智能变电站微机保护装置集中式网络打印方案研究

2012-04-16李道霖齐文平万启芳韩绪鹏

中国水能及电气化 2012年5期

李道霖，齐文平，万启芳，韩绪鹏

（1.三峡电力职业学院电力工程学院，湖北宜昌 443000；2.湖北超高压输变电公司，湖北武汉 430050）

微机保护装置信息打印作为变电站自动化系统的一项基本功能，应用在很多场合如装置在调试阶段，需要打印试验报告和波形；在投运阶段，需要打印装置的版本、定值、参数等信息并存档；在现场运行阶段，出现装置告警和故障，也需要实时打印输出，作为异常分析资料。

在变电站的运行维护中，现有的微机保护装置的信息打印方式通常存在以下不足：一方面，装置打印的试验结果、装置参数、定值单等纸质文件只能就地阅读，不能被充分利用，也不利于备份及归档保存，更无法接入到电力系统的信息共享平台中，实现信息的共享和整合；另一方面，由于地区需求差异，装置打印的内容和格式也很难满足不同用户的阅读习惯，且在装置内部实现这些差异化的工程定制，有很大的困难。

现有的智能化变电站系列技术规范中未对微机保护装置的信息打印功能做具体规定[1]，所以二次设备厂家基本沿用了常规综合自动化系统的“按间隔组屏配置打印机”方式来实现微机保护装置的就地打印功能[2]。

本文针对常规微机保护装置信息打印方式存在的不足，根据智能化变电站的网络化特征，研究一种适用于智能变电站的微机保护装置集中式网络打印方案及其应用。

1 业务分析

常规变电站综合自动化系统的微机保护装置信息打印方式一般采用分布式配置[2]，一个间隔或一个重要的保护装置配置一台打印机，后台主站又配置单独的打印机。这种分布式的打印方式不利于打印设备的共享，占用了屏位，在一定程度上浪费了资源，增加了变电站间隔层的组网复杂性，而且打印机一般采用交流电源，要求系统具备较大的逆变电源容量（具体取决于站内配置了多少台上屏打印机），由于打印机是变电站自动化系统的故障率较高设备之一，这样就增加了系统的运行维护工作量，提高了变电站系统的安全生命周期成本[3]。另一方面，为了实现装置的打印服务，装置的通讯接口部分一般都要设计独立的打印服务模块，这又增加了装置设计的复杂性，同时也降低了装置的运行效率。另外，装置的就地打印输出一般采用基于串行端口的终端字符方式（俗称“针打”），打印观感效果较差。

为了在变电站自动化系统中实现装置信息的集中式网络打印，系统应在通信速度、通讯规约和打印服务方面具备基础技术条件。

通信速度：站内网络的通信速度要满足打印服务组件从全站微机装置中实时获取打印数据的需要。

通讯规约：站内通讯规约标准要满足打印服务组件从全站微机装置中获取全部打印数据的需要。

打印服务：为了解决常规变电站中分布式打印的问题和不足，应当考虑设计和部署全站统一的打印服务。打印服务组件的设计应满足安全可靠、应用灵活、内容格式、文件标准以及文件传输方面的要求。

变电站自动化技术目前已进入到数字化/智能化时期，无论是系统建模，还是网络通信等都发生了重大变化，网络化是其最重要的技术特征，所有IED设备均具备以太网通信接口，信息交互均基于IEC61850，实现无缝网络化通信。继电保护装置中可靠性要求极高的保护控制功能都实现了功能分布化，如网络化备自投、网络化母线保护等[5]，作为装置辅助功能之一的信息打印功能的实现方式应更能体现网络化这一特征。

基于上述分析，笔者提出一种智能化变电站自动化系统的集中式网络打印的解决方案。方案的主要思路是：取消间隔层微机装置的就地打印功能，利用变电站的高速工业以太网通信网络，通过提供一个集中式的网络打印服务组件（以下简称打印服务组件），从全站微机装置中实时获取打印信息，并通过共享站内的打印机，实现打印内容的输出。打印输出的方式可以是纸质文件，也可以是电子文档。并利用打印服务组件中的文件传输服务，在考虑信息的安全防护及分区的前提下，将标准格式的电子文档接入到电力系统综合信息平台中，实现打印文件的共享和流转[5～6]。

2 技术方案

在国家电网《智能电网发展的十年规划》中，现阶段正处于智能变电站关键技术、关键设备的研制攻关阶段。根据智能变电站设备智能化、传输网络化、信息集成化的要求，集中式网络打印的方案应当符合智能电网及智能变电站的发展要求。智能变电站也为集中式网络打印提供了优势，高速工业以太网络在智能变电站中得到了广泛的应用，百兆级的带宽能够满足打印服务组件实时查询打印数据的要求。智能变电站采用IEC61850国际标准规约，能够满足打印服务组件通过该规约的服务获取全部打印数据的需要（见表1）。

