基于手持式調(diào)試終端平臺(tái)的繼電保護(hù)即插即用技術(shù)研究

趙 璐，王 鑫

（1.國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003；2.國(guó)網(wǎng)葫蘆島供電公司，遼寧 葫蘆島 125000）

專論

基于手持式調(diào)試終端平臺(tái)的繼電保護(hù)即插即用技術(shù)研究

趙 璐1，王 鑫2

（1.國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003；2.國(guó)網(wǎng)葫蘆島供電公司，遼寧 葫蘆島 125000）

通過(guò)對(duì)智能變電站保護(hù)裝置即插即用技術(shù)的研究，解決其技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)智能變電站保護(hù)裝置即插即用功能，提高智能變電站保護(hù)裝置維護(hù)的便利性，減少檢修人員的維護(hù)工作量，提高工作效率；使用安全防誤、安全校核技術(shù)，提升安全性。

即插即用；繼電保護(hù)；手持式調(diào)試終端

隨著IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的推廣和微電子技術(shù)的發(fā)展，智能變電站已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。近年來(lái)，國(guó)家在智能變電站建設(shè)的投資規(guī)模不斷增加，電子式電壓電流互感器、合并單元、智能化一次設(shè)備的應(yīng)用，使基于IEC 61850的智能變電站數(shù)字化保護(hù)裝置日趨成熟，大量數(shù)字化保護(hù)裝置進(jìn)入運(yùn)行維護(hù)階段。

1 傳統(tǒng)保護(hù)設(shè)備與智能保護(hù)設(shè)備差異化比較

傳統(tǒng)保護(hù)插件軟硬件版本簡(jiǎn)單易控（硬件版本號(hào)＋軟件版本號(hào)），因此普遍采用單獨(dú)更換故障插件的消缺措施，圖1為存儲(chǔ)特定軟件版本的芯片。

圖1 傳統(tǒng)保護(hù)的消缺模式

數(shù)字化保護(hù)裝置取消了常規(guī)的模擬量采樣和跳閘信號(hào)硬接線方式，基本采用全數(shù)字化的SV采樣和GOOSE跳閘。保護(hù)裝置之間電纜接線大大減少，取而代之的是保護(hù)裝置之間以及和其他智能設(shè)備、通信設(shè)備之間的光纖鏈接。設(shè)備之間除了光纖鏈接外，也需要實(shí)現(xiàn)“虛端子”軟連接。目前各個(gè)廠家都是從SCD文件中導(dǎo)出各保護(hù)裝置的CID文件并下裝到相應(yīng)保護(hù)裝置中，從而完成保護(hù)裝置間的軟連接。

智能變電站在設(shè)備運(yùn)行維護(hù)方面缺少相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，特別是設(shè)備的運(yùn)行消缺，對(duì)運(yùn)維人員提出了較高要求。首先，數(shù)字化保護(hù)的各插件組成復(fù)雜，其插件由硬件、固件（類似操作系統(tǒng)）、配置文件（描述虛擬二次回路）3層構(gòu)成，特別是CID、goose.cfg等配置文件對(duì)應(yīng)于每個(gè)裝置的每個(gè)插件具有較大差異性（例如母線保護(hù)裝置的每個(gè)插件都只跳自己對(duì)應(yīng)的智能終端）［1］。因此在實(shí)際運(yùn)維過(guò)程中，往往要求在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際情況下裝相應(yīng)的固件及配置文件。智能化保護(hù)插件構(gòu)成如圖2所示。

圖2 智能化保護(hù)的插件構(gòu)成

以某公司數(shù)字化母線保護(hù)為例，介紹其所需的配置文件。由表1可知，其所需要的二次資源數(shù)量多、種類龐雜。現(xiàn)場(chǎng)灌裝對(duì)安裝文件的版本、順序、方式均有特定要求，因此對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平提出較高要求，也為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)帶來(lái)更高風(fēng)險(xiǎn)。

