基于继电保护装置定值校验仪的定值校核研究

冉一丁 孙晓雷 李智诚 魏 震 唐守克 陈德坤

（山东送变电工程有限公司）

0 引言

电力继电保护装置定值的准确性是保障电网稳定运行的重要基础。继电保护及故障信息子站系统作为保护运维和电网故障分析的重要工具，已经广泛应用于220kV及以上电压等级的变电站，但运行效果普遍不理想，主要因素有：信息繁杂、提炼不足，管理面宽、针对性和易用性差，没有考虑和保护专业管理工作的有效接口［1-3］。

传统保护装置定值校核工作模式是：保护人员2人一组，一人读取定值另一人在装置上操作，输入完毕后保存；然后2人互换角色，进行第一次核对，无误后，运行人员打印装置内部定值单；2人一组，将定值清单和打印的定值单逐项进行核对，完成第二次核对，其中任何一个环节出错就重复以上流程［4］。

这种工作方法需较多的人力和耗费员工大量的时间和精力。例如一条220kV线路，至少4人一组，约40min才能完成；一台220kV三圈变，约90min；一条500kV线路，约100min才能完成；一台500kV三圈变，约200min，且电压等级越高，配置越复杂，整定的项目越多，耗时越长［5］。

本文基于定值校验仪替代人工操作，通过将定值单转化为归一化表格的方式读取各种格式定制单的定值数据，然后将提取的定值数据与模型文件中的定值项进行定值校核，校核完成后可通过USB接口与打印机连接打印校核结果，操作过程简单便捷，可提高工作效率和校核准确性。

1 电力继电保护装置定值校核面临的问题

1.1 不同格式定值项提取工作难

利用软件完成的自动校核有一个非常重要的步骤是从电子版定值单提取定值项，目前各地并没有统一的定值单文件格式和表格样式，各省市常见文件格式有pdf、doc、docx、xls、xlsx、html等，表格中常见定值项关键字有“名称”、“整定项目”、“控制字名称”、“定值名称”、“一区定值”、“动作值”、“现定值”、“新定值”、 “更改后定值”、 “现正常状态”、“整定值”等，利用软件解析提取不同文件格式和表格样式的定值单是一项不易的工作，若针对不同文件格式和表格样式定制开发相应的定值提取软件，低效且难于管理。而开发一种能够兼容绝大多数定值单，极少数非常特别的定值单再定制开发的方式则比较明智。

1.2 定值单项命名规范不一致导致匹配难度大

利用软件完成的自动校核有一个非常重要的步骤是从电子版定值单提取定值项，并与IEC61850模型（简称模型）中的定值项作文字匹配，由于模型是在变电站建设时期由厂商根据需求和装置icd文件生成，而定值单是由各省市地调度下发，由于没有统一的定值单项命名规范，二者的定值单项命名并不相同，经常出现同一个定值项在模型里和定值单里的文字表示相差甚远，所以需要软件来将不同的二者匹配在一起，以期最大化整个定值单的匹配数量，简化现场工作人员的操作步骤，提高效率，经过匹配的定值项将继续进行后续的校核工作。

2 系统架构

本定值校验仪需要面对数字化变电站中数量和型号众多的保护装置，同型号装置也存在生产日期和软件版本不统一的问题，与各保护装置通信方式基本上都采用IEC61850-8-1（MMS）通信协议，可自动读取保护装置内部所有定值项，定值范围，可连接站控层交换机，也可单独连接保护装置站控层通信网口。

如图1所示，为继电保护装置定值校验仪的系统架构图，主要分为三个部分。

图1 系统架构图

图2 定值单项提取过程

（1）定值数据采集。主要通过IEC61850通信规约自动读取保护装置内部所有定值项，定值范围、导入的关于当前保护装置的定值设定情况的SCD文件以及调度下发的待校核的定值单（支持PDF，XML，EXCEL，CSV等多种格式）；

（2）定值校核。根据定值项描述采用文本匹配完成定值项的自动匹配，将读取定值单与装置内读取的定值项进行自动比对校核；

（3）打印结果。校核完成后，定值校核仪与打印机通过USB接口连接后打印校验结果。

3 继电保护装置定值校验仪定值校核研究

3.1 定值数据采集

本文介绍一种智能化提取表格类定值单项的方式，可以兼容目前各省市在用的大多数定值单，当应用于新关键字的定值单时仅通过简单的配置即可快速兼容。

主要由两个步骤来完成提取定值单项： （1）将各种格式的定值单转化为一种归一化表格，该归一化表格充分考虑到后续提取工作的便携性，又不丢失原有表格的内容及合并格信息； （2）逐行读取归一化表格，并根据关键字找表头，当找到表头，则保存该行信息为模板作为此行以下的表项的提取依据，而表头以下的表项每列代表的信息可从表头确定，当逐行读取完表格就可提取出所有的定值项。

归一化表格的定义要考虑到不丢失原表格信息同时方便后续处理，将归一化表格命名为BillTable，表行命名为BillRow，单元格命名为BillCell，其UML图如图3所示。

图3 归一化表格UM L图

其中最基本的单元为单元格BillCell，其属性中的rowspan和colspan代表合并格表格跨度，仅表格被合并时有效，图4为表格提取示例图。

图4 表格提取示例图

以图中第3行为例，A3是一个普通单元格，merged为false，rowspan和colspan都为1，value为“1”，表格B3是合并格的首格，rowspan为1，colspan为3，value为“低电压闭锁定值”，merged为false，表格C3和D3都是被合并格，merged为true，rowspan和colspan都为0，value为空，E3与A3类似，F3与B3类似，G3与C3或D3类似；表行BillRow为多个单元格BillCell组成；表格BillTable由多个BillRow组成。图4提取为归一化表格结果如图5所示，其中灰色格为被合并格，后续处理将被忽略。

