吳勇海，沈建林，游江浩，李思雨

（國網(wǎng)福建省電力有限公司龍巖供電公司，福建 龍巖 364000）

0 引言

近年來，隨著電網(wǎng)建設的高速發(fā)展，變電站迎來了爆發(fā)式增長，繼電保護裝置也隨之急劇增加，日常檢修工作前后對保護定值進行記錄與核對的任務也變得更加繁重[1-2]。當前現(xiàn)場保護定值采用的是人工核對方式，即檢修前打印現(xiàn)場保護定值單，檢修工作結束后，保護人員根據(jù)定值單同運行人員進行朗讀、復誦，并與保護裝置打印出來的定值單進行核對[3-5]。該方法存在如下問題：一是打印定值耗時長，傳統(tǒng)打印機容易卡紙、出紙速度慢，不僅造成現(xiàn)場作業(yè)效率低，而且易造成紙張的浪費；二是現(xiàn)場定值單打印采用的是傳統(tǒng)針式打印機，該打印機打印形式單一，不方便進行信息分發(fā)、信息存檔和查詢；三是人工核對方式存在核對錯誤的風險，一旦發(fā)生人為錯誤，將會導致保護拒動或者誤動，嚴重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行[6-7]。

針對保護裝置傳統(tǒng)校核方法存在的問題，業(yè)界提出了多種新的定值校核方法[8-11]，但在檢修現(xiàn)場使用仍不夠方便。本文提出了基于繼電保護裝置檢修工作前后定值核對系統(tǒng)[12]，設計了一套手持式數(shù)字化虛擬打印機，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)現(xiàn)場檢修工作效率的提升，消除人工核對定值錯誤的風險。

1 系統(tǒng)功能及總體結構

繼電保護裝置檢修工作前后定值核對系統(tǒng)總體結構如圖1所示，主要包括虛擬打印機和定值管控系統(tǒng)兩部分。保護裝置與虛擬打印機通過打印數(shù)據(jù)線實現(xiàn)定值打印，將保護裝置定值的數(shù)據(jù)報文解析存儲至SD卡中，同時SD卡存儲的文本文件可導入定值管控系統(tǒng)，實現(xiàn)檢修前后定值文件的自動比對。

圖1 繼電保護裝置檢修工作前后定值核對系統(tǒng)總體結構Fig.1 Overall structure of the definite value checking system before and after the maintenance of relay protection device

2 系統(tǒng)設計開發(fā)

2.1 繼電保護定值虛擬打印機

2.1.1 虛擬打印機硬件開發(fā)

繼電保護定值虛擬打印機功能示意圖如圖2所示，包含信息展示窗口、操作按鍵區(qū)、電源充電口、保護裝置打印口、SD存儲卡接口、CPU模塊和裝置外部封裝模塊。

圖2 繼電保護定值虛擬打印機功能示意圖Fig.2 Schematic diagram of relay protection definite value virtual printer function

（1）信 息 展 示 窗 口 采 用ALIENTEK 4.3′TFTLCD電容觸摸屏，可以顯示當前打印狀態(tài)、當前打印波特率等信息，支持剩余電量展示，同時可以進行打印波特率、文件名稱等裝置基本參數(shù)的設置。

（2）操作按鍵區(qū)為接收裝置上的操作按鍵，包括復位鍵、字符輸入鍵、光標移動等。

（3）設備具備獨立的電源模塊，采用可循環(huán)充放電的鋰離子電池，供電接口使用標準的Micro USB接口電源。電池充放電電路采用了TI最新支持快充功能的控制芯片，將外部輸入的5 V電源轉換為鋰離子電池的充電電壓，同時兼容普通手機充電器、充電寶和計算機USB充電。電源電路具備充電控制、電量檢測、過流保護、過溫保護功能，能夠確保鋰電池的安全可靠。

（4）保護裝置打印口主要包括一個并行打印接口和一個存儲介質接口。并行打印接口可以直接接入目前保護裝置的25針打印數(shù)據(jù)線，存儲介質接口為SD存儲卡接口。通用異步接收/傳送器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）口收到保護裝置輸出的打印數(shù)據(jù)后，CPU運行程序將ESC/POS規(guī)范的打印報文轉換為標準的文本、數(shù)據(jù)，存儲在SD卡。

（5）CPU模塊采用STM32 ARM架構，32位處理器，運行頻率72 MHz，可以實現(xiàn)串口收發(fā)、通用型輸入輸出（General Purpose Input/Output，GPIO）控制、屏幕顯示、數(shù)據(jù)處理等功能，滿足打印數(shù)據(jù)的接收性能需求。

（6）裝置外部封裝部分由ABS工程塑料外殼、TFT液晶屏、打印輸入接口、USB充電接口、SD存儲卡接口和按鍵區(qū)組成。根據(jù)印刷電路板大小以及開孔位置和尺寸，進行模具設計和制作，并采用激光成型，繼電保護定值虛擬打印機實物如圖3所示。

圖3 繼電保護定值虛擬打印機實物圖Fig.3 The physical map of virtual printer of relay protection definite value

2.1.2 虛擬打印機軟件開發(fā)