隨著智能站大量建設(shè)與投運(yùn)，下述問(wèn)題會(huì)逐漸暴露出來(lái)。

a.智能變電站規(guī)模建設(shè)運(yùn)行后，插件發(fā)生故障的次數(shù)會(huì)隨著投運(yùn)變電站的增加而增加，因此檢修人員的工作量也會(huì)大幅度增加。

b.考慮到檢修人員業(yè)務(wù)水平參差不齊，錯(cuò)誤的配置可能導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)，從而導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)的可靠性下降。為解決上述問(wèn)題，本文提出在智能變電站中更換插件時(shí)由系統(tǒng)自動(dòng)完成插件的配置、定值傳輸?shù)裙δ埽瑢?shí)現(xiàn)保護(hù)插件的“即插即用”。

本文研究保護(hù)裝置應(yīng)用技術(shù)，嘗試開發(fā)保護(hù)裝置一鍵備份恢復(fù)的手持式繼電保護(hù)調(diào)試終端，選定某一智能站為試點(diǎn)，將研究成果應(yīng)用后總結(jié)編制保護(hù)裝置手持式調(diào)試終端的技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提高變電站安全運(yùn)行的可靠性，減少維護(hù)工作量，實(shí)現(xiàn)減人增效。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與分析

本文擬開發(fā)基于手持式調(diào)試終端為平臺(tái)的智能設(shè)備配置管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱管理系統(tǒng)）。管理系統(tǒng)用來(lái)管理全站設(shè)備配置內(nèi)容，以物理設(shè)備為單位，創(chuàng)建一個(gè)個(gè)設(shè)備備份庫(kù)，內(nèi)容包括SCD、虛端子、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、保護(hù)代碼等。調(diào)試終端采用手持設(shè)備硬件，如圖3所示。

圖3 手持式調(diào)試終端

在智能設(shè)備投運(yùn)時(shí)通過(guò)該手持式部署工具包對(duì)智能設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)備份，保存于管理系統(tǒng)中；如果發(fā)生插件損壞、裝置故障等告警，備品備件到位后管理系統(tǒng)自動(dòng)將備份庫(kù)中內(nèi)容下裝到備品備件中。這一系列動(dòng)作有系統(tǒng)嚴(yán)格對(duì)比，保障更換的插件和設(shè)備投運(yùn)時(shí)配置相同，實(shí)現(xiàn)備用插件的“即插即用”。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.1 管理系統(tǒng)

2.1.1 系統(tǒng)框架

表1 某型數(shù)字化母線保護(hù)的二次資源

圖4 配置管理系統(tǒng)架構(gòu)

管理系統(tǒng)應(yīng)安裝在電網(wǎng)檢修中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)多個(gè)變電站保護(hù)裝置備份、維護(hù)、管理的功能。

本文中管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)對(duì)象是保護(hù)裝置的插件，可以實(shí)現(xiàn)將屬于單塊插件的程序和配置文件通過(guò)特定的目錄結(jié)構(gòu)組織和安全壓縮，形成一個(gè)插件級(jí)的軟件包［2］。

2.1.2 版本管理

在部署工具包生成插件軟件包時(shí)，會(huì)將軟件包中各組成部分的版本和CRC碼記錄在軟件包里。在提交到管理系統(tǒng)時(shí)，管理系統(tǒng)會(huì)根據(jù)軟件包內(nèi)部各組成部分的版本號(hào)，結(jié)合該插件的歷史版本號(hào)，重新生成一個(gè)新的版本號(hào)，并記錄該軟件包的提交日期。保證在管理系統(tǒng)中每個(gè)插件都會(huì)有一個(gè)包含各個(gè)歷史版本的軟件包隊(duì)列［3］。

2.2 部署工具包

部署工具包（以下簡(jiǎn)稱工具包）采用Ghost技術(shù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置中所有保護(hù)程序及配置文件的一鍵備份和恢復(fù)；另外工具包輔以定值（含壓板）離線編輯軟件，對(duì)集中保護(hù)裝置中的定值實(shí)現(xiàn)離線編輯、在線一鍵整定，在整定過(guò)程中使用差異對(duì)比等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)定值整定工作的快捷、準(zhǔn)確和高效。保護(hù)裝置備份及單插件恢復(fù)過(guò)程如圖5所示。

工具包包括2個(gè)部分，一是負(fù)責(zé)文件在線備份恢復(fù)、定值查詢整定的手持設(shè)備；另一個(gè)是定值離線編輯、瀏覽保存的離線編輯軟件。

