便攜式繼電保護(hù)裝置多源定值管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

華 坤，童斯琦，周建建，王一帆，李永恒，譚 鋒

(1.深圳供電局有限公司 變電管理一所，廣東 深圳 518000；2. 貴陽銳泰電力科技有限公司，貴州 貴陽 550002)

繼電保護(hù)裝置內(nèi)部設(shè)定的各項(xiàng)保護(hù)定值是繼電保護(hù)正確動(dòng)作的依據(jù)[1]，是決定保護(hù)是否能準(zhǔn)確可靠反映電網(wǎng)各類故障的重要參數(shù)。定值的適應(yīng)性與正確性決定著電網(wǎng)的安全運(yùn)行和繼電保護(hù)正確的動(dòng)作，這些定值隨著保護(hù)裝置的投入運(yùn)行而固定[2-4]。但其也不是一成不變的，隨著整個(gè)系統(tǒng)的變化、運(yùn)行方式的調(diào)整，保護(hù)定值也需要做一定的調(diào)整才能適應(yīng)當(dāng)前的運(yùn)行方式[5-7]。

目前定值比對(duì)主要是使用紙張、電話、傳真和郵件等方式通過手工完成[8]。繼電保護(hù)設(shè)備日益增多，型號(hào)版本繁多，邏輯、格式多樣。因此，在短時(shí)間內(nèi)無法完成對(duì)所有裝置的定值比對(duì)[9]。同時(shí)，傳統(tǒng)的定值比對(duì)方式需要消耗大量的人力與物力[10]，且易受人為的因素影響而導(dǎo)致無法查出所有存在的問題[11-12]。繼電保護(hù)設(shè)備本身也較易出現(xiàn)定值漂移的問題，及時(shí)有效地查出這些問題，不僅能解除電網(wǎng)的安全隱患，且還能防止保護(hù)勿動(dòng)的情況[13]。由此，本文提出和設(shè)計(jì)了基于多源數(shù)據(jù)的定值比對(duì)及固化系統(tǒng)。

本文設(shè)計(jì)的便攜式繼電保護(hù)裝置多源定值管理系統(tǒng)主要包括便攜式保護(hù)定值比對(duì)裝置硬件、便攜式保護(hù)定值比對(duì)裝置嵌入式軟件和定值比對(duì)與保信主站定值數(shù)據(jù)交互軟件3部分。首先，保信主站與保護(hù)裝置的定值數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，更新定值智能管理后臺(tái)服務(wù)器的定值與臺(tái)賬；然后，在Web客戶端更新定值記錄、操作記錄和PA管理記錄；同時(shí)，也可使用便攜裝置硬件PA接收定值、操作記錄和臺(tái)賬；最后，使用PA更新和維護(hù)保護(hù)裝置的定值。下面分別介紹各組成部分的具體實(shí)現(xiàn)和功能。通過研究保護(hù)定值的全生命周期可維護(hù)技術(shù)，保證了繼電保護(hù)裝置定值單全生命周期內(nèi)可追溯、可維護(hù)，當(dāng)前狀態(tài)可實(shí)時(shí)更新，改變了以往定值比對(duì)和定值單固化的工作模式，提高了管理水平，有利于定值整定等的正確決策。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的便攜式繼電保護(hù)裝置多源定值管理系統(tǒng)主要包括3部分：便攜式保護(hù)定值比對(duì)裝置硬件(以下簡稱“便攜裝置硬件PA”)、便攜式保護(hù)定值比對(duì)裝置嵌入式軟件(以下簡稱“便攜裝置軟件”)和定值比對(duì)與保信主站定值數(shù)據(jù)交互軟件(含定值臺(tái)賬系統(tǒng)，以下簡稱“定值數(shù)據(jù)交互軟件”)。系統(tǒng)功能流程圖如圖1所示，具體工作流程如下所述：

(1)在定值管理后臺(tái)軟件上人工輸入保護(hù)定值，并記錄固化過程，形成定值臺(tái)賬；通過管理軟件與地調(diào)的整定計(jì)算軟件程序接口、從程序內(nèi)批量導(dǎo)入保護(hù)定值單；

