基于IED 和SCD 文件的智能變電站二次設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計

皮志勇，羅皓文，嚴(yán)文潔，廖玄，張志浩

（國網(wǎng)荊門供電公司，湖北 荊門 448000）

SCD 文件屬于一種全站型系統(tǒng)應(yīng)用的配置文件，作為智能變電站網(wǎng)絡(luò)中唯一的數(shù)據(jù)源信息，該文件描述了所有IED 巡檢碼的實(shí)例配置情況，并可在不同通信環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)對巡檢斷路器、變電服務(wù)器等多個設(shè)備元件應(yīng)用能力的集中協(xié)調(diào)。在變電站由常規(guī)變電形式向著智能變電形式轉(zhuǎn)變的過程中，核心電量資料也會由基本的文件狀態(tài)變成與之對應(yīng)的SCD 文件[1-2]。對于智能變電站應(yīng)用環(huán)境來說，SCD文件不具備可修改的能力，隨著電量信息累積數(shù)量的不斷增大，SCD 文件中所包含的記錄內(nèi)容也在逐漸變得豐富，這也是智能變電網(wǎng)絡(luò)具備較強(qiáng)兼容能力的主要原因。

在智能變電站運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)中，由于二次設(shè)備接入量的增大，與之相關(guān)的電量巡檢任務(wù)則會呈現(xiàn)周期性變化的表現(xiàn)狀態(tài)。為更好適應(yīng)這種階段性變化規(guī)律，常規(guī)Linux 巡檢系統(tǒng)應(yīng)用C/S 架構(gòu)作為軟件支持，聯(lián)合ASP.NET 工具在巡檢平臺上進(jìn)行指令編程處理，再將所獲信息參量以源文件的形式存儲于數(shù)據(jù)庫主機(jī)中。然而該系統(tǒng)的適用能力有限，并不能隨階段性時間的改變，而完全滿足電量信號的巡檢與應(yīng)用需求。為解決此問題，設(shè)計基于IED 和SCD 文件的智能變電站二次設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)，以B/S 組網(wǎng)模式代替原有的C/S 架構(gòu)，再聯(lián)合Web 服務(wù)器與瀏覽器，對SCD 文件進(jìn)行解析處理，從而獲得關(guān)鍵的IED 巡檢碼校核結(jié)果。

1 智能巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

智能變電站二次設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)組成包括B/S 組網(wǎng)模式、Web 服務(wù)器和瀏覽器、巡檢斷路器三部分，具體搭建方法如下。

1.1 B/S組網(wǎng)模式

在智能變電站網(wǎng)絡(luò)中，由于B/S 組網(wǎng)模式的存在，巡檢客戶機(jī)可以借助瀏覽器設(shè)備向核心網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)送連接服務(wù)請求，電量數(shù)據(jù)可以借助相關(guān)平臺主機(jī)以及數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行存儲[3]。對于伸縮性較大的SCD 文件來說，B/S 組網(wǎng)模式可對電量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并將其全部反饋給智能變電站中的二次連接設(shè)備，且在此過程中生成的所有信息參量，都不會對巡檢主機(jī)的應(yīng)用能力造成影響。由于巡檢服務(wù)器承擔(dān)了大量的電信號處理工作，與傳統(tǒng)C/S 架構(gòu)相比，B/S模式始終具備較強(qiáng)的應(yīng)用穩(wěn)定性[4]。在B/S 組網(wǎng)模型中有三個主機(jī)層面：數(shù)據(jù)層、邏輯層和表示層。

1）數(shù)據(jù)層展示已生成的SCD 文件，位于最內(nèi)側(cè)，可對Web 服務(wù)器傳遞出的電量信息進(jìn)行處理，或?qū)⑦@些信息傳遞給下級瀏覽器等二次連接設(shè)備，從而對其中所涉及的巡檢指令數(shù)據(jù)進(jìn)行保存或是二次讀取處理。

2）邏輯層主要是對變電站主機(jī)傳來的信息進(jìn)行處理，屬于一種應(yīng)用型Web 服務(wù)器?？梢勒罩悄茏冸娋W(wǎng)絡(luò)的周期性巡視需求，將SCD 文件分成多個傳輸?shù)燃?，以供電網(wǎng)二次設(shè)備元件的調(diào)取與利用，這也是智能巡檢系統(tǒng)能夠較好滿足變電站在不同階段電量巡檢需求的主要原因[5]。

3）表示層屬于一種客戶端元件，可供變電站用戶直接使用。同時完成電量數(shù)據(jù)的輸入與輸出指令，可對SCD 文件進(jìn)行傳輸，但不會對其進(jìn)行深度的存儲與維護(hù)[6]。