從文件備份恢復(fù)和定值編輯整定角度看，軟件包涉及的關(guān)鍵技術(shù)在于：為了保證文件系統(tǒng)的安全性，手持設(shè)備作為專用設(shè)備與外界是物理隔離的，僅與保護(hù)裝置之間進(jìn)行文件交互。保護(hù)裝置的軟件清單是在產(chǎn)品定型階段，開發(fā)人員根據(jù)保護(hù)裝置的文件系統(tǒng)手動(dòng)編寫完整的軟件目錄，包括軟件平臺(tái)程序、保護(hù)目標(biāo)程序以及工程配置文件（如CID文件、NPI配置文件、定值參數(shù)文件等），是指導(dǎo)整個(gè)備份恢復(fù)操作的基礎(chǔ)性文件。當(dāng)裝置出廠時(shí)，手持設(shè)備基于軟件清單將各個(gè)裝置中的文件系統(tǒng)備份到手持設(shè)備中，并以裝置軟件包的形式錄入配置管理系統(tǒng)，進(jìn)行統(tǒng)一管理。

圖5 保護(hù)裝置備份流程和恢復(fù)流程圖（a）——保護(hù)裝置備份流程；（b）——保護(hù)裝置恢復(fù)流程

手持設(shè)備的備份操作應(yīng)包含2個(gè)層次：保護(hù)裝置出廠時(shí)，備份發(fā)布的保護(hù)目標(biāo)程序；而在工程調(diào)試階段，手持設(shè)備應(yīng)備份工程的配置文件，由于工程調(diào)試過(guò)程較長(zhǎng)，很多情況下，需要進(jìn)行階段性成果備份，這就牽涉到備份文件的版本管理。配置管理系統(tǒng)中增加版本管理，每次配置文件的更新自動(dòng)打上版本標(biāo)簽，保證版本的有效性。

為實(shí)現(xiàn)配置的便捷和高效，并防止誤操作及無(wú)配置等錯(cuò)誤的發(fā)生，工具包的手持設(shè)備中采用了IP自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。手持設(shè)備在待機(jī)情況下，屏保是鎖定的；當(dāng)用戶利用以太網(wǎng)線將手持設(shè)備與保護(hù)裝置前網(wǎng)口連接起來(lái)時(shí)，手持設(shè)備會(huì)啟動(dòng)IP搜索，并自動(dòng)識(shí)別出要操作的保護(hù)裝置。首先軟件包的文件系統(tǒng)進(jìn)行差異比較，標(biāo)示出差異比較的結(jié)果，接下來(lái)的備份操作則是將存在差異的文件從保護(hù)裝置中取出，重新添加到手持設(shè)備的軟件包中。差異比較的算法是，將保護(hù)裝置中的文件和軟件包中的對(duì)應(yīng)文件通過(guò)MD5校驗(yàn)并比較該校驗(yàn)碼，若不一致，則認(rèn)為此文件在保護(hù)裝置和手持設(shè)備之間存在差異。手持設(shè)備從保護(hù)裝置中獲取文件是通過(guò)FTP方式進(jìn)行，在獲取文件時(shí)進(jìn)行了用戶名和密碼認(rèn)證，保證操作的安全性。

恢復(fù)是備份的逆過(guò)程，所使用的技術(shù)與備份基本相同，操作流程也基本相同。唯一不同的是，在版本選擇窗口中，選擇的是要寫入保護(hù)裝置的軟件包版本。

由于能否將軟件包中指定版本的文件準(zhǔn)確恢復(fù)到保護(hù)裝置中，直接關(guān)系到保護(hù)裝置的安全可靠運(yùn)行，所以在軟件包的恢復(fù)操作上，手持設(shè)備使用了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)來(lái)保障寫入的安全。