(2)定值管理后臺(tái)軟件將各保護(hù)定值單下傳給便攜裝置；

(3)定值管理后臺(tái)軟件與便攜裝置之間比對(duì)各個(gè)定值項(xiàng)正確性；

(4)便攜裝置將定值寫入保護(hù)裝置；

(5)便攜裝置從保護(hù)裝置中讀取定值單數(shù)據(jù)；

(6)將讀取的定值單與便攜裝置中待整定的定值單進(jìn)行比對(duì)；

(7)將操作結(jié)果記錄到便攜裝置；

(8)便攜裝置將操作結(jié)果上傳給基于Linux的定值管理后臺(tái)軟件；

(9)便攜裝置與定值管理后臺(tái)軟件比對(duì)操作結(jié)果；

(10)記錄操作結(jié)果到定值管理后臺(tái)軟件。

該系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)如下所述。

圖1 功能流程圖

1.1 便攜裝置硬件

便攜裝置硬件采用最新Cortex-A8的ARM CPU，以提高裝置的整體性能、降低功耗、減少發(fā)熱、提高使用壽命[14]。Cortex-A8處理器的工作主頻可在600 MHz～1 GHz范圍內(nèi)選擇，能夠滿足對(duì)低功耗進(jìn)行優(yōu)化的移動(dòng)設(shè)備要求；具備加密算法的硬件加速。采用Cortex-A8可以顯著減少外圍電路，高效實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目硬件功能，集成度高、故障率低。

1.2 便攜裝置軟件

便攜裝置軟件采用嵌入式VxWorks操作系統(tǒng)[15]，便于為應(yīng)用軟件提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的多任務(wù)平臺(tái)和良好的擴(kuò)展性支持。便攜裝置軟件采用模塊化、插件式設(shè)計(jì)思路，將各種應(yīng)用數(shù)據(jù)流關(guān)系歸納設(shè)計(jì)，各個(gè)應(yīng)用數(shù)據(jù)流盡可能地采用獨(dú)立的任務(wù)完成，各任務(wù)之間通過“消息總線”技術(shù)交換數(shù)據(jù)/信息，以提高裝置軟件的穩(wěn)定性、可靠性和可擴(kuò)展性。

數(shù)據(jù)庫采用嵌入式SQL Lite，將各種定值數(shù)據(jù)的管理標(biāo)準(zhǔn)化。由于保護(hù)裝置的廠家和型號(hào)眾多，因此需首先將各型號(hào)保護(hù)裝置的定值模板規(guī)劃好，并編寫相應(yīng)的通信程序模塊，這些定值模板和通信程序模塊分別形成“模板庫”和“通信庫”。其中，“模板庫”由比對(duì)裝置和定值后臺(tái)管理軟件共享；在非現(xiàn)場環(huán)境下，由基于Linux的定值后臺(tái)管理軟件根據(jù)“模板庫”導(dǎo)入具體保護(hù)裝置的最新定值，并自動(dòng)形成可追溯的歷史定值存入數(shù)據(jù)庫單；比對(duì)裝置通過網(wǎng)絡(luò)與定值后臺(tái)管理軟件，同步定值單數(shù)據(jù)到便攜裝置中，并將便攜裝置中的現(xiàn)場工作記錄導(dǎo)入到定值后臺(tái)管理軟件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并自動(dòng)形成可追溯的定值比對(duì)日志；現(xiàn)場使用時(shí)，根據(jù)具體保護(hù)裝置，在保證物理通信鏈路暢通的情況下，即可正確完成定值比對(duì)工作，包括保護(hù)裝置的定值與定值比對(duì)；比對(duì)裝置除了用于保護(hù)裝置定值固化和定值比對(duì)，也用于保護(hù)裝置定檢時(shí)的正確性檢查。

1.3 定值數(shù)據(jù)交互軟件

定值數(shù)據(jù)交互軟件基于Linux程序?qū)崿F(xiàn)，同時(shí)考慮到系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性、也為了節(jié)省軟硬件投資及降低維護(hù)成本，采用Linux操作系統(tǒng)和免費(fèi)版MySQL桌面數(shù)據(jù)庫。定值后臺(tái)管理軟件負(fù)責(zé)根據(jù)“模板庫”維護(hù)具體保護(hù)裝置的定值，以靈活的表格形式導(dǎo)入或?qū)С鲎钚露ㄖ祮危⒋ǖ亩ㄖ祮蜗掳l(fā)到便攜裝置中，或從便攜裝置中讀取現(xiàn)場比對(duì)記錄，并自動(dòng)形成可追溯的定值單。定值后臺(tái)管理軟件可以查詢具體保護(hù)裝置的所有定值變更或定檢記錄，或是給出某段時(shí)間內(nèi)定值發(fā)生變化、定檢異常的所有保護(hù)裝置信息，并形成報(bào)表，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)定值單的全生命周期可維護(hù)，保證對(duì)定值的管理形成一個(gè)閉合的管理流程。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與仿真

