基于无线通信的继电保护定值校核研究

陆振坤， 乔向阳， 马 兵， 涂鑫国， 牛俊琪

(芜湖供电公司，安徽 芜湖 241000)

基于无线通信的继电保护定值校核研究

陆振坤， 乔向阳， 马 兵， 涂鑫国， 牛俊琪

(芜湖供电公司，安徽 芜湖 241000)

为了解决目前变电站继电保护定值校核工作量大、误核漏核等突出问题，提出一种基于无线通信的继电保护定值校核系统。系统通过无线收发模块将采集到的保护装置定值上传至上位机，并同调度下发的定值进行自动比对，验证定值的正确性。该系统主要包括定值单读取、定值单对比、定值单修改与写入、电子签名、报告存档与打印等流程，重点论述了定值无线校核的硬件构成和软件设计。变电站实际运用表明，该校核系统满足了实际工程的需要，切实有效地提高了变电站核验的效率。

定值校验； 无线通信； 继电保护

0 引 言

为提高继电保护设备的可靠性，工作人员每年都需要开展至少两次“保护定值核对”工作[1]。目前，继电保护定值整定交接及管理依然采用传统的现场整定打印，对每套继电保护装置的每份定值人工逐条核对，继电保护人员与变电运行人员双方签字确认，纸质归档的工作流程和方法[2]。该方法虽能较大限度的防止定值误整定情况的出现，但其存在工作效率低、人工成本高，无法百分之百防止定值误整定，定值纸质留存管理既占空间又耗资。

针对上述问题，近年来继电保护学者主要将研究重点集中在继电保护在线定值校验中。如文献[3]中将计算机技术融入到定值校验中，对于不同类型的保护整定方法进行说明，探究和仿真各类型保护之间的配合。文献[4]中以变压器模型为基础，探究变压器保护整定原理，将计算机仿真技术与变压器模型相结合。文献[5]中提出了一种保护仿真软件，为继电保护定值校验提供了窗口。这种基于变电站保护信息管理子站系统平台，通过召唤子站系统的定值进而形成比对结果的方法具有一定的优点，但其对网络及设备的投资过大，操作较难。在定值单管理的研究上主要集中在调度端，对现场继电保护装置打印的原始定值单管理并没有过多探究[6-7]。

本文提出一种基于无线通信技术的定值校核硬件及软件系统，在不影响保护装置正常运行的前提下，读取保护装置内部定值，保存后通过无线模块传输至上位机，核对定值后进行电子签名并归档，实现定值无线校验的电子化和定值单交接管理的无纸化。

1 定值无线核对系统流程

定值核对系统首先通过开发的无线定值传输系统将现场采集到的定值传输至计算机，而后使用定值自动核对程序对现场定值和调度下发的定值进行自动核对。若核对正确，则保护及运行人员双方在计算机上进行电子签名交接，完成后由管理程序进行归档管理并上传服务器；若核对错误，则保护人员应该按照提示的错误信息重新进行现场整定，并再次进行传输、自动核对，直至核对正确后完成电子签名及归档上传。

2 定值无线校核的硬件构成

定值无线传输与采集系统如图1所示。利用串口转无线发射模块，将保护装置中定值数据，通过保护装置上的RS-485或RS-232接口，将保护定值、软压板状态、装置台账等信息转化为无线信号，再利用无线转串口接收模块在便携掌上电脑或计算机上无差的接收无线信息，通过驱动程序将接收模块的数据与掌上电脑(Pad)或计算机进行交互，经过规约解析提取出定值信息，并保存为Excel表格的形式。在上位机上有无线转串口接收模块接收无线信号传输到上位机。上位机有定值整定系统与原始定值比对，从而检测出不同定值。

图1 定值无线传输与采集系统图

通信模块采用nRF24E1，其结构图如图2所示。该模块主要包含2.4 GHz无线收发nRF2401模块和增强型8051内核无线收发模块。nRF2401含有125个频点，能够实现点对点、点对多点的无线通信，传送距离可达200 m以上[8-9]。集成增强型8051控制器，其集无线数据接收和发送于一体，传输性能稳定[10]。通信模块通过RS-485或者RS-232接口直接与保护装置连接，可以在不影响其正常有线通信的情况下，将装置的通信数据通过无线形式发送。将该模块通过USB接口与上位机连接，可以无差地接收无线发射模块传输的数据，通过驱动程序将接收模块的数据与上位机进行交互，经过规约解析提取出定值信息。

图2 nRF24E1内部结构图

此外，除无线通信模块nRF24E1以外，外围辅助电路还包括RS-232通信电路MAX232、电压转换电路AMC1117、射频天线电路、灯光指示电路等。该硬件功耗低、性能稳定，可满足工作人员在变电站集控室内即可对现场继电保护装置内的定值进行采集，免去了工作人员前往现场打印定值单的麻烦。

3 定值无线校核的软件设计

继电保护装置型号繁多，不同厂家生产的不同型号的设备同样会有差别。在就地操作时，操作人员需熟悉每种装置的操作方法，费时又费力。使用定值无线传输进行校核的方法，无需对装置进行操作，但其存在着不同保护的装置定值名称、数值单位不一致，上位机对这些信息进行采集时无法正确对应，不同保护与上位机进行通信时存在着规约不一致的问题。由于自定义规约的存在，使得各个设备间的兼容性较差，不利于定值无线传输系统的推广。

对于目前数字化变电站来说，其站控层网络通常使用103规约或61850规约。其中103规约功能覆盖范围广，使用103规约可实现对所有继电保护的远方操作功能。通过101/104规约只可实现定值区切换、软压板投、信号复归等功能。为方便起见，本文所提通信装置拓展后应用于定值查看、修改操作等功能，故选用扩展远动103规约来实现[8-9]。

