一種繼電保護(hù)裝置的數(shù)字化打印方法

馬小珍　楊熠鑫　劉志遠(yuǎn)　胡永春

（1. 國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司銀川供電公司，銀川 750000；2. 國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司，銀川 750000；3. 南京榮桓電力自動(dòng)化有限公司，南京 210000）

一種繼電保護(hù)裝置的數(shù)字化打印方法

馬小珍1楊熠鑫1劉志遠(yuǎn)2胡永春3

（1. 國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司銀川供電公司，銀川 750000；2. 國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司，銀川 750000；3. 南京榮桓電力自動(dòng)化有限公司，南京 210000）

本文簡(jiǎn)要的闡述了繼電保護(hù)裝置打印功能的重要性，并列舉了現(xiàn)有的就地化打印方式的不足和缺陷，根據(jù)現(xiàn)有繼電保護(hù)裝置普遍使用ESPON打印機(jī)實(shí)現(xiàn)打印功能的技術(shù)特征，提出了一種繼電保護(hù)裝置打印數(shù)字化的方法。該方法通過模擬打印機(jī)使得繼電保護(hù)裝置的打印功能正常運(yùn)行，并將接收到的打印信息存為文件，并使用ESC/P編碼對(duì)打印信息進(jìn)行解碼并轉(zhuǎn)存為PDF文件，從而實(shí)現(xiàn)打印數(shù)字化。該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，安全可靠，降低了維護(hù)成本提高了變電站自動(dòng)化的水平，亦符合變電站數(shù)字化、智能化的發(fā)展趨勢(shì)，非常具有實(shí)用價(jià)值。

繼電保護(hù)裝置；打印信息；ESC/P；打印數(shù)字化

繼電保護(hù)是關(guān)系著電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵［1］。繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展大致分為四個(gè)歷史階段：電磁型、晶體管型、集成電路型和微型計(jì)算機(jī)型。目前，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)型繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用已越來越廣泛。微機(jī)保護(hù)特有的記憶存儲(chǔ)功能可以通過人機(jī)接口（打印、顯示、通信）來很好的實(shí)現(xiàn)故障追憶和信息閱覽，極大的提高運(yùn)行管理效率。

自從微機(jī)保護(hù)出現(xiàn)以來，打印一直是其重要功能之一，即使發(fā)展至以IEC 61850為基礎(chǔ)的智能保護(hù)，打印依然無法被替代，經(jīng)過不斷的完善和發(fā)展，打印已是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的一項(xiàng)基本功能。但打印也有其固有缺陷，必須連接使用交流電的打印機(jī)，打印信息只能體現(xiàn)于打印紙上，而且必須到達(dá)保護(hù)屏柜前來獲取，不方便進(jìn)行二次或重復(fù)利用。因此，如何改變現(xiàn)有的打印模式，使其獲取更加方便，信息利用更加充分，非常值得深入研究。

1　打印的重要性及應(yīng)用

相對(duì)于微機(jī)保護(hù)的面板顯示來說，打印具有信息量大、方便攜帶等優(yōu)勢(shì)；面板顯示只能在保護(hù)屏柜前才能查看信息。相對(duì)于微機(jī)保護(hù)的通信來說，打印具有信息關(guān)聯(lián)度高、穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢(shì)；通信傳輸按照信息類別以點(diǎn)的方式進(jìn)行傳輸，信息點(diǎn)是離散的，關(guān)聯(lián)程度低。

在很多場(chǎng)合如調(diào)試階段，投運(yùn)階段和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行階段，都需要打印輸出，作為分析參考資料。

1）繼電保護(hù)檢修

每?jī)芍寥陮?duì)變電站內(nèi)所有繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行定期檢驗(yàn)［2］，內(nèi)容包括：裝置外部、絕緣、上電和逆變電源檢查，開關(guān)量輸入回路檢驗(yàn)，輸出觸點(diǎn)及輸出信號(hào)檢查，數(shù)模變換系統(tǒng)檢查，整定值的整定和檢驗(yàn)，傳動(dòng)試驗(yàn)等。每套裝置檢驗(yàn)完成后產(chǎn)生檢驗(yàn)報(bào)告，其內(nèi)容包括：動(dòng)作報(bào)告、定值清單（進(jìn)行定值核對(duì)）、傳動(dòng)報(bào)告、裝置采樣、版本信息等內(nèi)容，這些內(nèi)容都依賴于裝置的打印，檢修人員依據(jù)這些打印的報(bào)告核實(shí)檢驗(yàn)對(duì)象是否正確。

