王 聰，王宇賓，吳宏波，張 凱，羅 艷

(1.石家莊供電公司，石家莊 050051；2.河北省電力公司，石家莊 050021)

智能電網(wǎng)是當(dāng)今電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動(dòng)向，利用先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)，以信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化、互動(dòng)化為主要特征，將極大地改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)。智能電網(wǎng)的發(fā)展要求繼電保護(hù)系統(tǒng)具有更大的靈活性和更高的可靠性，自適應(yīng)繼電保護(hù)是智能電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，繼電保護(hù)裝置定值的自適應(yīng)性是體現(xiàn)繼電保護(hù)自適應(yīng)的重要方面。針對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式變化十分頻繁[1]，重要用戶負(fù)荷不斷變化及保護(hù)設(shè)備的要求，需要及時(shí)修改電力設(shè)備或線路的保護(hù)定值，并盡可能地縮短設(shè)備停電時(shí)間，保證重要用戶的可靠用電，因此電網(wǎng)運(yùn)行、維護(hù)、可靠供電迫切需要繼電保護(hù)裝置定值的自動(dòng)整定。以下闡述了石家莊電網(wǎng)依托網(wǎng)絡(luò)化繼電保護(hù)定值管理系統(tǒng)和繼電保護(hù)故障信息主站系統(tǒng)進(jìn)行繼電保護(hù)裝置定值自動(dòng)整定系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。

1 系統(tǒng)需求分析

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，繼電保護(hù)裝置的性能也更加的智能化，因此需要一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來確保不兼容的系統(tǒng)之間能夠交換數(shù)據(jù)[2]。繼電保護(hù)定值的正確整定是保護(hù)裝置正確動(dòng)作的重要條件，由于主、客觀原因，現(xiàn)場(chǎng)人員在執(zhí)行定值單時(shí)常常出現(xiàn)錯(cuò)誤，因而引起的電網(wǎng)故障及電網(wǎng)故障擴(kuò)大化的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。為更好的適應(yīng)繼電保護(hù)裝置信息化的發(fā)展和更好的實(shí)現(xiàn)兼容性，減少人為原因引發(fā)的錯(cuò)誤定值整定，需要統(tǒng)一繼電保護(hù)定值標(biāo)準(zhǔn)，保證定值從輸入到輸出一直保持一個(gè)唯一的源。

繼電保護(hù)定值整定結(jié)果通過定值單來體現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)人員根據(jù)調(diào)度發(fā)布的定值單對(duì)繼電保護(hù)裝置定值進(jìn)行整定，因此需要統(tǒng)一定值單格式。該系統(tǒng)流轉(zhuǎn)的定值單統(tǒng)一采用XML(Extensible Markup Language)格式[3]，XML是因?yàn)樾畔⒒叨劝l(fā)展而推出的標(biāo)準(zhǔn)，是一種跨平臺(tái)的，與軟、硬件無關(guān)，處理信息的工具,格式無關(guān)性比較適合電力系統(tǒng)的特點(diǎn),可以更好的適應(yīng)電力系統(tǒng)信息化的發(fā)展和兼容。繼電保護(hù)裝置自動(dòng)整定系統(tǒng)流轉(zhuǎn)的定值單統(tǒng)一采用XML格式，用于該系統(tǒng)的XML內(nèi)部格式是約定的。XML文件本身有1個(gè)版本號(hào)，如文件格式發(fā)生變化對(duì)應(yīng)的版本也會(huì)發(fā)生變化，調(diào)試軟件將自動(dòng)判斷能夠解析的版本中是否包含當(dāng)前文件的版本，以保證XML格式定值單的一致性；XML文件是經(jīng)過加密處理的，定值單在流轉(zhuǎn)、下載、執(zhí)行過程中內(nèi)容都不會(huì)任意改動(dòng)，保證定值單的正確性。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 功能與結(jié)構(gòu)

