鄒經(jīng)鑫，劉 鑫，袁明哲，盧音樸，張 帥，李雪愷

(國網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司, 四川 成都 610041)

0 引 言

近年來，變電站智能設(shè)備的推廣應(yīng)用已經(jīng)得到了長足的發(fā)展，各大城市已經(jīng)出現(xiàn)了大量智能變電站。智能變電站全站系統(tǒng)配置文件(substation configuration description，SCD)是智能變電站應(yīng)用和管理的核心。目前各大廠家均已遵照IEC 61850規(guī)范，推出各具特色的具有SCD文件解析及解析結(jié)果的可視化展示功能的配置工具。

在220 kV智能變電站中，正常運行設(shè)備涉及大量智能裝置，其二次系統(tǒng)調(diào)試是變電檢修工作的重要組成，需根據(jù)不同設(shè)備的詳細情形因地制宜地制定可靠的個性化調(diào)試方案[1]。一般情況下，二次檢修人員將在工作前一周內(nèi)開展現(xiàn)場查勘。在進行查勘工作時，查勘人員將對照該智能站最新的SCD歸檔文件，核實現(xiàn)場工作涉及到的光纖回路、電纜回路、軟硬壓板、裝置定值單等各類信息，據(jù)此編制安全措施票及調(diào)試項目。由于檢修人員的技術(shù)水平和作業(yè)習(xí)慣存在差異，在智能站二次工作安全措施(以下稱“安措”)制定的過程中可能遺漏重要回路，造成安措執(zhí)行不到位，或是調(diào)試效率低下、調(diào)試項目不充分的問題[2]。目前，已有學(xué)者針對智能變電站二次安措的生成進行了一些研究，但并未涉及設(shè)備調(diào)試內(nèi)容[3]。因此，亟需在充分了解智能變電站運行結(jié)構(gòu)原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合SCD解析結(jié)果，及時對智能變電站二次設(shè)備調(diào)試方法進行創(chuàng)新升級，實現(xiàn)智能變電站二次系統(tǒng)調(diào)試項目的自動生成。實現(xiàn)設(shè)備的科學(xué)檢修調(diào)試，為智能變電站安全、可靠、穩(wěn)定運行提供條件。

與常規(guī)變電站相比，智能變電站的最大不同在于采用了SCD文件進行二次回路設(shè)計描述。SCD文件包含了智能電子設(shè)備(intelligent electronic device，IED)通信、類型、參數(shù)、控制塊、裝置間聯(lián)系等所有信息[4]。其中二次系統(tǒng)調(diào)試的主要目標(biāo)是精準(zhǔn)確定調(diào)試方案，實現(xiàn)對SCD文件中二次回路的全面驗證。下面采用XPath(XML路徑查詢語言)技術(shù)聯(lián)合文檔對象模型(document object model，DOM)方法對SCD進行語義解析，將原本不易理解的文本解析成結(jié)構(gòu)化控制語言(structured control language，SCL)元素，以完整可靠地調(diào)試裝置并清晰地反映二次回路的內(nèi)容，生成調(diào)試方案及安全措施[5]。

1 智能變電站過程層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

智能變電站過程層數(shù)據(jù)通信引入發(fā)布/訂閱機制實現(xiàn)，其通信參數(shù)、數(shù)據(jù)通道、虛端子連接等信息均在SCD文件中完成配置。通過過程層發(fā)布/訂閱機制的3類核心參數(shù)描述及示例如表1所示。其中：前兩類參數(shù)決定各智能裝置間的邏輯鏈路關(guān)系；最后一類參數(shù)用于實現(xiàn)多端口應(yīng)用需求，亦屬必要配置參數(shù)。

表1 過程層發(fā)布/訂閱機制的核心參數(shù)及示例

作為SCD配置文件的重要組成部分，IED過程層虛端子配置文件描述了通用面向?qū)ο笞冸娬臼录?generic object oriented substation event，GOOSE)發(fā)布/訂閱、采樣值(sampled value，SV)發(fā)布/訂閱所需的通信、控制及端口信息。其中：GOOSE發(fā)布/訂閱分別屬于GOOSEPUB(GOOSE發(fā)布)元素/GOOSESUB(GOOSE訂閱)元素集合范疇；SV發(fā)布/訂閱分別屬于SVPUB(SV 發(fā)布)元素/SVSUB(SV訂閱)元素集合范疇。

IED過程層虛端子配置文件是其過程層通信配置的最小集合，直接影響IED之間二次回路過程層連接關(guān)系的具體表達[4,6]。圖1為二次回路GOOSE發(fā)布/訂閱的基本結(jié)構(gòu)，SV發(fā)布/訂閱具有與之相同的結(jié)構(gòu)。依據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，基于智能變電站過程層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，針對性地提出SCD文件解析方法。