2）繼電保護(hù)動(dòng)作分析

當(dāng)繼電保護(hù)動(dòng)作后，為了校驗(yàn)動(dòng)作的正確性以及后續(xù)事故處理，需要產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作分析報(bào)告，其內(nèi)容應(yīng)包括動(dòng)作元件的啟動(dòng)時(shí)序和相別、起動(dòng)時(shí)刻的自檢狀態(tài)和開關(guān)量狀態(tài)、系統(tǒng)定值和軟壓板設(shè)置信息以及錄波圖信息等。這些信息只有通過繼電保護(hù)的打印功能才能系統(tǒng)有序的展現(xiàn)出來，而通過通信等方式提供的信息首先是離散的，如動(dòng)作信號(hào)、開關(guān)變位等信號(hào)，其次需要被動(dòng)召喚，如定值和錄波等信息，這都導(dǎo)致通過通信等方式獲得的信息只能用于了解狀態(tài)，而不利于進(jìn)行故障動(dòng)作的分析。

保護(hù)動(dòng)作分析報(bào)告需要在運(yùn)檢二次專責(zé)、地調(diào)（地方調(diào)度中心）、安監(jiān)（安全監(jiān)察處）和中調(diào)保護(hù)處進(jìn)行存檔，存檔分為紙質(zhì)報(bào)告和電子報(bào)告。紙質(zhì)報(bào)告使用繼電保護(hù)打印直接得來，而電子報(bào)告使用的卻是紙質(zhì)報(bào)告的影印版，而不是通過通信等方式得到的電子信息，這也從側(cè)面佐證了上述結(jié)論。

2　現(xiàn)有打印方式的缺陷

目前，基本按間隔組屏來配置打印機(jī)，有時(shí)也為每套繼電保護(hù)裝置都配置有打印機(jī)，并將其安裝于保護(hù)屏柜內(nèi)［3］，使用220V交流電對(duì)打印機(jī)進(jìn)行供電，由于交流電可能存在的電磁干擾，國(guó)網(wǎng)公司并不推薦保護(hù)屏內(nèi)出現(xiàn)交流電源。但由于沒有其他方式可以給打印機(jī)供電，一般做法是繼續(xù)使用220V交流來供電，還有另一種做法是保護(hù)屏內(nèi)不安裝打印機(jī)，需要打印時(shí)，臨時(shí)安裝打印機(jī)，并從保護(hù)室內(nèi)的公共交流電源供電，這樣雖然避免了交流干擾的可能性，但給打印本身帶來了極大的不方便性。

由于獲取打印報(bào)告只能到變電站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，這就需要運(yùn)行維護(hù)人員申請(qǐng)車輛，并駕車前往變電站現(xiàn)場(chǎng)。對(duì)于時(shí)間緊迫性不強(qiáng)的工作內(nèi)容，如定期檢修、缺陷消除等，這種方式無可厚非，因?yàn)楸旧砭托枰竭_(dá)變電站現(xiàn)場(chǎng)；但對(duì)于時(shí)間緊迫性較強(qiáng)的工作內(nèi)容，如保護(hù)動(dòng)作跳閘等，這種方式的低效率就非常明顯，從保護(hù)動(dòng)作至人員趕到現(xiàn)場(chǎng)打印，頗為費(fèi)時(shí)，顯然增加了故障排除和恢復(fù)的時(shí)間。同時(shí)，紙質(zhì)文件不利于備份及歸檔保存，更無法接入到電力系統(tǒng)的信息共享平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)信息的共享和整合。