虛擬打印機采用C語言程序，開發(fā)主要有按鍵內容輸入程序、液晶顯示程序、數(shù)據(jù)串口傳輸程序、數(shù)據(jù)解析處理程序和SD卡存儲程序。按鍵輸入程序主要對打印波特率進行設置，也可對存儲的文本文件進行命名。打印波特率設置和存儲文件命名設置完成后，等待接收數(shù)據(jù)，此時若按下打印輸出按鈕，保護裝置定值數(shù)據(jù)通過串口傳輸程序實現(xiàn)ESC/POS規(guī)范的打印報文傳輸[13]，并通過數(shù)據(jù)解析處理轉換為標準的文本、數(shù)據(jù)，存儲至SD卡。當接收的數(shù)據(jù)文件亂碼時，需重新設置打印波特率，直到該打印波特率與保護裝置波特率一致，打印工作結束。液晶顯示程序展示了打印參數(shù)設置、串口傳輸狀態(tài)、設備狀態(tài)和數(shù)據(jù)處理中的全過程，實現(xiàn)了定值文件打印全過程的人機交互。虛擬打印機軟件實現(xiàn)流程如圖4所示。

圖4 虛擬打印機軟件實現(xiàn)流程圖Fig.4 Realization flowchart of virtual printer software

2.2 定值管控系統(tǒng)

在計算機端采用Qt軟件開發(fā)變電站定值管控系統(tǒng)，參照繼電保護監(jiān)控后臺配置工具進行設計，可以新建變電站節(jié)點，在變電站節(jié)點下新建二次設備，從虛擬打印機的SD存儲卡導入每個二次設備的定值單文本文件，實現(xiàn)定值的存檔與管理[14-16]，記錄定值變更情況，包括二次設備每次定值導入的導入時間、導入人、定值發(fā)生變化的原因等，實現(xiàn)保護裝置定值管理的可追溯性，便于管理。該系統(tǒng)通過調用WinMerge比對模塊，可以比對不同時間段的裝置定值信息，從而實現(xiàn)對繼電保護工作檢修前后的定值比對，繼電保護裝置檢修工作前后定值核對流程如圖5所示，定值管控系統(tǒng)界面如圖6所示。

圖5 繼電保護裝置檢修工作前后定值核對流程圖Fig.5 Flow chart of definite value check before and after maintenance work of relay protection device

圖6 定值管控系統(tǒng)界面Fig.6 Definite value control system interface

3 系統(tǒng)應用

福建省某110 kV變電站線路保護首檢時，利用該方法進行繼電保護裝置檢修前后的定值核對。在繼電保護檢修工作前，先設置好虛擬打印機的波特率，將定值虛擬打印機替換原有的針式打印機，與保護裝置連接，通過保護裝置上的打印功能，將保護裝置定值的數(shù)據(jù)報文進行解析存儲，并將虛擬打印機SD卡存儲的文本文件導入定值管控系統(tǒng)。繼電保護檢修工作結束后，再次通過虛擬打印機接收保護裝置打印報文，并解析成文本文件存儲在SD卡中，再次導入定值管控系統(tǒng)。在定值管控系統(tǒng)中，將檢修工作前后兩次的定值數(shù)據(jù)進行比對，給出定值核對的結果?，F(xiàn)場應用如圖7所示。

圖7 便攜式繼電保護定值核對裝置現(xiàn)場應用情況Fig.7 Field application of portable relay protection setting check device

定值管控系統(tǒng)的顯示效果及比對情況如圖8所示。由圖8可以看出，定值管控系統(tǒng)能夠將定值信息進行分級存儲管理，并實現(xiàn)定值的自動對比，且對檢修前后定值差異項進行標注，定值核對準確率達100%。

圖8 定值在定值管控系統(tǒng)的顯示效果及比對情況Fig.8 The display effect and comparison of fixed value on the fixed value management software

統(tǒng)計10名繼保人員采用人工核對和定值自動校核方法所花費的平均時間，人工核對包括拉取交流電源花費時間、安裝打印機并打印定值花費時間以及人工核對花費時間，表1為采用人工核對和定值自動校核方法的用時數(shù)據(jù)對比。

表1 定值自動校核與人工校核的用時數(shù)據(jù)對比Tab.1 Comparison of time-consuming data between automatic and manual calibration

從表1數(shù)據(jù)可以看出，應用定值自動校核方法后，班組人員無需從試驗電源屏拉取交流電源，打印機安裝及打印時間大幅縮短，且定值文本文件實現(xiàn)自動比對，縮短了人工核對花費的時間，繼保人員定值核對時間由原來的14.1 min降低至3.2 min，定值核對正確率由原來的95%提高到100%，在顯著提高定值核對工作效率的同時，確保了定值核對結果的準確性，減少了因人為因素造成的比對失誤風險。

4 結語

本文提出的繼電保護定值自動校核方法實現(xiàn)了繼電保護設備的定值等信息的無紙化打印和存儲、智能比對以及定值管控的閉環(huán)跟蹤，該方法的應用切實提高了繼電保護裝置檢修前后定值核對工作的效率，確保了定值核對結果的準確性，同時按保護裝置進行定值單的存儲，可以查看該套保護在全壽命過程中定值變化情況，對于保證變電站設備的正常運行和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行有著重要的實踐意義。