圖1 GOOSE發(fā)布/訂閱的基本結(jié)構(gòu)

2 SCD文件內(nèi)核解析

2.1 解析過程

當(dāng)前用于SCD文件解析的主要方法有DOM解析方法和XML簡單應(yīng)用程序接口(simple API for XML，SAX)解析方法[7]。鑒于DOM模型優(yōu)點[8]及SCD文件的規(guī)模特征，引入Xpath技術(shù)[9]聯(lián)合DOM方法展開SCD文件解析。

SCD文件解析過程主要包括讀取文件和分析文件，解析過程如圖2所示。首先，讀取文件將SCD文件路徑在內(nèi)存中形成DOM樹，節(jié)點類型為XmlNode，可以訪問其前節(jié)點、后節(jié)點、父節(jié)點和首個子節(jié)點，從而建起便于遍歷的整棵樹結(jié)構(gòu)。同時，構(gòu)建所有節(jié)點集合(XmlNodeList)，獲取子節(jié)點信息，再運用XPath強大的查找功能，快速定位所查找IED的所有訪問節(jié)點。

圖2 SCD文件的解析過程

分析文件即是重構(gòu)SCD文件的過程，以生成符合要求的新結(jié)構(gòu)樹。在重構(gòu)過程中，使用具備一對一處理能力、能迅速通過關(guān)鍵字查找對象的Map關(guān)聯(lián)容器[7]構(gòu)造新結(jié)構(gòu)樹的節(jié)點。

2.2 實現(xiàn)流程

為實現(xiàn)SCD文件讀取，需調(diào)用Load函數(shù)，在內(nèi)存中形成DOM樹，采用語句Xpath=“/SCL/IED”獲取相應(yīng)IED名稱，并將節(jié)點類型轉(zhuǎn)換為XmlElement，采用GetAttribute函數(shù)獲取節(jié)點類型及名稱等參數(shù)。將IED信息輸出至列表框，完成系統(tǒng)初始化。

對于SCD文件分析，需要確立與SCD文件相對應(yīng)的新結(jié)構(gòu)樹，以展開SCD解析。首先需預(yù)先定義樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型包括Substation根節(jié)點、IEDNode等5類節(jié)點類型和功能約束數(shù)據(jù)屬性(functionally constrained data attribute，F(xiàn)CDA)等[7,10]。生成新的結(jié)構(gòu)樹是一個遞歸的過程，這里引入XPath快速查找功能從DOM樹獲取所需配置參數(shù)，然后寫入新樹對應(yīng)屬性，最終完成新結(jié)構(gòu)樹的構(gòu)建。SCD文件解析配置主要流程如圖3所示。

圖3 SCD文件解析配置主要流程

1)由根節(jié)點進入通信系統(tǒng)(communication)元素，查找GSE/SMV接入點，采用XPath查找功能獲取第一個IED下所有邏輯設(shè)備(logical device，LD)信息。

2)訪問LD第一個子節(jié)點LN0，記錄lnType值，并訪問其下DOI節(jié)點，記錄lnType各DOI值；

3)根據(jù)lnType和DOI值，在可實例化的邏輯節(jié)點類定義模型DataTypeTemplates/LNodeType中查找對應(yīng)的lnType，并找到對應(yīng)的數(shù)據(jù)對象(data object，DO)，即可獲取DO的type值。該過程可利用XPath技術(shù)快速完成。

4)通過解析DO的Type值，可得隸屬于DO的數(shù)據(jù)屬性(data attribute，DA)，同時DO中各數(shù)據(jù)定義狀態(tài)可進一步由DA的“功能約束FC”這一屬性獲取[11]。再次運用Xpath技術(shù)，查找id名與上步DO的Type值相同的DOType節(jié)點，并獲取該節(jié)點下的所有DA節(jié)點。

5)根據(jù)步驟2訪問DOI節(jié)點下的DA節(jié)點，并依據(jù)DA節(jié)點名稱得到步驟4中DA對應(yīng)節(jié)點，從而獲取該DA節(jié)點具體類型。

考慮到全站數(shù)據(jù)規(guī)模較大，同時為了數(shù)據(jù)復(fù)用和程序執(zhí)行效率，引入MySQL數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)處理方案。此外，在數(shù)據(jù)處理過程中，該方法集中對各數(shù)據(jù)類型進行了分類定義歸檔，以便實際工程應(yīng)用中根據(jù)不同的實例化需求(如遙信、遙測數(shù)據(jù)單獨調(diào)試)快速讀取數(shù)據(jù)。