保護(hù)裝置與便攜裝置間使用網(wǎng)口進(jìn)行連接，如圖2所示。如裝置有未占用的可運(yùn)行103規(guī)約或61850規(guī)約的網(wǎng)口，直接連接到裝置上。若無多余網(wǎng)口，在裝置處于檢修狀態(tài)時(shí)，拔下裝置上的網(wǎng)線連接到裝置上。

圖2 便攜裝置與保護(hù)裝置的連接

圖3 便攜裝置軟件功能

如圖3所示，為便攜裝置軟件功能界面，主要包括定值校驗(yàn)、任務(wù)查詢、數(shù)據(jù)同步和日志查看四個(gè)功能模塊。定值校驗(yàn)?zāi)K從數(shù)據(jù)庫中獲取當(dāng)前登陸賬戶下所要校核的場站和裝置信息，并通過“相同”、“不同”和“全部”3個(gè)按鈕對(duì)校核結(jié)果進(jìn)行篩選；任務(wù)查詢模塊可查看當(dāng)前登陸賬號(hào)下的所有任務(wù)列表，任務(wù)詳細(xì)及任務(wù)完成情況；數(shù)據(jù)同步功能用于上傳本裝置數(shù)據(jù)，并從后臺(tái)獲取新的數(shù)據(jù)，包括新任務(wù)列表，任務(wù)相關(guān)臺(tái)賬信息等；日志查看模塊可查看本裝置上所有的日志信息，分為修改記錄、校核記錄、操作記錄、寫入記錄，每個(gè)記錄均可通過切換界面進(jìn)行查看。

本文所使用的定值模板，如圖4所示。定值模板功能模塊是管理軟件中較重要的一個(gè)模塊，通過此模塊，管理員可預(yù)先創(chuàng)建定值較為完善的定值模板。后繼用戶在創(chuàng)建定值時(shí)，只需通過對(duì)符合要求的模板進(jìn)行選擇便可完成定值單的快速創(chuàng)建。創(chuàng)建定值模板時(shí)，為避免用戶人為輸入帶來的不便，同時(shí)兼顧到各廠家保護(hù)裝置定值設(shè)置的異同，此模塊在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮到對(duì)預(yù)定義定值的管理。

圖4 定值模板功能流程圖

定值數(shù)據(jù)交互軟件基于B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其功能模塊如圖5所示。圖6所示為定值數(shù)據(jù)交互軟件的主界面。該軟件主要實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)對(duì)Web管理軟件系統(tǒng)參數(shù)的維護(hù)，包括對(duì)系統(tǒng)基本參數(shù)及便攜式軟件版本和軟件路徑的維護(hù)；(2)對(duì)供電局、變電站、間隔信息的維護(hù)，包括添加、修改、刪除操作；(3)通過系統(tǒng)對(duì)便攜式裝置PA狀態(tài)的維護(hù)，包括注冊(cè)PA，對(duì)PA當(dāng)前狀態(tài)修改為掛失、停用、正常使用狀態(tài)；(4)用戶管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶角色(管理員、班長、校核員、審核員)的控制，不同的用戶角色對(duì)應(yīng)不同的權(quán)限；(5)操作記錄維護(hù)模塊包括SOE記錄(用戶登錄方式和定值操作等)、上傳記錄(定值寫入、定值修改、定值核對(duì)記錄)，下載記錄(下載定值、下載設(shè)備、下載用戶、下載局站、下載模板)；(6)修改密碼模塊完成登錄用戶對(duì)自身密碼的修改；(7)定值模板是為方便創(chuàng)建具體定值單而預(yù)先設(shè)立好的，提供了定值單所需的所有定值參數(shù)，方便用戶根據(jù)具體應(yīng)用需要?jiǎng)?chuàng)建合理的定值單；(8)定值信息完成對(duì)具體裝置參數(shù)信息的維護(hù)(包括通信參數(shù)、設(shè)備信息、定值信息)。

