信息發送及接收端口A與B必須建立虛實對應關系，才可確定物理鏈路接收端口B。

（2）接收裝置端口的物理鏈路需要結合SPCD文件中的具體描述來確定，對連線實時記錄，對端的端口以及其對應設備（信號發送的設備）。

（3）情況檢查：①信號發送設備為光纖配線架、②信號發送的設備為二次設備、③信號發送設備為交換機。

（4）若涉筆為交換機，就需要遍歷其接收的端口，接著將此交換機當做接收裝置，被遍歷的端口為信息接收端口。

（5）若遍歷光配設備，就可將其作為接收裝置，儀器發送端口當做接收的端口，按照相關步驟繼續檢索。

（6）若為智能電子設備，即刻判斷其否為設備A，再檢查此設備的發送端口屬性是否屬于當前檢索的鏈路信號（SV/GOOSE），若兩個條件都滿足，就表示檢索完成；如果不滿足。就需要按照記錄的路徑返回，返回時，遇到交換機出現未被遍歷的端口時，就需要將此端口作為接收端口，才可進行下一步操作。假如直接略過未被遍歷端口直接返回到裝置A中，就會出現無可關聯物理路徑的狀況［4］。

3 “虛實回路對應”算法應用工程實例

上述提供的通過圖論深度遍歷算法建立起光纖虛實回路對應的方法，實際的相關技術已經得到了試應用變電站的使用，并取得了較好的應用效果。220kV祖寺對智能變電站SPCD配置文件中所描述到的小室、插件、電站屏柜光纜信息等數據信息進行了可視化展示，這些裝置信息以層級的方式展示試應用變電站的板卡、屏柜纖纜、跳纖信息等端口，和端口的物理鏈路結構延伸描述，對其查詢的方式同樣是以分級的方式進行，加深對各端口的認識。光纖回路的信息還能夠以掃描二維碼的形式獲取，方便查閱，設備信號傳輸的全路徑得以實現［5］。

在圖論深度遍歷算法支持下建立的虛實回路映射關系，使得虛回路與實回路之間可以實現相互檢索，技術人員不僅能在物理回路中查閱其承載的數據信息，還能夠在虛回路中檢索相對應物理回路的全路徑。例如當系統中出現跳閘的信號時，就可在虛回路中檢索并查閱物理回路中出現的挑戰信息，不僅能夠有效處理問題，還能夠提升工作人員的工作效率，能夠精準發現并高效解決問題。智能變電站的光纖虛實回路建立對應關系后，二次系統軟件中描述相關設備的模擬間隔擴建輔助、斷纖輔助、安措實施等，為促進光纖回路信息的互換提供技術支持。試行點的“虛實回路對應”可視化工程實例如圖2、圖3所示，模擬拔光纖相關事件如表2所示。

表2 事件列表

圖2 220kV線路PCS保護裝置

圖3 虛實回路對應關系

試應用變電站在開展日常的維護工作時，提前做好安全措施。例如，在拔光纖時應進行提前預演，通過預演的實際情況分析執行改操作可能會出現的狀況與影響，并與安措信息進行詳細的校對，對安措信息的對錯進行判斷，確保變電站的運維工作安全、有效、靠譜，增強維護工作的保障性。擴建變電站就要更新相關系統、裝置的配置，這時就需注重新舊SPCD配置文件間的對比，預判出影響變電站有效運行的光纖回路節點，同時把已變更的設備標識、標簽打印出來，起到提示、警示的作用，確保變電站安全運行，提高變電站擴建效率，精準解決問題。

4 結束語

綜上所述，本文提供了圖的深度遍歷算法在智能變電站構建光纖虛實回路對應的方法，有效將SCD邏輯鏈路與SPCD物理鏈路進行關聯、匹配。結合移動終端的技術集成從而實現變電站信息的可視化視圖，補充了光纖回路等建模、信息自動化、智能化等方面的技術空缺，促進智能變電站中自動化系統、智能系統的升級，運維檢修工作效率由此提升，可見光纖虛實回路可視化在智能變電站的管理中有廣泛的應用前景。