繼電保護(hù)裝置定值自動(dòng)整定系統(tǒng)依托網(wǎng)絡(luò)化繼電保護(hù)定值管理系統(tǒng)和繼電保護(hù)故障信息主站系統(tǒng)，將正式發(fā)布的XML格式定值單導(dǎo)入到故障信息主站系統(tǒng)中，系統(tǒng)通過故障信息主站完成XML格式定值單解釋并導(dǎo)入主站數(shù)據(jù)庫，將定值單以文件格式下傳至子站，然后實(shí)現(xiàn)定值單中定值與實(shí)際召喚的裝置定值校核、對(duì)比，按照定值單要求進(jìn)行裝置定值自動(dòng)整定，支持遠(yuǎn)方、就地2種裝置自動(dòng)整定功能,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

2.1.1 遠(yuǎn)方自動(dòng)整定裝置定值功能

定值管理系統(tǒng)將用于裝置自動(dòng)整定的XML格式定值單傳給故障信息主站系統(tǒng)，主站系統(tǒng)收到后完成定值單的合法性檢查并解釋、導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。選擇要進(jìn)行定值整定的變電站、具體保護(hù)裝置，進(jìn)行定值單合法性判斷，自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備型號(hào)、CRC碼等信息是否與保護(hù)裝置相符，定值單內(nèi)容是否與裝置內(nèi)部定值配置表相匹配，定值是否在裝置整定范圍內(nèi)等，以上各項(xiàng)如不符，需提示用戶，且不進(jìn)行錄入定值操作；檢測(cè)完成后，如判斷定值單合法，彈出“自動(dòng)整定”按鈕，點(diǎn)擊后自動(dòng)整定裝置定值,系統(tǒng)通過故障信息主站完成XML格式定值單解釋并導(dǎo)入主站數(shù)據(jù)庫，然后實(shí)現(xiàn)定值單中定值與實(shí)際召喚的裝置定值校核、對(duì)比，進(jìn)行有差異時(shí)變色顯示；支持直接遠(yuǎn)程下發(fā)修改裝置定值、切換定值區(qū)、軟壓板投退命令；待裝置定值整定完畢后，通過主站、子站再召回裝置定值，確定本次定值整定工作是否成功。

2.1.2 就地自動(dòng)整定裝置定值功能

定值管理系統(tǒng)將用于裝置自動(dòng)整定的XML格式定值單傳給故障信息主站系統(tǒng)，主站系統(tǒng)收到后完成定值單的合法性檢查并解釋、導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，同時(shí)將定值單以文件格式下裝至子站；站端運(yùn)行維護(hù)人員使用專用的定值單拷貝移動(dòng)介質(zhì)，將XML格式定值單拷至專用筆記本中，再通過裝置廠家提供的定值整定軟件直連裝置導(dǎo)入該定值單進(jìn)行定值整定，就地驗(yàn)證定值整定工作是否成功。廠家的定值整定軟件也是基于該系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的，能讀取加密XML格式定值單；驗(yàn)證定值單的合法性并解釋能夠讓裝置識(shí)別；待整定定值和裝置定值進(jìn)行比對(duì)、校核；進(jìn)行差異定值的比較、顯示；支持修改裝置定值、切換定值區(qū)、軟壓板投退命令；一鍵式自動(dòng)整定、校驗(yàn)，完成裝置定值的自動(dòng)整定。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 定值的自動(dòng)校核

實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置遠(yuǎn)方定值與XML格式定值單的自動(dòng)校核、對(duì)比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有定值不一致時(shí)進(jìn)行差異顯示，并支持給出告警提示。將XML格式定值單中的定值內(nèi)容按順序提取出來并放置于一個(gè)結(jié)構(gòu)體化的緩沖區(qū)中，使用SAX(用于XML的簡單API)對(duì)XML格式定值單進(jìn)行解析。

a.定值模板的比較。軟件從裝置中將裝置的版本和類型讀取上來，并與當(dāng)前緩沖區(qū)中的模板描述進(jìn)行比對(duì)。如果一致，進(jìn)入到定值的轉(zhuǎn)換部分；如果不一致，系統(tǒng)將直接報(bào)錯(cuò)，告知該XML格式定值單不能與當(dāng)前的裝置相吻合，需要新的XML格式定值單。

