基于模板的繼電保護(hù)智能傳動技術(shù)的研究應(yīng)用

魏藝君，熊守江，顧工川

（國網(wǎng)江西省電力有限公司超高壓分公司，江西 南昌 330000）

0 引言

隨著變電站智能化二次設(shè)備應(yīng)用技術(shù)的逐步成熟，智能變電站的加速建設(shè)，智能化二次設(shè)備及系統(tǒng)的調(diào)試效率與二次班組工作承載力的矛盾日益突出，目前仍采用傳統(tǒng)人工手動調(diào)試、手動記錄報(bào)告等方法，無論是對變電站現(xiàn)場定檢消缺工作或是變電站基建工程二次專業(yè)驗(yàn)收等工作在效率上都造成較大約束，且繼電保護(hù)傳動調(diào)試過程涉及邏輯計(jì)算及二次回路識圖，對現(xiàn)場二次繼電保護(hù)員的技術(shù)水平及工作經(jīng)驗(yàn)有較高要求，故在現(xiàn)場實(shí)際工作過程中易發(fā)生因錯誤調(diào)試或邏輯驗(yàn)證失誤出現(xiàn)的缺陷或隱患，繼電保護(hù)傳動調(diào)試的效率和質(zhì)量問題突出[1-2]。

國內(nèi)外對繼電保護(hù)智能傳動的研究僅停留于針對特定保護(hù)裝置型號的自動測試，基于特定的測試場景或繼電保護(hù)設(shè)備定制，并不具備通用性，一旦測試對象、測試要求、測試結(jié)果等出現(xiàn)變化，自動測試模板就不再適用，仍需回到手動測試的方式來完成差異化的測試任務(wù)，局限于單一的作業(yè)工作，測試功能零散、單一，缺乏系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化測試思路，自動化水平低，無法有效支撐大規(guī)模智能變電站高效運(yùn)維及檢修測試需求[3-4]。對此，文中提出一種基于模板的繼電保護(hù)智能傳動技術(shù)，通過研究使用保護(hù)定值自動匹配及校核技術(shù)，建立保護(hù)配置信息模板庫，實(shí)現(xiàn)保護(hù)定值與信息模板庫定值條目的自動匹配，根據(jù)調(diào)試策略智能生成實(shí)例化靈活組態(tài)模板，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場測試內(nèi)容及生成調(diào)試報(bào)告靈活適配，兼容人工確認(rèn)與自動測試項(xiàng)目，提高現(xiàn)場檢驗(yàn)、驗(yàn)收效率[5]。

1 繼電保護(hù)傳動試驗(yàn)原理

繼電保護(hù)裝置作為電力系統(tǒng)“三道防線”之一，對繼電保護(hù)裝置的校驗(yàn)對發(fā)現(xiàn)并消除電網(wǎng)安全隱患起著至關(guān)重要的作用。現(xiàn)場結(jié)合停電計(jì)劃通過繼電保護(hù)試驗(yàn)儀輸入故障電流、電壓量模擬電力系統(tǒng)各類故障，驗(yàn)證繼電保護(hù)裝置在各類故障情況下動作邏輯無誤[6-7]。傳動試驗(yàn)即模擬變電站正常運(yùn)行過程，帶斷路器開關(guān)實(shí)際動作，進(jìn)一步校驗(yàn)二次保護(hù)裝置與一次設(shè)備的動作配合。根據(jù)電網(wǎng)“九統(tǒng)一”設(shè)計(jì)規(guī)范，繼電保護(hù)裝置二次回路出口遵循邏輯判別，且實(shí)現(xiàn)相同功能的保護(hù)裝置出口邏輯大致相同且計(jì)算原理統(tǒng)一，其中保護(hù)程序結(jié)構(gòu)框圖可表示為圖1 所示。

圖1 繼電保護(hù)裝置程序框圖

如圖1 所示，進(jìn)行繼電保護(hù)傳動試驗(yàn)前需根據(jù)不同類型保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)的不同功能，查閱相關(guān)定值信息進(jìn)行邏輯計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果作為輸入量使相應(yīng)繼電保護(hù)正確動作，并做對應(yīng)記錄形成調(diào)試報(bào)告，目前多依賴于現(xiàn)場技術(shù)人員手動計(jì)算及調(diào)試。