在此模塊中，裝置的歷史定值單、定值單定值的核對(duì)記錄、定值單定值的寫入記錄均應(yīng)記錄下來，方便用戶進(jìn)行查詢。同時(shí)，應(yīng)提供定值單的比對(duì)功能。

圖5 定值數(shù)據(jù)交互軟件功能模塊

圖6 定值數(shù)據(jù)交互軟件主界面

3 結(jié)束語

針對(duì)目前繼電保護(hù)裝置的定值比對(duì)效率低下和定值固化存在電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的問題，提出了便攜式繼電保護(hù)裝置多源定值管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括便攜式保護(hù)定值比對(duì)裝置硬件、便攜式保護(hù)定值比對(duì)裝置嵌入式軟件和定值比對(duì)與保信主站定值數(shù)據(jù)交互軟件三部分。首先，保信主站與保護(hù)裝置的定值數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，更新定值智能管理后臺(tái)服務(wù)器的定值與臺(tái)賬；然后，在Web客戶端更新定值記錄、操作記錄和PA管理記錄；同時(shí)，也可使用便攜裝置硬件PA接收定值、操作記錄和臺(tái)賬；最后，使用PA更新和維護(hù)保護(hù)裝置的定值。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)用多源數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)裝置運(yùn)行定值的智能比對(duì)，有利于調(diào)度人員對(duì)保護(hù)實(shí)時(shí)運(yùn)行的定值進(jìn)行審核，杜絕人為因素導(dǎo)致的錯(cuò)誤，提供電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性；(2)支持自動(dòng)導(dǎo)入PDF、EXECL等格式的定值單，避免了人工手動(dòng)輸入定值單，保障了定值單的正確性，杜絕保護(hù)定值錄入；(3)使用“一鍵式”固化定值單技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)裝置定值的自動(dòng)固化和比對(duì)，有利于杜絕保護(hù)人員定值固化及比對(duì)錯(cuò)誤，提高工作效率。

[1] 趙曉東,趙敏,周立軍.基于繼電保護(hù)定值在線比對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].華東科技:學(xué)術(shù)版,2017(1):208-210.

[2] 吳繁.繼電保護(hù)自適應(yīng)在線整定系統(tǒng)的研究[D].鄭州:華北水利水電大學(xué),2016.

[3] 張?jiān)S,胡民.繼電保護(hù)在線整定和離線整定的定值性能對(duì)比[J].現(xiàn)代制造,2017(6):9-10.

[4] 周特軍,邱建,王春藝,等.基于SVG的可視化技術(shù)在繼電保護(hù)定值在線校核系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2015(16):112-117.

[5] 王祎,胡鐵軍,范黎敏,等.地縣一體化繼電保護(hù)定值在線校核系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[J].浙江電力,2015(5):23-26.

[6] 王增平,劉國平,仇向東,等.繼電保護(hù)定值在線整定功能的實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2012,40(1):127-130.

[7] 畢兆東,王寧,夏彥輝,等.基于動(dòng)態(tài)短路電流計(jì)算的繼電保護(hù)定值在線校核系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2012,36(7):81-85.

[8] 熊小伏,陳星田,曾星星,等.基于廣義變比辨識(shí)的繼電保護(hù)電流測量回路故障診斷方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2014,34(S1):76-84.

[9] 董國威,汪雷.基于VB.net的繼電保護(hù)定值整定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].安徽電力,2016(2):17-20.

[10] 高振軍,任景,霍超,等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)定值在線安全預(yù)警系統(tǒng)[J].電網(wǎng)與清潔能源,2012,28(12):19-22.

[11] 劉茗杰.智能電網(wǎng)繼電保護(hù)在線整定計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都:電子科技大學(xué),2015.

[12] 龍輝.基于EMS一體化的在線繼電保護(hù)校核系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都:電子科技大學(xué),2012.

[13] 譚成.基于定值追蹤的智能電網(wǎng)保護(hù)診斷系統(tǒng)研究[D].湘潭:湘潭大學(xué),2014.

[14] 王友懷,楊增力,周虎兵,等.繼電保護(hù)定值在線校核及預(yù)警系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2015,27(6):91-97.

[15] 蒙亮,朱林,陳金富.繼電保護(hù)定值在線核對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電氣技術(shù),2012(11):59-62.