1.2 Web服務(wù)器和瀏覽器

Web 服務(wù)器和瀏覽器是智能巡檢系統(tǒng)中兩個關(guān)鍵的硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)，前者存在于Web 連接層內(nèi)部，后者存在于Web 連接層外部。服務(wù)器同時包含IIS 主機(jī)元件與ASP.NET 輔助進(jìn)程，可將滿足電量消耗需求分配規(guī)律的SCD 文件反饋回巡檢主機(jī)內(nèi)，再以巡檢信息的形式傳輸至下級二次設(shè)備中，最終以訪問數(shù)據(jù)的形式存儲于原始數(shù)據(jù)庫之中[7-8]。

圖1 Web服務(wù)器模式

瀏覽器設(shè)備的作用能力相對較弱，能夠接收所有類型的SCD 文件，再從中分辨出有利于制定巡檢指令的數(shù)據(jù)信息，以供Web 服務(wù)器主機(jī)的集中調(diào)取。

1.3 巡檢斷路器

巡檢斷路器能夠控制Web 服務(wù)器與瀏覽器在智能變電網(wǎng)絡(luò)中的連接作用能力，在二次用電設(shè)備全面接入變電網(wǎng)環(huán)境的情況下，貯能釋能指示燈、合閘分閘指示燈同時呈現(xiàn)亮起狀態(tài)[9-10]。同時按下巡檢斷路器復(fù)位按鈕與合閘按鈕，相關(guān)控制人員應(yīng)根據(jù)電子量傳輸狀態(tài)，更改手動貯能手柄所處位置，以確保在此過程中，進(jìn)出裝置不會出現(xiàn)明顯彈出。搖手柄作為一個外界保護(hù)裝置，在相關(guān)巡檢斷路器連接設(shè)備處于極限運(yùn)行的情況下，手柄元件會快速向著外側(cè)旋動，直至使二次設(shè)備兩端的物理電壓低于額定數(shù)值水平；反之則向著內(nèi)側(cè)旋動，使二次設(shè)備兩端的物理電壓高于其額定數(shù)值標(biāo)度量[11-12]。

圖2 巡檢斷路器結(jié)構(gòu)示意圖

2 基于IED和SCD文件的變電站巡檢需求

在智能巡檢系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)體系的支持下，按照SCD 文件解析、二次設(shè)備信息配置、IED 巡檢碼校核的處理流程，實(shí)現(xiàn)基于IED 和SCD 文件的變電站巡檢需求完善。

2.1 SCD文件解析

SCD 文件中涉及了已有巡檢設(shè)備的連接與配置情況，經(jīng)過智能變電站網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷發(fā)展，相關(guān)集成廠家已針對二次設(shè)備的供應(yīng)能力提出了全新的IED 命名規(guī)則[13-14]。該節(jié)分析了智能變電站二次設(shè)備集成廠家的實(shí)際命名規(guī)則，并從中提煉出通用的SCD 文件解析格式。

二次變電設(shè)備的IED 命名是對電量字段的巡檢定義，需要包含間隔序號、電壓等級、間隔信息、IED信息等多項(xiàng)內(nèi)容。

2.2 二次設(shè)備信息配置

二次設(shè)備信息需要由IED 裝置廠家直接提供，具體文件配置說明如下：

1）每行至少5 列標(biāo)注信息（1 為二次設(shè)備連接序號；2 為SCD 文件中變電元件的銘牌信息；3 為巡檢指令的代碼描述信息；4 為與二次變電設(shè)備對應(yīng)的巡檢虛端子；5 為虛端子代碼描述），若某行缺少一列關(guān)鍵文件信息，在執(zhí)行巡檢指令的過程中，變電主機(jī)將不會處理此行信息。

2）建議將變電元件銘牌變量名放置于SCD 文件的中部位置處。

3）SCD 文件中巡檢虛端子變量名應(yīng)與二次變電設(shè)備銘牌標(biāo)簽所提供的變量名保持一致。

2.3 IED巡檢碼校核

導(dǎo)入所有SCD 文件，按照二次設(shè)備信息的配置情況，從中解析出關(guān)鍵的IED 巡檢碼文件，再借助智能變電環(huán)境中電量信號的覆蓋量水平，計算召喚關(guān)鍵的巡檢應(yīng)用指令，將IED 源碼與信號覆蓋量數(shù)值進(jìn)行對比，從而判斷SCD 配置文件與巡檢系統(tǒng)的執(zhí)行需求是否一致[15-16]。規(guī)定ΔT代表二次變電設(shè)備的單次作用時長，在智能變電網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，該項(xiàng)物理數(shù)值的選取需要同時考慮多方面內(nèi)容，因此在計算IED 巡檢碼時，ΔT指標(biāo)不應(yīng)一次選取過大數(shù)值，而是應(yīng)該在后續(xù)過程中根據(jù)具體計算結(jié)果進(jìn)行不斷調(diào)節(jié)。設(shè)S表示變電量信號覆蓋系數(shù)，聯(lián)立上述物理量，可將IED 巡檢碼校核結(jié)果表示為：

