李志興 王昱棟 許志華

（1.廣東電網(wǎng)公司佛山供電局 2.華南理工大學(xué) 3.廣東電網(wǎng)公司）

0 引言

繼電保護(hù)是對(duì)電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障或異常情況進(jìn)行檢測(cè)，將故障部分隔離、切除的一種重要措施。繼電保護(hù)裝置內(nèi)部設(shè)定的各項(xiàng)保護(hù)定值是繼電保護(hù)正確動(dòng)作的依據(jù)，是決定保護(hù)是否能準(zhǔn)確可靠反映電網(wǎng)各類故障的重要參數(shù)［1］。而定值的適應(yīng)性與正確性確保了電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。如果定值設(shè)置錯(cuò)誤，將給電網(wǎng)運(yùn)行埋下巨大安全隱患，因此，繼保裝置定值設(shè)置和調(diào)整后，需要對(duì)其進(jìn)行再次校核確認(rèn)無(wú)誤，定值校核環(huán)節(jié)尤為重要。

當(dāng)前，變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的定值校核工作仍采用傳統(tǒng)的人工校核方式［2］，即由變電運(yùn)行人員打印出紙質(zhì)版的定值清單后，人工核對(duì)實(shí)際運(yùn)行定值與參考定值是否一致。隨著電力系統(tǒng)的“去中心化”發(fā)展，變電站的數(shù)量不斷增加，繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用也更為廣泛，而電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式的變化使得保護(hù)定值需要經(jīng)常隨之修改［3］。電網(wǎng)的變電運(yùn)行人員有限，僅依靠人員進(jìn)行定值核對(duì)，工作量較大，容易造成工作失誤，存在誤核對(duì)和漏核對(duì)的現(xiàn)象，同時(shí)也有工作效率低、及時(shí)性不佳的問題。

針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)開發(fā)了無(wú)紙化繼電保護(hù)裝置定值自動(dòng)校核系統(tǒng)。應(yīng)對(duì)復(fù)雜的電力系統(tǒng)及龐大的校核工作量，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)校核，可極大地提高定值校核的效率，減輕基層工作人員負(fù)擔(dān)，降低電力企業(yè)的勞動(dòng)力成本。采用無(wú)紙化方式，實(shí)現(xiàn)紙張資源的節(jié)約，且相比紙質(zhì)文檔，電子文檔節(jié)省了儲(chǔ)存空間，更便于管理。此外，繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作事關(guān)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，故通過(guò)自動(dòng)校核，減少排除人工的主觀差錯(cuò)，可提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 設(shè)計(jì)方案及模塊說(shuō)明

自動(dòng)化定值校核程序可大致分為數(shù)據(jù)獲取模塊、自動(dòng)校核模塊和報(bào)告輸出模塊。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)定值校核工作流程通常是由實(shí)體打印機(jī)打印獲取紙質(zhì)定值清單后由人工校核，再人工整理并存儲(chǔ)文檔，總體上費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且準(zhǔn)確率難以保障?；谏鲜鋈斯ば：舜嬖诘娜秉c(diǎn)，本文開發(fā)的無(wú)紙化繼電保護(hù)定值校核系統(tǒng)的總體方案如圖1所示，其工作的基本流程為：虛擬打印機(jī)通過(guò)串口獲取繼電保護(hù)裝置的窗口數(shù)據(jù)，生成定值清單的txt文件，自動(dòng)校核軟件對(duì)比窗口數(shù)據(jù)與參考定值后，輸出校核報(bào)告供用戶查閱、統(tǒng)計(jì)。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

各模塊的作用如下：

裝置定值清單獲取模塊：獲取數(shù)據(jù)。虛擬打印機(jī)通過(guò)RS232串口與繼電保護(hù)裝置連接，在電腦上打印出對(duì)應(yīng)繼電保護(hù)裝置獲得的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，即在電腦上生成相關(guān)系統(tǒng)的定值清單的txt格式文件。

自動(dòng)校核模塊：校核數(shù)據(jù)。把從獲取模塊獲取到的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)電力系統(tǒng)的定值清單參考文件作比較，對(duì)比出哪些實(shí)際測(cè)量值與參考值有出入，并生成記錄有錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的校核報(bào)告。