2 基于模板的繼電保護(hù)智能傳動技術(shù)研究

對于繼電保護(hù)設(shè)備的傳動試驗(yàn)調(diào)試，如線路保護(hù)的整組回路測試，聯(lián)動信號測試，開關(guān)動作結(jié)果、關(guān)聯(lián)保護(hù)聯(lián)動結(jié)果、監(jiān)控后臺信號觸發(fā)、錄波結(jié)果、網(wǎng)分記錄等，部分測試條件的檢查、測試信號的檢查目前仍需要依賴于人工進(jìn)行，且由于現(xiàn)場繼電保護(hù)傳動校驗(yàn)不同于單體測試，測試項(xiàng)目的靈活多變導(dǎo)致很難有統(tǒng)一的測試用例，即使是相同的測試項(xiàng)目也可能存在不同的測試要求、需要檢查不同的測試數(shù)據(jù)，使得傳動試驗(yàn)難以固化測試用例，智能測試的實(shí)現(xiàn)異常困難，調(diào)試報(bào)告也因繼電保護(hù)調(diào)試功能不同或繼電保護(hù)裝置不同而存在差異，導(dǎo)致基于固定測試用例形式生成的模板也難以滿足測試報(bào)告的要求[8-9]。對此，提出一種基于模板的繼電保護(hù)智能傳動技術(shù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)對不同情況繼電保護(hù)傳動試驗(yàn)的“一鍵式”智能傳動。

2.1 建立靈活繼電保護(hù)模板組態(tài)

根據(jù)繼電保護(hù)傳動試驗(yàn)流程，需建立自適應(yīng)不同保護(hù)裝置及不同保護(hù)功能的調(diào)試模板組態(tài)及報(bào)告模板組態(tài)。

調(diào)試模板組態(tài)通過靈活編輯的方式生成調(diào)試模板，不再通過繼電保護(hù)試驗(yàn)儀固化調(diào)試模板，根據(jù)可能的傳動調(diào)試內(nèi)容及功能，梳理需要使用的數(shù)字信號，統(tǒng)一按照設(shè)備形式進(jìn)行建模，以設(shè)備為對象形成一個中間數(shù)據(jù)庫。根據(jù)特定的傳動任務(wù)，整理傳動試驗(yàn)對應(yīng)要求要點(diǎn)，確定每項(xiàng)傳動子項(xiàng)目需要滿足的前提條件、需要施加的信號狀態(tài)、需要檢查的動作結(jié)果，然后通過中間數(shù)據(jù)庫中的信號完成對應(yīng)的測試用例配置，最終形成完整的測試用例。該測試用例不基于特定的SCD 文件信息，也不基于固定的算法，保證了測試用例的可擴(kuò)展性和通用性。報(bào)告組態(tài)可根據(jù)調(diào)試報(bào)告數(shù)據(jù)內(nèi)容等自動生成統(tǒng)一格式的模板，將調(diào)試模板數(shù)據(jù)以靈活組態(tài)方式導(dǎo)入報(bào)告表格，以此保證調(diào)試報(bào)告的高適配性和可用性。模板組態(tài)生成的基本原理可用圖2 表示。

圖2 模板組態(tài)生成技術(shù)原理框圖

2.2 保護(hù)定值自動匹配及校核技術(shù)研究

繼電保護(hù)傳動試驗(yàn)過程中，對應(yīng)不同繼電保護(hù)校驗(yàn)功能，需使用不同繼電保護(hù)裝置定值進(jìn)行計(jì)算校驗(yàn)，通過建立PaddleOCR 模型實(shí)現(xiàn)檢測定值清單或召喚定值庫中文本，并識別其中的文本信息，搭建CLIP 模型將文本及對應(yīng)數(shù)值信息進(jìn)行編碼，將經(jīng)核對確認(rèn)的定值信息導(dǎo)入計(jì)算程序，由檢測代碼識別并完成自動核對通過建立保護(hù)裝置配置信息模板庫，以此實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置定值與信息模板庫定值條目之間的自動匹配及校核[10-11]。通過導(dǎo)入SCD 文件，選擇待測IED 以及對應(yīng)測試模板，程序自動識別并查找此IED定值對應(yīng)定值庫中的標(biāo)準(zhǔn)定值，進(jìn)而根據(jù)調(diào)試模板中的定值修改項(xiàng)進(jìn)行測試模板實(shí)例化。當(dāng)繼電保護(hù)試驗(yàn)儀與保護(hù)裝置通訊時，獲取保護(hù)定值并自動計(jì)算測試參數(shù)，實(shí)現(xiàn)測試項(xiàng)目的實(shí)例化，定值校核原理可用圖3表示。