依據(jù)上述SCD文件解析流程，可快速獲取各IED名稱、邏輯裝置名稱、控制塊具體配置以及DataSet元素的中文描述。這些解析得到的配置信息可以用于指導(dǎo)智能變電站二次系統(tǒng)檢修工作中安全措施及調(diào)試項目的生成，具體生成方法在下一章展開論述。

3 安全措施與調(diào)試項目生成

3.1 確定調(diào)試項目

智能變電站二次系統(tǒng)調(diào)試包括單體調(diào)試、整組調(diào)試。單體調(diào)試只針對單項測試展開，整組調(diào)試則是驗證各智能設(shè)備間的聯(lián)絡(luò)與配合關(guān)系，二次回路的正確性通過整組調(diào)試進行驗證[4]。GOOSE開入/開出測試、SV輸入/輸出測試等項目屬于單體調(diào)試的范疇。表2展示了二次回路發(fā)布/訂閱配置參數(shù)與調(diào)試項目的對應(yīng)關(guān)系。

表2 二次回路與調(diào)試項目

根據(jù)表2所示對應(yīng)關(guān)系，基于解析SCD方法生成對應(yīng)調(diào)試項目的主要步驟如下：

1)引入XPath技術(shù)快速搜索GOOSE/SV發(fā)布的配置信息，然后根據(jù)搜索結(jié)果對比控制塊、通信、通道等配置信息的差異，最后生成對應(yīng)調(diào)試項目。根據(jù)形成的調(diào)試項目對IED開展GOOSE/SV輸出的單體調(diào)試。對于通信參數(shù)對應(yīng)的GOOSE/SV輸出的通信參數(shù)檢查，需要保持IED發(fā)出的通信參數(shù)應(yīng)與SCD文件相一致；對于數(shù)據(jù)通道的輸出一致性校驗，應(yīng)采取IED功能測試，檢驗IED所發(fā)參數(shù)與SCD文件是否一致。

2)再次引入XPath快速搜索GOOSE/SV訂閱的配置信息，然后根據(jù)搜索結(jié)果對比控制塊、鏈路、通信、通道等信息差異點，最后生成對應(yīng)調(diào)試項目。對于GOOSE/SV輸入的通信參數(shù)檢查，需要保持IED接收數(shù)據(jù)通信參數(shù)與SCD文件相一致，并檢查IED設(shè)備GOOSE/SV輸入過程是否存在異常警報；對于GOOSE/SV輸入的整組調(diào)試，需要從發(fā)送側(cè)IED輸出配置信息，檢查確保IED的GOOSE/SV輸入與SCD文件保持一致；檢查IED設(shè)備GOOSE/SV輸入過程是否存在無異常警報，并核實接收過程中斷報警信息的一致性，最后在模擬接收過程中斷情形下，確保IED上傳監(jiān)控系統(tǒng)的過程警報描述與實際過程保持一致。

3.2 生成安全措施

在進行二次設(shè)備調(diào)試前準(zhǔn)確制定和實施安全措施，實現(xiàn)調(diào)試與運行系統(tǒng)及時隔離，是調(diào)試工作的重要安全保障。變電站通常是根據(jù)圖紙分析二次回路來界定工作分界面并制定安全措施[12]。通過解析智能變電站SCD文件得到待調(diào)試設(shè)備所關(guān)聯(lián)的其他二次設(shè)備，將訂閱該調(diào)試設(shè)備數(shù)據(jù)的非試驗設(shè)備視為運行設(shè)備，用以指導(dǎo)當(dāng)前調(diào)試工作安全措施的制定。

1)基于XPath技術(shù)快速獲取GOOSE/SV訂閱部分對應(yīng)的IED二次回路文件，將控制塊名稱、接收IED名稱進行記錄，從而生成具有“一對多”特征的控制塊與IED的對應(yīng)關(guān)系。其中包含了各發(fā)送控制塊的被訂閱的情況，進而分析出可能受到此次整組調(diào)試影響的運行設(shè)備范圍。

2)標(biāo)記與整組調(diào)試相關(guān)的發(fā)送IED和接收IED為試驗設(shè)備；再由試驗設(shè)備GOOSE/SV發(fā)布控制塊名稱，并在配置文件中搜索訂閱此控制塊的IED信息(已標(biāo)定為試驗設(shè)備的除外)；再次利用XPath技術(shù)快速搜索運行設(shè)備的GOOSE/SV接收控制塊信息，如果其發(fā)布IED是試驗設(shè)備，就將該控制塊標(biāo)記成試驗系統(tǒng)與運行系統(tǒng)的邊界回路。隔離試驗設(shè)備與運行設(shè)備在邊界回路中的安全措施可設(shè)定為退出發(fā)送/接收軟壓板或斷開光纖回路。