b.定值的轉(zhuǎn)換。定值的類型多種多樣，有浮點(diǎn)類型、整數(shù)類型、16進(jìn)制類型等。16進(jìn)制中每個(gè)位的具體描述，其中包含布爾類型的選項(xiàng)，選項(xiàng)不是用0、1表示，而是用中文或者其他直觀易懂的語言來表達(dá)，有的由多個(gè)位的組合選項(xiàng)來表達(dá)不同的內(nèi)容，每一個(gè)組合表達(dá)不同的內(nèi)容。這些都需要轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)裝置可以辨識(shí)的數(shù)值。

c.定值的比較。在轉(zhuǎn)換之后，對(duì)定值的有效性做一個(gè)比較，查看各個(gè)定值是否越界，如果發(fā)生越界行為，系統(tǒng)將在整個(gè)比較結(jié)束之后，給出比較結(jié)果。

d.定值的傳輸。對(duì)比XML定值單內(nèi)定值與裝置定值后，差異顯示不一致項(xiàng)，用戶確認(rèn)后采取華北103規(guī)約進(jìn)行定值傳輸，主站僅下傳需被修改的定值，子站完成修改裝置定值工作，就地自動(dòng)整定時(shí)這些工作均由廠家調(diào)試軟件完成。修改結(jié)束后將再次召喚定值與緩沖區(qū)中定值進(jìn)行比對(duì)，如果返回正確則成功完成裝置定值自動(dòng)整定。

2.2.2 通信服務(wù)功能

a.需對(duì)目前在用的子主站通信規(guī)約(華北103規(guī)約)進(jìn)行擴(kuò)展，以支持定值修改和文件下裝功能。

b.主站系統(tǒng)與各子站系統(tǒng)之間的通信規(guī)約必須滿足石家莊電網(wǎng)已經(jīng)正式發(fā)布的《繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)通訊與接口規(guī)范》的技術(shù)要求。

c.站間通信服務(wù)應(yīng)能適應(yīng)多種不同的物理通信介質(zhì)(電力數(shù)據(jù)網(wǎng)、電力專線等)，并不受不同物理通信介質(zhì)的影響。

d.主站系統(tǒng)必須支持同時(shí)連接多個(gè)不同廠家的不同子站。

2.2.3 信息共享

實(shí)現(xiàn)安全I(xiàn)V區(qū)定值管理系統(tǒng)、安全Ⅰ區(qū)故障信息系統(tǒng)及保護(hù)廠家調(diào)試軟件之間的信息共享，充分利用已有的資源，減少人工操作，提高今后繼電保護(hù)專業(yè)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平；信息共享采用當(dāng)前最為流行的XML標(biāo)準(zhǔn)作為共享基礎(chǔ)，為解決各廠家各系統(tǒng)之間信息互享提供保證。

2.3 安全信息防護(hù)

繼電保護(hù)裝置定值自動(dòng)整定系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，信息系統(tǒng)的安全建設(shè)是其中極為重要的組成部分，因此網(wǎng)絡(luò)安全防范體系的科學(xué)性、可行性是其可順利實(shí)施的保障。

2.3.1 定值單安全策略

由于定值單是文本文件，為防止其傳輸過程中遭到破壞，而影響數(shù)據(jù)的完全性，該系統(tǒng)將面向用戶的定值單置于內(nèi)部數(shù)據(jù)庫中，并對(duì)定值單本身設(shè)有只讀屬性和權(quán)限控制；采用huffman編碼壓縮和解壓縮算法對(duì)XML文件內(nèi)容進(jìn)行加密，以保證各種格式的定值單在發(fā)布后任何人均不可修改其內(nèi)容。系統(tǒng)在整定定值前要先召喚裝置內(nèi)部信息，再將整個(gè)XML定值單內(nèi)容讀出，進(jìn)行CRC、文件版本校驗(yàn)，驗(yàn)證其文件完整性、與裝置的對(duì)應(yīng)性。首先將XML格式定值單中的定值內(nèi)容按順序提取出來并放置于一個(gè)結(jié)構(gòu)體化的緩沖區(qū)中，使用SAX(用于XML的簡單API)對(duì)XML文件進(jìn)行解析；將當(dāng)前緩沖區(qū)中的模板描述與召喚上來的裝置版本、類型進(jìn)行比對(duì)，如果一致方可進(jìn)入到定值轉(zhuǎn)換部分，否則系統(tǒng)直接報(bào)錯(cuò)。