表1 打印服务和IEC61850服务的映射表

打印服务组件与站内智能装置的通讯方式采用以太网通讯，底层通讯模块采用符合IEC61850标准的规约服务接口从装置获取打印数据。将获取的打印数据以XML文件格式进行存储，通过XML渲染技术实现打印数据的预览和保存，打印文件的内容格式可以在XML约束文件XML-FO中进行定义。打印服务组件的实现方案如图1所示。

图1 打印服务组件方案

打印的输出方式可以通过共享站内的打印机直接纸质输出，也可以直接输出格式为PDF的打印文件，输出方式则可以由变电站运行维护人员灵活定义。对于输出的PDF文件，可以通过打印服务组件提供文件传输服务接口（如FTP）接入到远方的信息共享平台中，从而实现打印数据文件的共享和流转。考虑到打印服务组件要作为变电站一个服务插件长期不间断运行，其保存的历史打印文件的数量也比较大，打印服务组件中应设计专门的文件管理模块，按照变电站的生产运行方式管理起来，以方便用户的检索和调取。

打印服务组件之所以采用PDF作为打印输出文件的格式，其原因在于输出打印文件的目的是发布和流转，其格式应符合W3C的要求，而PDF恰好能够满足这一要求。

为了实现文档内容的共享和协作，必须进行文档格式的转换。XML文档转换为PDF文档的过程如图2所示。

图2中展示了XML文档到PDF文档的转换过程，可以将这个转换过程分为两步。

图2 XSL-FO转换流程

第一步：将源XML文档转换为另外一种XML文档，利用XSLT样式表约定转换规则，这一转换过程是通过XSLT Engine自动完成的。这里转换后的XML文档是被XSL-FO语言格式化的XML文档[5～6]，如图3所示。

图3是XSL-FO文档的部分内容，标记“fo：”用于格式化输出，可以指定输出纸张的大小、页边距以及输出内容的具体形式等。鉴于格式化输出的特点，对打印内容的格式可以按照国网“六统一”标准的格式输出，也可以通过XSL-FO来灵活配置打印格式，以满足不同用户个性化的需求。

图3 XSL-FO文档示例

第二步：生成PDF，需要用XSL-FO Render来完成。这里选择FOP（Formatting Object Processor/格式化处理对象）来完成XSL-FO文档到PDF文档的转换。

集中式网络打印在打印方式上有所转变，但在打印内容上仍应保留传统的分布式打印项目，即实时打印和查询打印。实时打印包括装置告警、操作记录、自检信息和故障报告等，查询打印包括装置版本、参数信息和定值等。

由于间隔层不再单独配置打印机，打印服务组件通过共享站控层打印机进行打印输出，而变电站站控层服务器也具备一定的打印功能，难免出现重复打印的问题。为了消除这种影响，打印服务组件应允许用户配置要打印输出的项目。在打印输出控制方面，用户通过设定输出方案，既可以通过控制共享打印机进行纸质打印，也可以直接保存为PDF文件。

对于打印输出的时间控制，如果是查询打印，一般设定为直接输出，而对于实时数据打印，由于目前共享的站控层一般为激光打印机，走纸方式为整页打印，为节约纸张和便于阅读，可采用一定的缓存策略来实现。具体做法是将实施上送的打印数据先放到缓存队列里，并在主窗口分类显示，采用显示内容满页方式或定时打印方式输出。打印文件的输出也采取同样的策略，只不过输出的方式是数据文件而已。由于目前变电站无人值守者居多，所以这种准实时的打印方式并不会影响运行维护人员对变电站信息的掌握，相反由于打印数据文件可通过文件传输服务远传至电力系统的信息共享平台，更能够使运行维护人员全面具体地掌握变电站的情况。

打印服务组件在变电站的应用方式可以灵活多样，既可以安装在主站服务器上，以服务组件的形式实现全站智能装置的数据打印，也可以安装在便携式PC上，利用站内网络，实现对单个微机装置的无纸化调试，并可将调试结果以电子文档的形式保存备份，或用于编制调试报告。

3 应用实例

为某新一代智能变电站自动化系统设计的集中式网络打印技术方案如图4所示。

图4 新一代智能变电站自动化系统打印方案

该电站采用工业以太网进行通信，并采用IEC61850作为唯一通信建模标准，保护屏体上不再设计打印机屏位，间隔层微机保护装置待打印信息通过网络方式送达打印服务器进行实际打印或电子文档存储或远传。维护和继保分析人员也可以从打印服务器上选择相应的保护装置进行信息的召唤打印。打印输出文件格式可满足各地区的不同要求，实现内容输出灵活的差异化控制，并且还具备与电力管理信息系统（MIS）电子文档格式接口功能。

智能变电站集中式网络打印方案将对原有的继电保护定值管理规程等产生一定的影响，笔者相信这种影响就如同其它智能变电站新技术应用对传统规程的影响一样，会逐步得到认可和应用。