圖3 保護(hù)定值自動校核原理示意圖

2.3 智能“一鍵式”傳動技術(shù)研究

通過以上靈活模板組態(tài)的生成以及自動獲取校核定值技術(shù)的研究，可實(shí)現(xiàn)“一鍵式”的繼電保護(hù)智能傳動功能，首先使用具備建立模板組態(tài)及獲取定值校對功能的自動測試軟件與繼電保護(hù)試驗(yàn)儀適配，智能傳動調(diào)試軟件記錄繼電保護(hù)試驗(yàn)儀的輸出指令與計(jì)算結(jié)果，使用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通過MMS通信協(xié)議完成與繼電保護(hù)裝置的通信連接，智能傳動調(diào)試軟件通過記錄繼電保護(hù)試驗(yàn)儀的數(shù)據(jù)輸出與計(jì)算結(jié)果[12-13]，并通過相應(yīng)通信協(xié)議與靈活組態(tài)模板獲取繼電保護(hù)裝置動作報(bào)文、節(jié)點(diǎn)變位等信息，繼電保護(hù)智能傳動軟件軟件貫穿智能傳動全過程，由繼電保護(hù)裝置邏輯計(jì)算保護(hù)至動作、信息獲取并生成調(diào)試報(bào)告，實(shí)現(xiàn)“一鍵式”繼電保護(hù)智能傳動智能化閉環(huán)調(diào)試?！耙绘I式”繼電保護(hù)智能傳動測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 “一鍵式”繼電保護(hù)智能傳動結(jié)構(gòu)原理

智能傳動程序首先在自動建模流程中完成SCD文件導(dǎo)入以及信息的自動配置后，即可選定與被測保護(hù)對應(yīng)的測試模板進(jìn)行檢測，通過一致性檢驗(yàn)，確認(rèn)設(shè)備接線、通信配置正確，通過讀取裝置當(dāng)前定值，自動計(jì)算出故障量并下發(fā)至底層測試儀，底層測試儀生成相應(yīng)SMV、GOOSE數(shù)字信號發(fā)送給繼電保護(hù)裝置。并通過保護(hù)動作出口、動作時間、以及MMS信息來綜合判斷保護(hù)動作是否正確。最終輸出測試結(jié)果，執(zhí)行完成一個測試項(xiàng)，以此類推完成所有測試，測試過程中將相關(guān)測試參數(shù)及測試結(jié)果填寫到事先規(guī)劃好的測試報(bào)告模板中[14-15]。智能傳動流程可用圖5表示。

圖5 繼電保護(hù)智能傳動流程圖

3 繼電保護(hù)智能傳動技術(shù)的應(yīng)用

為將繼電保護(hù)智能傳動技術(shù)實(shí)現(xiàn)適應(yīng)變電站現(xiàn)場的應(yīng)用與推廣，提出一種基于模板的“一鍵式”自動化繼電保護(hù)裝置測試軟件，繼電保護(hù)智能傳動調(diào)試軟件具備各類繼電保護(hù)裝置不同功能板塊與相關(guān)參數(shù)配置、定值獲取與相應(yīng)計(jì)算邏輯、輸出數(shù)據(jù)及報(bào)文提取、數(shù)據(jù)存儲與報(bào)告生成等板塊構(gòu)成，以此實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)智能傳動程序標(biāo)準(zhǔn)化。同時設(shè)計(jì)基于模板的“一鍵式”自動化繼電保護(hù)裝置測試儀硬件系統(tǒng)架構(gòu)，包括光數(shù)字測試功能單板、電壓電流功率源模塊、主電源模塊、前面板結(jié)構(gòu)組件等。并將成果應(yīng)用于現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)前后數(shù)據(jù)，驗(yàn)證繼電保護(hù)智能傳動技術(shù)的應(yīng)用價值。