輸出報(bào)告模塊：由自動(dòng)校核模塊生成的校核報(bào)告會(huì)自動(dòng)保存至電腦，并調(diào)用WPS、Office程序展示，方便工作者查閱和統(tǒng)計(jì)。

1.1 定值清單獲取模塊

定值校核需要用到兩部分定值，由調(diào)度部門下發(fā)的參考定值和從繼電保護(hù)裝置上讀取的運(yùn)行定值。參考定值為xls格式，運(yùn)行定值則是由繼保裝置連接虛擬打印機(jī)生成的txt格式的數(shù)字化文件。

在用戶輸入相應(yīng)文件后，定制清單獲取模塊會(huì)基于規(guī)則對(duì)原始文件中字段和值進(jìn)行自動(dòng)化提取，并構(gòu)建成層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含如圖2所示的4個(gè)層級(jí)，第一層級(jí)記錄定值表單名，如“基本定值”，第二層級(jí)記錄子表單名，如“500kV主變開關(guān)量基本定值”，第三層級(jí)記錄定值名稱，如 “線路投運(yùn)電流”，第四層級(jí)記錄定值數(shù)值。

圖2 層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示例

1.2 自動(dòng)校核模塊

當(dāng)用戶通過(guò)軟件的交互界面導(dǎo)入?yún)⒖级ㄖ滴募瓦\(yùn)行定值文件，軟件自動(dòng)對(duì)參考定值和運(yùn)行定值進(jìn)行提取并構(gòu)建統(tǒng)一的層次結(jié)構(gòu)。在自動(dòng)化校核時(shí)，首先需要對(duì)兩部分字段進(jìn)行匹配，在實(shí)際工作中，筆者發(fā)現(xiàn)字段名稱可能存在縮寫情況，例如在參考定值文件中，“過(guò)電流保護(hù)定值”存在被簡(jiǎn)寫為“過(guò)流保護(hù)定值”的情況，“斷面切負(fù)荷定值”存在被簡(jiǎn)寫為“斷面切荷定值”的情況。

為此，本文引入了Levenshtein距離［4］來(lái)度量字符串相似度，允許字段在一定范圍內(nèi)進(jìn)行模糊匹配，原理是Levenshtein距離反映了兩個(gè)字符串相互轉(zhuǎn)換需要的最少的操作次數(shù)，其中的操作包括插入、刪除、替換。對(duì)于同一層級(jí)內(nèi)存在差異的字段，程序首先遍歷所有可能的匹配方式，從中選取Levenshtein距離最小者為最佳匹配，并設(shè)置該距離最大不能超過(guò)2，避免錯(cuò)誤匹配發(fā)生。對(duì)于無(wú)法匹配的字段，將在輸出報(bào)告中展示，由人工處理，該過(guò)程如圖3所示。

圖3 字段匹配流程框圖

1.3 輸出報(bào)告模塊

當(dāng)自動(dòng)校核完成后，程序會(huì)以電子表格的形式輸出檢驗(yàn)報(bào)告，并調(diào)用系統(tǒng)中安裝的WPS或Office軟件打開。參照文獻(xiàn)［3］的設(shè)計(jì)，報(bào)告中包含時(shí)間、設(shè)備名稱、檢查項(xiàng)目字段名稱、參考定值項(xiàng)對(duì)應(yīng)地址、兩部分定值以及檢查結(jié)果。用戶可以很方便的使用WPS等軟件對(duì)校核結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、篩查。

2 應(yīng)用及效益分析

圖4展示了一份自動(dòng)化校核報(bào)告。其中包含了結(jié)果概述以及兩部分定值（裝置定值和參考定值）的數(shù)值和檢查結(jié)果，并使用不同顏色將檢查結(jié)果高亮。從連接繼保設(shè)備到完成自動(dòng)化校核，用時(shí)約2min，其中大部分時(shí)間用在使用虛擬打印機(jī)從繼保裝置獲取定值上，而自動(dòng)化校核任務(wù)能夠在瞬間完成，用戶僅需要對(duì)校核報(bào)告進(jìn)行簡(jiǎn)單檢視即可。

