國網(wǎng)河南省電力公司滎陽市供電公司 尚曉龍

1 引言

隨著電力系統(tǒng)的復雜性不斷增加，保障其安全、穩(wěn)定和高效運行成為至關重要的任務。智能變電站作為電力系統(tǒng)的關鍵部件，承擔著輸送、分配和控制電能的重要職責。繼電保護二次回路在智能變電站中起著至關重要的作用，可以有效地保護電力設備和電力系統(tǒng)，預防和減輕事故后果。然而，傳統(tǒng)的繼電保護二次回路在故障診斷和信息傳輸?shù)确矫娲嬖诰窒扌?，如何提高其性能和效率成為研究的重點[1]。將可視化技術應用于繼電保護二次回路，有助于提高故障診斷和處理的效率，進一步提升系統(tǒng)的安全性和可靠性。

為了實現(xiàn)這一目標，本研究首先對現(xiàn)有的可視化技術進行了綜合分析，探討了其在電力系統(tǒng)中的應用現(xiàn)狀。然后，設計了一種基于SCADA 系統(tǒng)[2]的二次回路信息提取方法，并將提取到的信息保存在網(wǎng)絡訪問中。接著，利用可視化工具對二次回路信息進行分解和導入，為二次回路可視化展示提供數(shù)據(jù)支持。最后，在可視化工具中通過映射二次回路之間的邏輯關系構建線路連接關系圖，實現(xiàn)二次回路可視化展示。本研究力求為智能變電站繼電保護二次回路可視化技術的研究與應用提供有益的理論參考和實踐指導，推動電力系統(tǒng)向智能化、高效化發(fā)展。

2 可視化技術在繼電保護二次回路中的應用

2.1 可視化技術原理及

可視化技術是一種將抽象的數(shù)據(jù)和信息轉換為直觀、易于理解的圖形表示的方法。其主要目的是幫助人們更容易地分析和解讀大量復雜的數(shù)據(jù)?？梢暬夹g的原理包括數(shù)據(jù)處理、圖形生成和交互式操作等。通過對數(shù)據(jù)進行預處理、分析和映射，將數(shù)據(jù)轉換為具有一定視覺特征的圖形，如散點圖、折線圖、柱狀圖等，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的直觀展示。

2.2 在電力系統(tǒng)中的應用

在電力系統(tǒng)中，可視化技術得到了廣泛的應用?？梢暬夹g在電力系統(tǒng)的應用詳見表1。

在繼電保護二次回路中，可視化技術可以幫助運維人員更直觀地了解二次回路的拓撲結構、設備狀態(tài)和保護邏輯，提高故障診斷和處理的效率。通過將二次回路的狀態(tài)信息和物理信息進行可視化展示，可以實現(xiàn)對二次回路的實時監(jiān)控、故障預警和故障診斷等功能。

2.3 二次回路可視化技術的設計與實現(xiàn)原理

二次回路可視化技術的設計與實現(xiàn)如下。

一是數(shù)據(jù)采集與處理。從智能變電站的繼電保護設備和監(jiān)控設備中采集二次回路的狀態(tài)信息和物理信息。這些信息可以通過SCADA 系統(tǒng)或IEC 61850協(xié)議進行獲取。然后，對采集到的原始數(shù)據(jù)進行預處理，包括數(shù)據(jù)清洗、篩選、格式轉換等，以便后續(xù)的可視化分析。

二是數(shù)據(jù)存儲與管理。將處理后的二次回路信息保存在網(wǎng)絡訪問中，例如數(shù)據(jù)庫或云存儲服務。這樣，運維人員可以隨時訪問這些數(shù)據(jù)并進行可視化分析。同時，通過對數(shù)據(jù)的實時更新，確保展示的信息始終是最新的。

三是可視化模型設計。根據(jù)二次回路的特點，設計合適的可視化模型，例如樹狀圖、網(wǎng)絡圖或矩陣圖等。這些模型可以幫助運維人員更直觀地了解二次回路的拓撲結構、設備狀態(tài)和保護邏輯。同時，可視化模型應具有一定的交互性，以便用戶根據(jù)需要對展示的信息進行調整和篩選。