繼電保護(hù)裝置的打印功能雖然重要，但是使用的頻率卻非常低，主要在定期檢修、消除缺陷、保護(hù)動(dòng)作后才需要打印，除此之外打印機(jī)基本處于長(zhǎng)期閑置狀態(tài)。因?yàn)槿绻總€(gè)保護(hù)屏柜都配置打印機(jī)，這本身既是一種嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，也會(huì)產(chǎn)生可觀的維護(hù)工作量和費(fèi)用，如色帶老化、工作損耗等，提高了變電站系統(tǒng)的安全生命周期成本［4］。

3　打印數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)方式

打印數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)方式有多種，如通過通信的方式，以XML為載體來實(shí)現(xiàn)［5］等，本文提出一種更加簡(jiǎn)單實(shí)用的方式來實(shí)現(xiàn)，該方式是基于目前國(guó)內(nèi)的繼電保護(hù)都是使用Espon的ESC/P編碼來進(jìn)行打印編程的事實(shí)基礎(chǔ)上，通過被動(dòng)接收打印內(nèi)容并將其存為文件來實(shí)現(xiàn)的。

3.1打印機(jī)的工作模式

打印連接方式除了一些年份較早的保護(hù)裝置使用并口（CN36）進(jìn)行打印外，絕大部分都使用串口（RS232）進(jìn)行打印。以RS232串口為例，繼電保護(hù)使用某一設(shè)定的速率（如19200bps）通過串口向打印機(jī)發(fā)送打印內(nèi)容，該內(nèi)容已使用ESC/P進(jìn)行編碼；打印機(jī)接收到打印內(nèi)容后即刻開始解碼并進(jìn)行打印。

打印機(jī)本身不向繼電保護(hù)傳輸任何數(shù)字信息，只需打開串口，供對(duì)方查詢打印機(jī)的狀態(tài)即可。由此可見，打印機(jī)的串口就是一個(gè)永遠(yuǎn)處于打開狀態(tài)、準(zhǔn)備接收的標(biāo)準(zhǔn)串口，其接口類型一般為DB25孔。對(duì)于并口打印機(jī)，其工作模式與RS232類似，一般都使用增強(qiáng)型高速并口模式（Enhanced Parallel Port，EPP）。

3.2 ESC/P編碼簡(jiǎn)介

ESC/P（Espon Standard Code for Printer）是為了實(shí)現(xiàn)電腦軟件與打印機(jī)之間所使用之控制碼的標(biāo)準(zhǔn)化而制定的，根據(jù)ESC/P所作成的軟件，在遵循ESC/P的打印機(jī)上都可以使用，而與打印機(jī)的機(jī)種無關(guān)。ESC/P編碼的格式如圖1所示，其中“編碼”部分由單字節(jié)編碼或多字節(jié)組合編碼構(gòu)成，“內(nèi)容”部分根據(jù)“編碼”的不同，可能存在，也可能不存在；對(duì)于某些編碼，其“內(nèi)容”部分也存在對(duì)應(yīng)的編碼格式。

圖1　ESC/P編碼格式

例如：“ESC @”編碼（ESC和@均為ASCII碼，對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制為1B和40，ESC/P的編碼都以ASCII碼來表述）的意義為初始化打印機(jī)，其后的“內(nèi)容”部分為空；“ESC（U”編碼的意義為定義移動(dòng)打印位置的單位，其后的“內(nèi)容”部分的格式為“n1 n2 m”，其中n1為1，n2為0，m的取值范圍為10、20、30、40、50和60。

3.3技術(shù)方案

根據(jù)打印機(jī)的工作模式，開發(fā)一個(gè)打印機(jī)模擬器，在其串口DSR和CTS引腳置高電平，同時(shí)循環(huán)掃描串口的接收緩沖區(qū)，并對(duì)接收到的內(nèi)容進(jìn)行存儲(chǔ)，形成打印任務(wù)文件，其工作流程如圖2所示。

圖2　打印機(jī)模擬器工作流程

由于串行通信沒有顯式的結(jié)束標(biāo)記，可使用在相當(dāng)時(shí)間內(nèi)沒有接收到任何數(shù)據(jù)來作為結(jié)束標(biāo)記，圖2中的“設(shè)定時(shí)間”即為此目的而設(shè)。