圖4 定值校核報(bào)告示例

下表列出了不同繼保設(shè)備上自動(dòng)校核時(shí)間和人工校核時(shí)間的對(duì)比，從中可見自動(dòng)校核耗時(shí)不會(huì)隨校核項(xiàng)目數(shù)增多而發(fā)生明顯改變。同時(shí)，傳統(tǒng)的人工校核需要兩名工作者同時(shí)作業(yè)降低犯錯(cuò)可能性［5］，而借助自動(dòng)化校核程序，工作者僅需復(fù)核報(bào)告中的存疑項(xiàng)，極大地減少了工作量，因而相同的工作僅由一名工作者即可勝任。從中可見，自動(dòng)校核方式能夠極大節(jié)省人力成本和時(shí)間成本。此外，自動(dòng)化校核系統(tǒng)不需要進(jìn)行實(shí)體打印，實(shí)現(xiàn)了全程數(shù)字化，這在節(jié)約紙張的同時(shí)也方便相關(guān)文檔的管理和歸檔，從而有助于提高電網(wǎng)管理的數(shù)字化水平。

表 不同設(shè)備人工校核時(shí)間和自動(dòng)校核時(shí)間對(duì)比

以佛山電網(wǎng)為例，截至2016年底，佛山市共有5座500kV變電站，15臺(tái)主變；33座220kV變電站，85臺(tái)主變；176座110kV變電站，406臺(tái)主變；1座35kV變電站，2臺(tái)主變［6］，考慮到變電站中變壓器的每回出線都需安裝繼電保護(hù)裝置，而每個(gè)裝置一年需進(jìn)行至少2次定值校核。采用自動(dòng)化繼保定值校核系統(tǒng)能夠節(jié)省數(shù)百小時(shí)人工成本，再考慮過(guò)程中節(jié)省的人力成本和后續(xù)的歸檔管理所需的費(fèi)用，自動(dòng)化校核帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益不容小覷。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)繼電保護(hù)裝置定值校核問題，本文提出了一套完整的自動(dòng)校核系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，所開發(fā)的自動(dòng)化校核系統(tǒng)能夠有效提高校核的準(zhǔn)確率和效率，節(jié)省人力成本和時(shí)間成本，對(duì)提高電網(wǎng)的安全性和可靠性具有重要意義。本系統(tǒng)的突出優(yōu)勢(shì)總結(jié)如下：

（1）相較至少2名工作人員同時(shí)進(jìn)行的傳統(tǒng)校核流程，使用自動(dòng)化校核系統(tǒng)完成校核全程只需2min?；谝陨蠑?shù)據(jù)，過(guò)程中工作人員僅需復(fù)核報(bào)告中的存疑項(xiàng)，極大地減少了工作量，從而更好地避免人工漏核、誤核可能造成的經(jīng)濟(jì)損失與社會(huì)影響，提高新型電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率與安全性。

（2）紙張節(jié)約。人工校核需打印繼保裝置定值清單，因此消耗大量紙張。而本文開發(fā)的自動(dòng)校核系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全程無(wú)紙化，能節(jié)約大量紙張，具有較高的環(huán)境效益。

（3）資源減負(fù)。傳統(tǒng)校核方式產(chǎn)生的大量紙質(zhì)報(bào)告文件，其存儲(chǔ)與管理消耗大量人力物力。本文開發(fā)的自動(dòng)校核系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了定值文件、校核報(bào)告的電子化、信息化，更易于存儲(chǔ)和管理，且避免了大量紙質(zhì)文檔對(duì)存儲(chǔ)空間的需求或后續(xù)銷毀需求，降低了資源消耗、低碳環(huán)保。

在“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)、電網(wǎng)持續(xù)發(fā)展的背景下，繼電保護(hù)裝置的數(shù)量迅速增長(zhǎng)，保護(hù)裝置在新建工程、技改工程、定檢維護(hù)中定值校核的工作量逐年增大。傳統(tǒng)人工校核方式消耗大量的人力物力，不滿足新型電力系統(tǒng)的發(fā)展要求。通過(guò)無(wú)紙化定值自動(dòng)校核系統(tǒng)，可顯著提高保護(hù)定值校核的準(zhǔn)確率和工作效率，信息化電子化管理低碳環(huán)保，節(jié)約大量的人力物力及運(yùn)行維護(hù)成本，符合新型電力系統(tǒng)發(fā)展要求。該系統(tǒng)具有較高的實(shí)用意義和推廣價(jià)值，適合在電力系統(tǒng)中大規(guī)模的推廣使用。