手持式继电保护定值自动巡检仪的设计与实现

重庆涪陵电力实业股份有限公司 李朋江 张一军 曾 潇

针对变电站继电保护定值、软压板核对长期依赖人工，且耗时耗力，核对困难的现状，本文通过研究大量常规变电站和智能变电站继电保护定值输出方式、现场变电站继电保护通信结构及定值管理等，提出通过MMS通信和采集打印信息的技术手段自动巡检继电保护装置的定值和软压板，与定值清单中定值、软压板自动比对，从而实现对继电保护定值自动巡检的目的。

保护装置是电力系统中保障电网安全稳定运行非常重要的二次设备，保护装置的定值是实现电力系统继电保护的动作判据的重要依据，是保护装置进行逻辑判断的主要参数，对保护装置动作的正确性具有决定性作用，也影响保护装置的性能。随着大电网运行方式的实时变化，运行人员需要根据现场的运行工况不断地对保护装置的定值进行调整，并在厂站端变电站完成对保护装置定值的修改。而在对保护装置进行调试和投运行之前，还需要对保护装置的定值进行下装、核对和检查等工作。

针对智能变电站目前继电保护装置都严格按照IEC61850标准执行，智能变电站SCD(Substatio Configuration Description，变电站配置描述）文件包含了站内所有IED（Intelligent Electronic Device，智能电子设备）的模型、实例配置、通信参数及IED之间的信号关联信息，智能变电站站控层设备之间采用以太网进行连接，站控层通信通过制造报文规范MMS（Manufacturing Message Specification，报文规范）实现交互，互操作性良好，给定值巡检实用化提供了可能，但常规变电站通信规约及配置不统一，通信点表主要依赖人工配置，给定值巡检自动化带来了极大的困难，因此，依据常规变电站继电保护定值都有打印功能的特点，研究以常规保护装置打印输出信息为基础，开展定值巡检。

本文通过研究IEC61850通信及继电保护打印输出信息结构，设计定值模型生成系统、MMS通信系统、定值打印系统、自动比对系统、巡检结果生成系统等实现智能变电站和常规变电站的继电保护定值自动巡检。

1 巡检系统的需求与功能

1.1 需求分析

根据定值巡检和比对要求，由于智能变电站和常规变电站结构和通信方式的不同，分别讨论，针对智能变电站，首先导入变电站SCD配置文件,解析出全站保护装置名称、通讯参及定值、软压板配置，再导入定值清单，解析出定值和软压板名称、整定值、单位等，定值单内容与SCD配置文件建立关联，启动MMS通信系统系统，自动召唤装置定值和软压板，逐一与定值清单比对，比对结果不一致以红色显示；针对常规变电站,启用保护装置打印输出功能，接收打印信息依据Espon的ESC/P编码解析出定值和软压板信息，与定值清单比对,全部装置巡检完成后，通过巡检结果生成系统生成巡检报告存档。

1.2 系统的功能

系统主要有定值模型生成系统、MMS通信系统、定值打印系统、自动比对系统、巡检结果生成系统，系统功能框架如图1所示。

（1）定值模型生成系统。导入SCD文件，解析出通信层配置(包含装置名称、访问点、IP地址、子网掩码)、装置层配置(包含数据集，通道名称，IEC61850数据路径，数据类型)，导入定值清单(EXCEL、WORD、CSV、TXT、PDF文件),解析出定值、软压板的名称、整定值、整定范围、单位)，以名称为基准建立SCD配置与定值清单的关联关系，形成定值单的定值名称、整定值、整定范围、单位，SCD的定值名称、IEC61850路径为基本项的定值模型。

（2）MMS通信系统。启动MMS客户端通信服务，载入CID配置文件，生成本地通信模型，使能控制块，启动自动巡检线程，巡检召唤装置定值、软压板，召唤值写入实时数据库。

（3）定值打印系统。巡检仪的串口接入继电保护打印接口，操作继电保护，打印定值、软压板，巡检仪接收打印信息，根据ESC/P编码解析出整定值，写入实时数据库。

（4）自动比对系统。载入实时数据库，根据整定值、当前值、数据类型，比对定值项，比对结果再写入实时数据库。

（5）巡检结果生成系统。遍历实时数据库，以装置为单位，统计比对不一致项，生成Pdf格式的巡检结果报告。

图1 系统功能框架

图2 系统执行流程图

1.3 系统的执行流程

导入SCD配置文件、定值清单，建立两者关联关系，以定值清单中的定值项为顺序，显示装置定值、软压板信息，启动通信和打印服务功能，获得装置当前值，与整定值比对，最后，生成比对结果报告。系统执行流程如图2所示。