軟件包恢復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)如下。

a.軟件包版本保證。每個(gè)版本的文件是相互獨(dú)立的，保證了數(shù)據(jù)源的安全性。

b.用戶權(quán)限保證。在使用ftp寫入時(shí)，因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置中文件系統(tǒng)的訪問(wèn)是通過(guò)用戶權(quán)限控制的，所以通過(guò)使用“用戶名＋密碼”的權(quán)限驗(yàn)證，保證不會(huì)寫錯(cuò)目錄。

c.可靠性保證。對(duì)寫入過(guò)程全程監(jiān)視，使用重發(fā)機(jī)制，保證傳輸過(guò)程的可靠性；同時(shí)，在寫入成功后，通過(guò)對(duì)比保護(hù)裝置中文件大小和最后修改日期等文件屬性信息，進(jìn)一步保證文件傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

d.定值管理。針對(duì)部分保護(hù)裝置定值多、整定核對(duì)工作量大的問(wèn)題，自動(dòng)部署工具的定值管理功能利用離線編輯、自動(dòng)識(shí)別、一鍵整定、自動(dòng)校對(duì)等技術(shù)，以一種快捷、準(zhǔn)確、高效的方式化解了繁雜的工作［4］。

恢復(fù)完成后，為了保證所更換插件的正確性，通過(guò)手持設(shè)備自動(dòng)對(duì)插件接口、程序、配置、定值、壓板進(jìn)行校驗(yàn)。對(duì)數(shù)據(jù)接口采用讀寫操作進(jìn)行驗(yàn)證；對(duì)程序和配置等文件和原始備份文件進(jìn)行對(duì)比，保證文件完全一致；對(duì)于定值和壓板需要從裝置讀取當(dāng)前值，然后和備份的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，保證數(shù)據(jù)的一致性。

保護(hù)裝置的定值管理功能由2個(gè)模塊協(xié)作完成，一部分是安裝在PC上的離線編輯軟件，它包括定值的離線編輯、定值單的分發(fā)和回收、定值單打印和保存等功能，另一部分是嵌入到自動(dòng)部署工具的定值管理模塊，它包括定值單的對(duì)比和寫入操作。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

手持式繼電保護(hù)調(diào)試終端無(wú)需任何網(wǎng)絡(luò)配置，將網(wǎng)線插入裝置調(diào)試口，終端能夠自動(dòng)識(shí)別出對(duì)應(yīng)的屏和裝置，確認(rèn)無(wú)誤后，可一鍵實(shí)現(xiàn)裝置的程序下載、定值讀寫、配置恢復(fù)等功能。實(shí)現(xiàn)了繁瑣配置工作的自動(dòng)化，消除了人為錯(cuò)誤的隱患。減少了變電站的運(yùn)行維護(hù)成本，從而降低變電站自動(dòng)化系統(tǒng)全壽命周期成本。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文核心技術(shù)創(chuàng)新方案符合國(guó)家電網(wǎng)公司智能變電站技術(shù)的發(fā)展方向，我國(guó)智能變電站數(shù)量眾多，投資巨大，項(xiàng)目實(shí)施成功后所帶來(lái)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益顯著，完全符合國(guó)家電網(wǎng)發(fā)展的戰(zhàn)略方針，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

［1］ 呂世霞.基于ARM的手持智能終端系統(tǒng)的研究［D］.天津：天津大學(xué)，2006.

［2］ 張幼明，高忠繼，黃 旭.智能變電站技術(shù)應(yīng)用研究分析［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（5）：15－16.

［3］ 殷建剛，尹 軍，余祥坤，等.智能變電站即插即用技術(shù)研究［C］.北京：中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集，2013：20－22.

［4］ 尤 存，張 宇.智能電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)的影響研究［J］.技術(shù)與市場(chǎng)，2012，19（8）：144.

Relay Protection Handheld Debug Terminal Platform Based on Plug and Play Technology Research

ZHAO Lu1，WANG Xin2
（1.Shenyang Power Supply Company，Shenyang，Liaoning 110003，China；2.Huludao Power Supply Company，Huludao，Liaoning 125000，China）

Intelligent substation protection plug technology is studied to the solution of intelligent substation protection device.Plug and play function is applied to intelligent substation protection device，improving the convenience of smart substation protection device maintenance，reducing maintenance workload of maintenance personnel，providing work efficiency.The use of fault preventing and se?curity checking technology is used to improve safety.

Plug and play；Relay protection；Handheld terminal debugging

TM774

A

1004－7913（2015）05－0001－04

趙 璐（1983—），男，學(xué)士，工程師，從事電網(wǎng)建設(shè)管理工作。

2014－12－09）