2.3.2 系統(tǒng)權(quán)限控制

完備的權(quán)限管理系統(tǒng)，通過設(shè)置系統(tǒng)的用戶、組及角色等對(duì)操作用戶進(jìn)行管理和審核，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)程進(jìn)行控制。遠(yuǎn)方自動(dòng)整定定值時(shí)必須具備嚴(yán)格的權(quán)限控制，嚴(yán)格遵守電力系統(tǒng)定值修改的四步操作(預(yù)校、確認(rèn)、執(zhí)行、修改)規(guī)定；每進(jìn)行一項(xiàng)功能操作，都要進(jìn)行操作用戶身份確認(rèn)；待系統(tǒng)不再有任何操作時(shí)，可以整定時(shí)間系統(tǒng)自動(dòng)退出運(yùn)行。

2.3.3 操作日志管理

具有全面的操作日志記錄管理，記錄并查詢用戶事件，如系統(tǒng)的登錄；數(shù)據(jù)的修改、更新；運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整等?？砂锤鞣N條件對(duì)系統(tǒng)操作日志進(jìn)行查詢管理。

2.3.4 增量備份與恢復(fù)

建立完善的數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)措施，在增量備份的基礎(chǔ)上，確保一旦數(shù)據(jù)被破壞，利用備份數(shù)據(jù)能立即恢復(fù)到故障前狀態(tài)，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定和使用。

2.3.5 二次系統(tǒng)安全防護(hù)

按照國家電網(wǎng)信息安全相關(guān)管理規(guī)定要求，整定計(jì)算軟件、定值單管理系統(tǒng)均在IV區(qū)，而故障信息主站系統(tǒng)在Ⅰ區(qū)，為滿足二次安全防護(hù)要求，需增加反向物理隔離裝置進(jìn)行連接以保證信息安全。此外，就地修改裝置定值時(shí)，也需使用專用移動(dòng)介質(zhì)進(jìn)行由子站向調(diào)試終端的數(shù)據(jù)拷貝。

3 應(yīng)用效果

該系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置定值遠(yuǎn)方整定方式使保護(hù)班人員在天氣、路況等條件惡劣無法到達(dá)變電站的情況下仍可進(jìn)行整定定值工作，定值能更快適應(yīng)電網(wǎng)變化，改變了現(xiàn)場(chǎng)整定定值的模式，避免了因整定定值停運(yùn)，保護(hù)裝置出現(xiàn)的電網(wǎng)架構(gòu)改變，降低了電網(wǎng)非正常方式的風(fēng)險(xiǎn)，減少了現(xiàn)場(chǎng)倒閘操作。就地整定方式使原本需十幾分鐘完成的工作縮短到3分鐘內(nèi)，大大節(jié)省了輸入裝置定值的時(shí)間。裝置定值遠(yuǎn)方在線、就地整定實(shí)現(xiàn)從人工輸入、人工核對(duì)到機(jī)器輸入、自動(dòng)校核，改進(jìn)了定值的輸入、核對(duì)方式，減輕了保護(hù)班人員的工作量，避免了保護(hù)人員誤整定。自系統(tǒng)正式投入運(yùn)行，繼電保護(hù)裝置定值自動(dòng)整定50余次，有效提高了工作效率和保護(hù)定值的安全性，縮短了電網(wǎng)設(shè)備停電時(shí)間，保證用戶的可靠供電。

4 結(jié)束語

從智能電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)，開發(fā)了基于繼電保護(hù)定值管理系統(tǒng)和繼電保護(hù)故障信息主站系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置定值自動(dòng)整定系統(tǒng)，采用統(tǒng)一的XML格式定值單保證了遠(yuǎn)方、就地整定定值的安全性、一致性，較大程度提高了繼電保護(hù)裝置定值整定的快速性、準(zhǔn)確性和工作效率，減少了紙張、車輛等資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

[1] 林傳偉，卓枕警，周 健，等.福建電網(wǎng)遠(yuǎn)方不停電修改及核查定值系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010,38(5)：107-110，126.

[2] 李寶樹，張建坡，李 勇．繼電保護(hù)定值管理系統(tǒng)研究與開發(fā)[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(6)：77-80，90．

[3] Heather Williamson.XML技術(shù)大全[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

本文責(zé)任編輯：王麗斌