四是可視化實現(xiàn)。利用可視化工具（如D3.js、ECharts、Tableau 等）將設計好的可視化模型實現(xiàn)為具體的圖形。通過對二次回路信息進行分解和導入，為二次回路可視化展示提供數(shù)據(jù)支持。在可視化工具中通過映射二次回路之間的邏輯關系構建線路連接關系圖，實現(xiàn)二次回路可視化展示。

五是結果分析與評估。對可視化展示的結果進行分析和評估，以驗證所提出的二次回路可視化技術在智能變電站繼電保護中的有效性和實用性。通過對比試驗結果和實際應用場景，檢驗可視化技術對故障診斷和處理效率的提升作用。

通過試驗設計與原理，二次回路可視化技術可以幫助運維人員更直觀地了解智能變電站繼電保護的運行狀態(tài)，提高故障診斷和處理的效率，從而進一步提升電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。

2.4 可視化技術在故障診斷與處理中的作用

可視化技術在繼電保護二次回路的故障診斷與處理中具有重要作用，通過實時監(jiān)控、故障預警、故障定位、故障分析和故障處理等環(huán)節(jié)的應用，可以有效地提高智能變電站繼電保護的安全性和可靠性。實時監(jiān)控有助于及時發(fā)現(xiàn)潛在問題，為后續(xù)的故障診斷和處理提供基礎數(shù)據(jù)。故障預警使運維人員能夠迅速響應并采取措施，防止故障發(fā)生或減輕故障后果。故障定位通過可視化技術幫助快速定位故障源頭，減少故障診斷的時間和誤差。故障分析挖掘故障原因和規(guī)律，為優(yōu)化繼電保護策略和提高設備性能提供依據(jù)。故障處理協(xié)助運維人員制定合理的處理方案，快速判斷故障的性質和嚴重程度，從而采取適當?shù)拇胧┻M行處理。通過將二次回路的狀態(tài)信息和物理信息進行實時可視化展示，運維人員可以更直觀地了解智能變電站繼電保護的運行狀態(tài)，提高故障診斷和處理的效率。

3 繼電保護二次回路可視化技術設計

3.1 繼電保護二次回路提取

采用現(xiàn)場調查和數(shù)據(jù)收集：通過現(xiàn)場調查和設備手冊，收集智能變電站中繼電保護設備的型號、參數(shù)、連接關系等信息。此外，還需獲取監(jiān)控設備、通信設備等相關信息，以便在后續(xù)過程中進行數(shù)據(jù)交換和通信。

利用SCADA 系統(tǒng)：利用SCADA 系統(tǒng)獲取繼電保護設備的實時數(shù)據(jù)，包括設備狀態(tài)、參數(shù)和告警信息等。通過與SCADA 系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，可以提取所需的二次回路信息。

在完成二次回路提取后，需要對獲取的數(shù)據(jù)進行預處理，包括數(shù)據(jù)清洗、篩選、格式轉換等，以便后續(xù)的可視化分析和展示。

3.2 繼電保護二次回路導入

一是數(shù)據(jù)存儲與管理。將處理后的二次回路信息存儲在可供網(wǎng)絡訪問的數(shù)據(jù)存儲中，運維人員可以隨時訪問這些數(shù)據(jù)并進行可視化分析。同時，通過對數(shù)據(jù)的實時更新，確保展示的信息始終是最新的。二是數(shù)據(jù)接口設計。利用基于RESTful API 技術進行接口實現(xiàn)，支持數(shù)據(jù)的查詢、更新和刪除操作。三是數(shù)據(jù)映射與轉換。在導入二次回路信息之前，需要對數(shù)據(jù)進行映射和轉換，將其轉換為適合可視化展示的格式。這可能包括數(shù)據(jù)歸一化、編碼轉換和數(shù)據(jù)結構調整等操作。此外，還需要根據(jù)可視化模型的需求，將二次回路信息映射到相應的圖形元素和屬性上，如節(jié)點、邊、顏色和大小等。四是數(shù)據(jù)導入與展示。在完成數(shù)據(jù)映射與轉換后，將二次回路信息導入可視化系統(tǒng)，并根據(jù)設計好的可視化模型進行展示。