2 关键技术与实现

2.1 智能识别EXCEL文件的定值清单

虽然是EXCEL格式的定值清单，但其格式并不统一，直接导入，将导致获取定值项错误，因此，需要通过一定算法智能识别定值清单，具体实现方式是，逐行扫描，检查是否是合并单元格，如果是，提取行关键字，再继续向下扫描，检查该行每列关键字，是否模糊匹配“序号”、“定值名称”、“整定值”，如果匹配关键字正确，则继续往下扫描，扫描每列内容对应相应的”序号”、“定值名称”、“整定值”，以树状态形式呈现扫描内容，再通过行关键字，自动归类保护定值和软压板配置，针对变压器保护，定值名称重复，则在定值名称后自动添加行关键字中的“高压侧”、“中压侧”、“低压侧”；软压板项中的整定值的“投入”和”退出”关键字，则要转化成通信能够识别的“1”和”0”。

2.2 OCR文字识别技术

针对PDF格式的定值清单，则需要采取OCR文字识别技术，目前OCR开发包较多，但文字识别正确率不高，本文通过应用众多软件,比较不同定值单图片文字识别效果和易用性、技术支持等方面，综合考虑采用百度AI开放平台中的OCR的SDK开发包，再增加基于纠错词库的纠错功能，基本能满足要求。

2.3 MMS通信技术

主要采用SISCO公司的MMS-EASE Lite开发包，这是当前世界主要电力自动化厂商都在使用该开发包，用于实现IEC61850向MMS的映射，主要是以ANSI C源代码的形式提供，不依赖具体编译器和操作系统。

建立IEC61850与MMS对像的映射和服务映射，IEC61850的服务器、逻辑设备、定值组控制块、数据集，分别对MMS对象的VMD、域、有名变量、有名变量表；IEC61850的ACSI服务的GetServerDirectory、GetLogicalDeviceDirectory、GetLogicalNodeDirectory对应MMS服务的GetNameList,GetAllDataValues、GetDataValues对应Read。

图3 比对界面

2.4 打印服务

常规变电站内配置的打印机主要为针式打印机，所以继电保护装置大多是使用 Espon 的ESC/P打印控制指令集来进行打印。ESC/P是为了实现电脑软件与打印机之间所使用之控制码的标准化而制定的，根据ESC/P所作成的软件，在遵循ESC/P的打印机都可以使用，而与打印机的机种无关。

ESC/P的结构：在ESC/P在处理资料的分类上，有标准处理系统(拉丁文字语系)及非英文处理系统(中文、日文、韩文...)，后者在中国是指中文处理系统，是用来控制中文的各种打印变化，而前者是在处理标准的英文、数字及图形码的控制，在各种处理系统均有高版本低版本的阶梯性构造。而标准处理有自己独立的一套ESC/P版本，称为ESC/P标准规格。而中文处理系统也有独立的一套版本(level)。将两者合并起来，就形成了ESC/P的中文规格。

巡检仪将RS232串口的DSR和CTS引脚置高电平，接收打印机输出数据，依据ESC/P编码和保护定值打印格式，解析数据，形成关于定值名称、定值值的标准数据。比对界面如图1所示。

3 系统应用实例

本文研发的手持式继电保护定值自动巡检仪，已初步应用于某智能变电站和某常规变电站的定值巡检中，应用过程如下：

3.1 某110kV智能变电站应用实例

（1）导入变电站配置文件，生成全站继电保护设备模型，再建立继电保护设备与定值清单关联，程序自动导入全部定值清单。

（2）巡检仪网口连接站控层交换机，点“启动巡检”按钮，巡检仪自动巡检全部装置的定值、软压板，自动比对巡检数据。

（3）巡检完成后，自动生成巡检结果。

3.2 某110kV常规变电站应用实例

（1）导入定值清单，自动建立装置名称和定值内容。

（2）巡检仪RS232串口线连接到继电保护设备打印端子，操作继电保护设备，点定值打印，巡检仪自动接收和解析打印数据，与导入的定值清单中的整定值比对。

（3）打印完成后，自动生成巡检结果。

过去的定值巡检工作，现场运维人员拿到定值单后，需要一人读定值单，一人操作屏幕，找到对应定值项，再一一修改，修改完成后，再把装置中的定值打印出来，一人手持待执行的定值单，一人手持打印的定值单，两人逐项一一核对，单个装置整个工序至少需要15-60min。本巡检仪的使用，从技术上改变了巡检工作存在的问题，实现了巡检工作的自动化，提高了核对效率，节约了人工成本，减少继电保护设备运行风险。

4 结语

本文研发的手持式继电保护定值自动巡检仪在定值单的导入方面，针对EXCEL格式的定值单，采用了基于关键字和树形结构识别技术；针对PDF格式的定值单采用了百度AI开放平台的OCR技术，并配合纠错库，实现了定值清单的自动导入；在获取继电保护定值方面，针对智能变电站采用了SISCO公司的MMS-EASE Lite开发包，能与不同厂家、不同型号的继电保护设备稳定通信，互操作性良好；针对常规变电站采用了继电保护打印和ESC/P编码技术，解决了过去常规变电站协议众多、互操作性差、通信不稳定、通信点表需要手动配置等问题，同时采用自动化技术实现了定值的自动巡检，减少了人工干预，降低出错率，从而提高工作效率、节约人工成本，极大提高了继电保护设备的安全运行。