打印任務(wù)文件即為打印數(shù)字化的成果，其已具備了共享和流轉(zhuǎn)的能力，為了便于閱讀和發(fā)布，可對(duì)打印任務(wù)文件依據(jù)ESC/P編碼進(jìn)行解析并將結(jié)果輸入到符合W3C標(biāo)準(zhǔn)的PDF文件。

可將多個(gè)打印機(jī)模擬器合并到一個(gè)裝置內(nèi)形成打印信息采集器，并設(shè)置一個(gè)打印管理機(jī)用于長(zhǎng)期保存打印任務(wù)文件，并在此進(jìn)行打印任務(wù)文件的解析、打印、共享、流轉(zhuǎn)和發(fā)布，做到打印功能集中化管理，也可在此實(shí)現(xiàn)一些基于打印數(shù)字化的延伸應(yīng)用。一個(gè)具備實(shí)用化的系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)架構(gòu)圖

4　結(jié)論

此種方式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單實(shí)用，安全可靠。由于其不占用通信資源，亦未做任何模式上的改變，所以對(duì)繼電保護(hù)裝置不會(huì)產(chǎn)生任何影響，繼電保護(hù)裝置依然認(rèn)為連接著普通的打印機(jī)。另外，由于保護(hù)屏柜上不再安裝打印機(jī)，降低了整站對(duì)交流電的需求，更加符合規(guī)范要求，同時(shí)也減少了打印機(jī)的維護(hù)工作量和成本。

本文所述方式實(shí)現(xiàn)的繼電保護(hù)裝置打印數(shù)字化，不但適用于傳統(tǒng)變電站，同樣適用于基于IEC 61850的智能變電站，使得作為三大信息提供方式之一的打印也具備了共享、流轉(zhuǎn)和發(fā)布的能力，使得獲取打印報(bào)告不再需要趕赴變電站現(xiàn)場(chǎng)，可節(jié)省大量的人力物力和時(shí)間，同時(shí)也減少了打印機(jī)的維護(hù)工作量，降低了維護(hù)成本提高了變電站自動(dòng)化的水平，亦符合變電站數(shù)字化、智能化的發(fā)展趨勢(shì)，非常具有實(shí)用價(jià)值。

［1］ 張保會(huì)， 尹項(xiàng)根. 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］. 北京： 中國(guó)電力出版社， 2005.

［2］ DL/T 995—2006. 繼電保護(hù)和電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置檢驗(yàn)規(guī)程［S］.

［3］ 張清枝， 魏勇， 趙成功. 變電站網(wǎng)絡(luò)化二次系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用［J］. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制， 2009，37（8）： 47-52.

［4］ 魏勇， 王銳. 全數(shù)字化變電站二次系統(tǒng)的全生命周期成本管理分析［J］. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制， 2010，38（4）： 78-83， 87.

［5］ 李道霖， 齊文平， 萬(wàn)啟芳， 等. 智能變電站微機(jī)保護(hù)裝置集中式網(wǎng)絡(luò)打印方案研究［J］. 中國(guó)水能及電氣化， 2012， 5（5）： 18-22.

Method of Relay Protection Device of Digital Printing

Ma Xiaozhen1Yang Yixin1Liu Zhiyuan2Hu Yongchun3
（1. State Grid Yinchuan Electric Power Company， Yinchuan 750000；2. State Grid NingxiaNorth Electric Power Company Maintenance Company， Yinchuan 750000；3. Nanjing RongHuan Power Automation Co.， Ltd， Nanjing 210000）

This paper briefly expounds the importance of the print function of the relay protection device， and lists the defects of the existing methods of printing function. According to the technical characteristics of the existing relay protection device generally using ESPON printer to achieve the printing function， the paper presents a method of the digitization of printing of the relay protection device. This method makes the normal operation of the print function of the relay protection device through the simulation of the printer， and stores in a file for the printing information received， and decodes printing information using the ESC/P encoding， and saves to the PDF file， so as to realize the digitization of printing. This method is simple and practical， safe and reliable， and it can improve the level of substation automation， and it is also in line with the development trend of the substation digitization and intelligence. It is of great practical value.

the relay protection device； the printing information； ESC/P； the digitization of printing

馬小珍（1980-），男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事繼電保護(hù)及電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)工作。