3.3 繼電保護二次回路可視化展示

一是可視化模型設計?？梢暬Ｐ投x了二次回路信息如何映射到圖形元素和屬性上。將繼電器、斷路器等設備表示為不同形狀的節(jié)點，將設備間的連接關系表示為有向邊。通過顏色、大小和標簽等屬性來表示設備的狀態(tài)、參數(shù)和類型。二是圖形布局與優(yōu)化。用自動力導向布局方式，實現(xiàn)設備間的合理排列和連接關系的清晰表示。三是交互功能設計。提供基本交互功能，使運維人員可以瀏覽和操作二次回路可視化界面。

4 試驗

4.1 試驗準備

將使用本文設計的可視化技術（稱為技術A）與傳統(tǒng)技術（稱為技術B）對某智能變電站的繼電保護二次回路進行可視化，并通過展示圖像的分辨率來驗證技術A 的有效性和可行性。

試驗環(huán)境設置的內容包括：智能變電站設有2個直流分電柜、3個電能表柜、1個故障錄波器柜、2個保護信息管理子站。二次設備布置在主控制室內，線路為35kV，電壓采用220V。將該智能變電站繼電保護二次回路分成20個區(qū)域，運用SCADA 系統(tǒng)提取的二次回路信息量共198GB。

一是數(shù)據(jù)預處理。對SCADA 系統(tǒng)提取的二次回路信息進行清洗、整理和壓縮，以便在可視化系統(tǒng)中進行高效處理。在技術A 中，采用先進的數(shù)據(jù)預處理方法，將信息量壓縮至10GB。而在技術B 中，由于采用傳統(tǒng)方法，壓縮后的信息量為50GB。

二是數(shù)據(jù)導入與展示。分別使用技術A 和技術B 對二次回路信息進行導入和可視化展示。在技術A 中，利用高效的數(shù)據(jù)接口設計和數(shù)據(jù)映射方法，實現(xiàn)了快速的數(shù)據(jù)導入和清晰的可視化展示。而在技術B 中，由于數(shù)據(jù)導入和處理速度較慢，可視化展示的效果相對較差。

三是分辨率評估。將技術A 和技術B 生成的可視化展示圖像進行分辨率評估。在技術A 中，由于采用了高效的數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化算法，可視化圖像具有較高的分辨率，設備間的連接關系清晰可見，且無明顯的圖像失真。而在技術B 中，由于數(shù)據(jù)處理效率較低，可視化圖像的分辨率較差，設備間的連接關系不夠清晰，且存在一定程度的圖像失真。

四是故障診斷與處理。模擬在智能變電站中發(fā)生繼電保護二次回路故障的情況，分別使用技術A和技術B 進行故障定位和處理。在技術A 中，由于實時更新和高分辨率的可視化展示，運維人員能夠快速發(fā)現(xiàn)故障設備并進行處理。而在技術B 中，由于圖像分辨率較低，運維人員在故障定位和處理過程中需要花費更多的時間和精力。此外，技術A 提供了豐富的交互功能，如設備狀態(tài)篩選、故障定位和信息提示等，這有助于運維人員更加高效地處理故障。

4.2 試驗結果對比

通過對比技術A 和技術B 在數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)導入與展示、分辨率評估和故障診斷與處理等方面的表現(xiàn)，可以看出技術A 在繼電保護二次回路可視化方面具有明顯優(yōu)勢。技術A 不僅能夠實現(xiàn)更高的分辨率和更清晰的設備間連接關系展示，還能提供更好的實時性和交互性，從而提高智能變電站的運維效率。 試驗結果對比見表2。

表2 試驗結果對比

5 結語

本文針對智能變電站繼電保護二次回路的可視化技術進行了研究。通過模擬試驗，對比了本文設計的可視化技術與傳統(tǒng)技術在繼電保護二次回路可視化方面的性能差異。試驗結果表明，本文設計的繼電保護二次回路可視化技術具有較高的分辨率、實時性和交互性，能夠提高智能變電站的運維效率。相較于傳統(tǒng)技術，本文設計的技術在數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)導入速度、可視化展示質量、實時性、交互性、故障定位速度和故障處理效率等方面均表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。