3.1 智能“一鍵式”傳動技術(shù)研究

基于模板的繼電保護(hù)智能傳動測試儀包含軟件架構(gòu)及硬件設(shè)計(jì)，繼電保護(hù)智能傳動軟件支持參數(shù)設(shè)置、調(diào)試模板組態(tài)生成、保護(hù)定值校核、保護(hù)功能測試、報(bào)告模板組態(tài)生成、測試數(shù)據(jù)展示。硬件包括主控制硬件組件、前面板硬件組件、開入開出硬件等，模擬電源電路采用單級設(shè)計(jì)，分散電流，提高散熱性能，數(shù)字電源電路用于給DIDO 板以及風(fēng)扇電路等供電，可通過跳線選擇板載電源或者NET板輸出的電源，支持現(xiàn)場測試內(nèi)容靈活組態(tài)和測試報(bào)告靈活組態(tài)，兼容人工確認(rèn)與自動測試項(xiàng)目，能顯著提高現(xiàn)場檢驗(yàn)、驗(yàn)收效率。繼電保護(hù)智能傳動測試儀系統(tǒng)框圖如圖6所示。

圖6 繼電保護(hù)智能傳動測試儀系統(tǒng)框圖

3.2 繼電保護(hù)智能傳動現(xiàn)場應(yīng)用

通過隨機(jī)抽取5 座500 kV 變電站進(jìn)行繼電保護(hù)智能傳動測試試驗(yàn)，對比使用繼電保護(hù)智能傳動技術(shù)與否各站的繼電保護(hù)調(diào)試時間，以5座變電站全站基建驗(yàn)收繼電保護(hù)調(diào)試部分平均繼電保護(hù)調(diào)試時間為單位，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 繼電保護(hù)智能傳動技術(shù)應(yīng)用對比表

如表1所示，使用繼電保護(hù)智能傳動技術(shù)，可將現(xiàn)場繼電保護(hù)調(diào)試時間由89.52人·天縮短至6.68人·天，實(shí)施繼電保護(hù)智能傳動技術(shù)應(yīng)用效果顯著，可大大縮短現(xiàn)場繼電保護(hù)調(diào)試時間，提升工作效率。

4 結(jié)語

無論是變電站基建工程驗(yàn)收亦或是繼電保護(hù)裝置定期檢驗(yàn)、消缺等，繼電保護(hù)傳動調(diào)試試驗(yàn)工作均貫穿其中并起著至關(guān)重要的作用，繼電保護(hù)傳動調(diào)試試驗(yàn)需根據(jù)不同類型的繼電保護(hù)裝置及其不同的繼電保護(hù)功能，通過輸入相應(yīng)繼電保護(hù)定值及投入相應(yīng)軟硬壓板，經(jīng)正確邏輯計(jì)算輸出相應(yīng)故障模擬量完成相應(yīng)測試，因此對現(xiàn)場繼電保護(hù)人員技術(shù)水平有較高要求，而實(shí)際上變電站各項(xiàng)工程仍依賴于人工計(jì)算與調(diào)試。此外，現(xiàn)有繼保測試儀中一鍵式自動測試模板用例都是基于特定的測試場景或繼電保護(hù)設(shè)備而定制的，并不具備通用性，一旦測試對象、測試要求、測試結(jié)果等出現(xiàn)變化，自動測試模板就不再適用，還是需要回到手動測試的方式來完成差異化的測試任務(wù)。文中提出一種基于模板繼電保護(hù)智能傳動技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場測試內(nèi)容靈活組態(tài)及測試報(bào)告靈活組態(tài)，兼容人工確認(rèn)與自動測試項(xiàng)目，經(jīng)現(xiàn)場測試應(yīng)用，使用基于模板的繼電保護(hù)智能傳動技術(shù)可大幅縮短現(xiàn)場繼電保護(hù)調(diào)試時間，提高現(xiàn)場檢驗(yàn)、驗(yàn)收效率。