其中，f代表SCD 文件中的變電信號解析量，H0代表初始條件下的變電量巡檢指標(biāo)，Hn代表變電量巡檢指標(biāo)的實(shí)際數(shù)值，n代表智能巡檢指令的執(zhí)行頻度值，代表單位時間內(nèi)的變電信號傳輸均值量，β代表校核度量條件。

至此，完成相關(guān)信息參量值的配置與處理，在IED 和SCD 文件的支持下，實(shí)現(xiàn)智能變電站二次設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

已知220 kV 及以上的智能變電站在執(zhí)行巡檢指令時，需編寫標(biāo)準(zhǔn)的巡視范本文件，錄入系統(tǒng)控制主機(jī)。在實(shí)施巡檢指令前，變電主機(jī)按照已生成的標(biāo)準(zhǔn)巡視范本生成巡視卡。在變電設(shè)備巡檢過程中，相關(guān)工作人員需要依照巡視卡執(zhí)行巡視指令，并需認(rèn)真檢查相關(guān)設(shè)備做好記錄，而巡視卡則應(yīng)作為歷史資料文件長期存儲。

利用傳輸導(dǎo)線將終端主機(jī)與二次變電設(shè)備相連，為確保變電信號的傳輸穩(wěn)定性，在分流傳輸電子量之前應(yīng)對終端主機(jī)進(jìn)行調(diào)試，從而使得變電站所管控的二次設(shè)備元件能夠分得足量的變電信號資源。

根據(jù)智能變電站的標(biāo)準(zhǔn)巡檢范本文件，設(shè)計相應(yīng)的新建?？奎c(diǎn)，如圖3 所示。在所有?？奎c(diǎn)中選取10 個相對穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)對象作為實(shí)驗(yàn)研究目標(biāo)，分別確定上述10 個節(jié)點(diǎn)處電壓數(shù)值量的匹配度情況。

圖3 新建停靠點(diǎn)界面

為將實(shí)驗(yàn)誤差結(jié)果降至最小，在實(shí)驗(yàn)過程中，僅以電壓數(shù)值作為巡檢能力考核指標(biāo)。表1 記錄了10個新建?？奎c(diǎn)處的原始電壓參考數(shù)值。

表1 原始電壓參考數(shù)值

在變電調(diào)試過程中，分別將基于IED 和SCD 文件的巡檢系統(tǒng)、常規(guī)Linux 巡檢系統(tǒng)執(zhí)行代碼輸入終端主機(jī)中，前者作為實(shí)驗(yàn)組，后者作為對照組。圖4反映了對照組檢測電壓數(shù)值與實(shí)驗(yàn)組電壓數(shù)值間的對比情況。

分析圖4 可知，實(shí)驗(yàn)組電壓數(shù)值始終存在于原始電壓的數(shù)值參考區(qū)間內(nèi)，且其記錄值與原始參考數(shù)值的極大值點(diǎn)相對較為靠近。對照組電壓數(shù)值則完全存在于原始電壓數(shù)值參考區(qū)間外側(cè)，最大值遠(yuǎn)高于參考數(shù)值的極大值結(jié)果，最小值也遠(yuǎn)低于參考數(shù)值的極小值結(jié)果。

圖4 實(shí)驗(yàn)電壓數(shù)值

綜上可知，常規(guī)Linux 巡檢系統(tǒng)在為二次設(shè)備匹配電量時，其所賦予的電信號水平接連出現(xiàn)過高或過低的情況，很難實(shí)現(xiàn)傳輸電信號的足量配置，并不能完全滿足智能變電站的周期性巡視需求；而基于IED 和SCD 文件的智能變電站二次設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)則可有效解決上述問題，實(shí)現(xiàn)周期性電量巡檢的目的。

4 結(jié)束語

智能巡檢系統(tǒng)在B/S 組網(wǎng)模式中，利用Web 服務(wù)器與瀏覽器，為巡檢斷路器打造一個相對穩(wěn)定的硬件應(yīng)用平臺，且由于SCD 文件的存在，二次變電設(shè)備的信息配置結(jié)果也逐漸趨于可靠，對于IED 巡檢碼來說，其最終校核行為也能經(jīng)得起推敲。從實(shí)用性角度來看，智能巡檢系統(tǒng)所匹配的傳輸電信號量與Linux 巡檢系統(tǒng)相比，處于原電壓參考值區(qū)間內(nèi)的電壓檢測值更多，可在滿足變電站不同階段電量巡檢目的的同時，實(shí)現(xiàn)周期性的電量巡視，具備較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價值。