定值核验上位机程序使用MFC编写，其程序流程图如图3所示。首先在MFC工程中添加串行通信MSComm控件并调用与之对应的类，基于此控件搭建串口通信系统，完成保护装置与上位机的数据传输，根据保护装置的规约文本解析出需要核验的定值并保存；其次，借助office目录下的Excel类型库读取调度下放的定值单，并调整定值顺序与保护装置一致；最后，逐条核验定值是否匹配，若完全相同，则插入保护及运行人员的电子签名并存档；否则，生产相应的错误报告，并提示修改保护装置内定值，直至定值完全相同，完成定值核验。

图3 上位机数据处理流程图

定值核验的软件主界面如图4所示，其主要包括定值名称、原始定值、保护定值3个部分。在导入定值表格时，当两表格定值名称不相符时会报错，证明两表格格式不同，不能比较。所导入的定值与定值名称一一对应，可以看出原始定值和保护定值的差别，其中红色标注的表示原始定值和保护定值不匹配。在比对完毕后，使用检测按钮可以生成检测报告，对不符合校验要求的定值进行标注。

4 定值自动校核与人工校核的对比

使用传统由人工进行核对的方法，工作人员需要前往变电站各个保护装置前进行定值打印后逐一核对，则一套保护装置需要2人至少20 min才能完成。其纸质定值单数量庞大，管理困难，容易出现漏核和误核。而且在运行过程中难免修改更新定值，要对相应留存的纸质定制单进行替换整理，工作量也很大。使用本文定值无线传输设备，在集控室内对全站40台保护装置的定值召唤时间需5 min左右，将每一条定值进行核验并得出最终对比结果共需10 min左右。若某台设备需要定值修改后核对，工作人员在上位机召唤该台保护装置定值，从生成定值单到对比结束仅需2 min。

图4 定值核验主界面

以安徽省芜湖市为例，根据《2015年芜湖地区电网继电保护状态检修综合报告》统计，截止2014年12月，芜湖继电保护专业管辖市区及县域共46座220 kV及110 kV变电站，总计1 624套继电保护装置。假设每套保护装置包含两个区的保护定值，一个变电站有35套左右继电保护装置，2人每天工作8 h参与核验工作，使用人工校核和定值无线传输校核两种方法的用时数据对比如表1所示。从表中数据可以看出，使用定值自动校核方法可以大大提高工作效率，节省人力和物力。

表1 定值自动校核和人工校核的用时数据对比

5 结 语

本文利用无线通信技术对继电保护装置定值进行无线传输和校核。主要介绍了无线收发芯片nRF24E1的结构以及校核软件的功能。使用本文所述方法对保护定值进行无线核验，可代替继电保护工作人员亲自到变电站现场进行保护定值核对。将传统的“人工整定、现场纸质打印、人工核对、纸质存档”改进为“现场定值整定、定值无线传输、定制自动核对、电子签名、电子存档并上传服务器”。在提高工作效率的同时，也减少了查验过程中人为因素的影响，使定值的核对、交接和管理更加的安全、高效、节能及环保，对于提高继电保护的可靠性具有重要意义。

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[2] 张华宁，陆进军，何鸣一，等．定值校核系统在EMS系统中的设计与应用[C]//2013年中国电机工程学会年会，2013．

[3] 王 峰，刘之尧，张 弛，等．广东电网继电保护故障及信息系统高级应用功能设计与实现[J]．广东电力，2009，22(12)： 307-309．

[4] 明 哲，李海强．调度自动化系统与继电保护故障及信息系统统一数据模型的研究[J]．广东电力，2009，22(4)：13-16．

[5] 陈建业，张 涛，陈 浩．安全隔离技术在电力信息网络安全防护中的应用[J]．山东理工大学学报(自然科学版)，2009，23(5)：72-75．

[6] 段惠明，何飞跃，李志宏，等．基于EMS和故障信息系统的在线定值管理系统构想[J]．电力系统自动化，2006，30(10):97-99．

[7] 李 枫，祁 忠，曹 斌，等．江苏省220kV保护装置定值自动校核系统的研究[J]．江苏电机工程，2015，34(5)：37-39．

[8] 王 皓，杨建旭，何 鸣，等．基于模板的电力保护系统通信规约研究[J]．继电器，2007，35(22):23-26．

[9] 谢 俊，石东源，杨增力，等．基于多代理系统的继电保护定值在线校核预警系统[J]．电力系统自动化，2007，31(13):77-82．

Research on Relay Protection Setting Verification Based on Wireless Communication

LUZhenkun,QIAOXiangyang,MABing,TUXinguo,NIUJunqi

(Wuhu Power Supply Company，Wuhu 241000， Anhui, China)

In order to solve the problems of heavy relay protection setting value checking workload and missing and leaking currently data in transformer substation, this paper proposes a relay protection setting checking system based on wireless communication. The system collects the protection device setting and uploads to the host computer through the wireless transceiver module, and compares with the scheduling of the fixed value to verify the correctness of the real value. This system mainly holds the functions of getting device setting form, comparing setting value, modifying and rewriting, electronic signature, archiving and printing process, achieving check delivery paperless in substation. Hardware and software of the wireless checking design are discoursed mainly. Practical application in the system transformer substation shows that it meets the requirements of practical engineering and effectively improve the efficiency of the substation checking.

setting check; telecommunications; relay protection

2016-07-20

陆振坤(1984-)，男，安徽安庆人，学士，工程师，研究方向：有继电保护状态检修、变电站精益化评价。

E-mail：1564451701@qq.com

TM 77

A

1006-7167(2017)03-0041-03