图5 归一化表格提取结果

归一化表格的特点是合并格的信息被转化为单元格的属性，在提取定值单项过程中方便处理，提取处理中可直接忽略被合并格。从归一化表格提取定值单项时为找到每列代表的意义，先以关键字找到表头，由表头中每列代表的意义作为其下定值项的模板。本文以三类关键字作为查找表头依据：名称、目标值和单位。其中名称类关键字如“名称”、“控制字名称”、“定值名称”。目标值类关键字如“现定值”、“新定值”、“更改后定值”，单位类关键字如“单位”。

归一化表格在逐行扫描时，将忽略被合并的单元格，并优先寻找以上三类关键字，当三类关键字都被找到时认为找到表头，若未找到表头而其结构又与表头行结构相同，则认为是定值项。以图4和图5为例，扫描第1行未得到任何结果，在扫描第2行时根据关键字可以找到表头，并确立B列、E列和F列分别代表名称、单位和目标值，当扫描第3行时未找到表头但是发现其行结构与表头第2行一样，则其B列、E列和F列就是该定值项的名称、单位和目标值。后续以此类推即可得到定值单的所有定值项。

3.2 定值校核

本文介绍一种用于智能化匹配定值单的匹配算法，主要用于电力继电保护装置定值校核中的定值单项与保护设备定值项匹配，也可用于其他类似的单项匹配场合。

本算法主要有三个步骤： （1）定值单项文字描述和模型定值文字描述预处理； （2）计算定值单项文字描述与模型定值文字描述相似指数； （3）定值单项与模型定值项进行双向最优化匹配。

（1）文字描述预处理使用特殊文字替代策略，针对电力行业应用场景对特殊的文字进行替代处理，如模型中的“过流Ⅰ段定值”（其中“Ⅰ”为罗马数字）在定值单中的文字常表示为“过流I段定值”（其中“I”为大写英文字母）或“过流1段定值”，模型中的“经其它侧复压闭锁”在定值单中的文字常表示为“经其他侧复压闭锁”，所以本算法将类似的特殊文字做统一替代处理，即罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ与英文字母I、II、III统一用阿拉伯数字1、2、3替代，“其它”用“其他”替代，根据现场使用很容易地可以提取到常见的替代文字，作为一个替代文字库，在进行文字相似指数处理时应充分考虑到这些替代文字。定值单项与保护设备定值对应关系如图6所示，算法处理过程如图7所示。

图6 定值单项与保护设备定值对应关系

图7 算法处理过程

（2）文字相似指数指两个待处理字符串从前往后依次扫描每个字符，找到匹配个数，如图8所示为文字相似指数示意图。其中第①种情况两字符串都为“ABCDEFG”，则相似指数为7；第②种情况两字符串分别为“ABCDEFG”和“ACDEFG”，前者比后者多一个中间字符，相似指数为6；第③种情况两字符串分别为“ABCDFG”和“ACDEFG”，两者都有对方丢失字符串，相似指数为5；第④种情况两字符串分别为“ABCDDFG”和“ACDFG”，前者有两个连续的相同字符，但由于该字符已经被计数过则后一个会被忽略，相似指数为5；第⑤种情况两字符串为“ABCDBFG”和“ACDEFG”，前者有两个不连续的相同字符，但由于第二个字符串的“D”后没有相同字符，相似指数为5；第⑥种情况两字符串为“XABCDFGY”和“ACDEFG”，前者的首尾字符后者都不包含，扫描过程中会自动忽略，相似指数为5。

图8 文字相似指数示意图

（3）双向最优化匹配在第2步的基础上进行，目前各省市在用的常见定值单内容分为装置参数、定值、控制字和压板四种类别，可能出现文字描述非常相近的情况，特别是定值项和控制字描述可能完全一样，如“高复压过流Ⅰ段1时限”，只不过它们一个带单位另一个不带单位，本算法为保证最优化匹配，会先进行双向相似度排序找到最优匹配项再进行单位比对。

双向相似度排序如图9所示，保护设备定值和定值单定值按文字描述，分别计算每项与对方表格每项的相似度，并按相似度排序，保护设备表第1项定值“过流I段电流”的相似度排序为“1（6）2（5）3（4）4（3）5（2）6（2）”，其中1（6）代表定值单第1项的相似度为6，同理定值单表第1项定值“过流I段电流”的相似度排序为“1（6）3（5）2（4）4（3）5（2）6（2）”，其中1（6）代表保护设备表第1项的相似度为6，可以看出该项互为最相似项，又由于单位相同，则它们是匹配项。

图9 双向相似度排序

对于一次定值单匹配，依次进行上述操作即可完成大部分定值单的定值项匹配工作，对于无法计算出最优相似度或单位无法匹配的定值项由人工确认。

完成定值项的双向最优化匹配后，定值校验仪将读取的定值单与装置内读取的定值项进行自动校验，比较两者的定值项是否一致，如果有差异，会记录为校核异常，并针对异常的定值项进行告警显示，同时生成校验记录。

3.3 打印结果

校验记录和结果可通过校验仪自带的USB口连接到站内打印机上打印，也可以直接通过U盘导出定值模板和校验记录。

4 结束语

本文介绍了一种继电保护装置定值校验仪，针对传统智能变电站中定值校核存在的费时费力等问题，提出了一种基于定值校验仪替代人工操作，读取保护装置内的定值信息，并与定值单进行校核的方法。同时，校验结果可通过USB口连接打印机打印出来。通过定值校验仪的使用，减少了人力物力的耗费，大大提高了定值校验的工作效率和校验的正确性。