4 實例驗證

采用所提方法，擬對某220 kV智能變電站某線路間隔進行常規(guī)調(diào)試及傳動工作。利用生成工具高效實現(xiàn)本次線路保護年檢工作安全措施及調(diào)試項目的自動生成，主要由以下兩個步驟組成：1)根據(jù)工作內(nèi)容匹配模板庫，導(dǎo)出SCD解析結(jié)果；2)智能識別調(diào)試回路，生成本次工作的調(diào)試作業(yè)書。

4.1 匹配模板庫

工作人員在進行110 kV待用152線路間隔保護年檢、自動化聯(lián)調(diào)工作前，將SCD文件導(dǎo)入生成工具后，SCD文件通過自動解析生成圖形化虛端子連接，如圖4所示。

圖4 SCD文件解析結(jié)果

工作人員需提供本次年檢工作的間隔名稱，向生成工具輸入表3所示各項參數(shù)。

表3 系統(tǒng)生成年檢調(diào)試項目輸入?yún)?shù)示意

其中，“核心裝置編號”為可選項，其目的是結(jié)合本系統(tǒng)的語義分析，更精確地定位檢修范圍與工作間隔，減少計算時間和錯誤率。

生成工具利用SCD解析得到的運行設(shè)備間鏈路關(guān)系，計算并生成圖形化的二次設(shè)備安全措施展示如圖5所示。其中，DL1107代表待檢修線路保護裝置；IML1107代表同線路間隔的合智一體裝置。

圖5 二次設(shè)備安全措拖可視化展示

4.2 生成調(diào)試作業(yè)書

SCD解析結(jié)果還可以給出在進行某項試驗時，停電待檢修設(shè)備與其他裝置的關(guān)聯(lián)鏈路信息。圖6顯示了110 kV待用152線路保護裝置整組調(diào)試所涉及到的相關(guān)裝置間的鏈路關(guān)系，每個回路同時標(biāo)注了信號描述，這是系統(tǒng)對SCD文件進行信號分類的結(jié)果。

圖6 待用152間隔整組調(diào)試涉及鏈路信號

通過對SCD文件的解析，并剔除因涉及到安措不能夠進行調(diào)試驗證的項目，輸出152線路保護裝置調(diào)試項目如表4所示。

表4 保護裝置調(diào)試項目

同理，通過計算每個被試設(shè)備的虛端子鏈路關(guān)系，分別得到各自的調(diào)試項目表。進一步合并消除其中的重復(fù)項，再經(jīng)過語義匹配，將調(diào)試表中各項利用解析SCD文件虛端子回路形成的調(diào)試項目表，可以保證檢修設(shè)備編號、運行設(shè)備編號、變電站設(shè)備編號與實際工作內(nèi)容的一致性，大大減少了查勘人員因現(xiàn)場查勘不充分或手工編制而造成的錯誤。在實際工作中，部分涉及到檢修裝置的調(diào)試項目因本次工作安全措施要求所限，無法進行調(diào)試，該類項目表在生成標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)書的同時一并輸出存儲，便于為該站今后開展其他檢修工作時提供參考。

參數(shù)(包括調(diào)試內(nèi)容、物理鏈路、發(fā)送控制塊、被調(diào)試裝置、被調(diào)試光口等條目)嵌入到預(yù)制的調(diào)試作業(yè)書模板，最終生成標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)書(見圖7)，滿足現(xiàn)場實際工作需求。

圖7 安全措施及調(diào)試項目的自動生成界面

5 結(jié) 論

圍繞智能變電站二次系統(tǒng)檢修作業(yè)效率與質(zhì)量的提升，針對智能站檢修中安全措施及調(diào)試項目可能出現(xiàn)遺漏的重要回路，造成安全措施執(zhí)行不到位以及調(diào)試效率低下、調(diào)試項目不充分等問題，提出一種基于SCD文件解析的智能變電站二次設(shè)備調(diào)試策略生成方法，主要結(jié)論如下：

1)構(gòu)建了基于XPath技術(shù)聯(lián)合DOM方法的SCD文件解析方法，為自動生成智能變電站安措及調(diào)試項目提供了基礎(chǔ)平臺；

2)基于SCD解析方法，抽取了待檢設(shè)備與關(guān)聯(lián)設(shè)備間的過程層鏈路關(guān)系，并提出了二次設(shè)備安全措施自動生成方法；

3)基于SCD解析方法，形成了包含調(diào)試項目在內(nèi)的變電二次專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)書自動生成方法。

從工程實例應(yīng)用結(jié)果可以看出，所研究成果能夠自動生成準(zhǔn)確可靠的二次安措和對應(yīng)調(diào)試項目。今后，還可就SCD文件的解析速度與調(diào)試作業(yè)書計算生成速度作進一步的優(yōu)化與提升。