基于手持式调试终端平台的继电保护即插即用技术研究

赵 璐，王 鑫

（1.国网沈阳供电公司，辽宁 沈阳 110003；2.国网葫芦岛供电公司，辽宁 葫芦岛 125000）

专论

基于手持式调试终端平台的继电保护即插即用技术研究

赵 璐1，王 鑫2

（1.国网沈阳供电公司，辽宁 沈阳 110003；2.国网葫芦岛供电公司，辽宁 葫芦岛 125000）

通过对智能变电站保护装置即插即用技术的研究，解决其技术关键问题，实现智能变电站保护装置即插即用功能，提高智能变电站保护装置维护的便利性，减少检修人员的维护工作量，提高工作效率；使用安全防误、安全校核技术，提升安全性。

即插即用；继电保护；手持式调试终端

随着IEC 61850标准的推广和微电子技术的发展，智能变电站已成为一种发展趋势。近年来，国家在智能变电站建设的投资规模不断增加，电子式电压电流互感器、合并单元、智能化一次设备的应用，使基于IEC 61850的智能变电站数字化保护装置日趋成熟，大量数字化保护装置进入运行维护阶段。

1 传统保护设备与智能保护设备差异化比较

传统保护插件软硬件版本简单易控（硬件版本号＋软件版本号），因此普遍采用单独更换故障插件的消缺措施，图1为存储特定软件版本的芯片。

图1 传统保护的消缺模式

数字化保护装置取消了常规的模拟量采样和跳闸信号硬接线方式，基本采用全数字化的SV采样和GOOSE跳闸。保护装置之间电缆接线大大减少，取而代之的是保护装置之间以及和其他智能设备、通信设备之间的光纤链接。设备之间除了光纤链接外，也需要实现“虚端子”软连接。目前各个厂家都是从SCD文件中导出各保护装置的CID文件并下装到相应保护装置中，从而完成保护装置间的软连接。

智能变电站在设备运行维护方面缺少相关经验，特别是设备的运行消缺，对运维人员提出了较高要求。首先，数字化保护的各插件组成复杂，其插件由硬件、固件（类似操作系统）、配置文件（描述虚拟二次回路）3层构成，特别是CID、goose.cfg等配置文件对应于每个装置的每个插件具有较大差异性（例如母线保护装置的每个插件都只跳自己对应的智能终端）［1］。因此在实际运维过程中，往往要求在现场根据实际情况下装相应的固件及配置文件。智能化保护插件构成如图2所示。

图2 智能化保护的插件构成

以某公司数字化母线保护为例，介绍其所需的配置文件。由表1可知，其所需要的二次资源数量多、种类庞杂。现场灌装对安装文件的版本、顺序、方式均有特定要求，因此对现场技术人员的业务水平提出较高要求，也为现场作业带来更高风险。

随着智能站大量建设与投运，下述问题会逐渐暴露出来。

a.智能变电站规模建设运行后，插件发生故障的次数会随着投运变电站的增加而增加，因此检修人员的工作量也会大幅度增加。

b.考虑到检修人员业务水平参差不齐，错误的配置可能导致保护装置的误动或拒动，从而导致保护系统的可靠性下降。为解决上述问题，本文提出在智能变电站中更换插件时由系统自动完成插件的配置、定值传输等功能，实现保护插件的“即插即用”。

本文研究保护装置应用技术，尝试开发保护装置一键备份恢复的手持式继电保护调试终端，选定某一智能站为试点，将研究成果应用后总结编制保护装置手持式调试终端的技术要求和标准规范，提高变电站安全运行的可靠性，减少维护工作量，实现减人增效。

2 系统方案设计与分析

本文拟开发基于手持式调试终端为平台的智能设备配置管理系统（以下简称管理系统）。管理系统用来管理全站设备配置内容，以物理设备为单位，创建一个个设备备份库，内容包括SCD、虚端子、网络参数、保护代码等。调试终端采用手持设备硬件，如图3所示。

图3 手持式调试终端

在智能设备投运时通过该手持式部署工具包对智能设备进行系统备份，保存于管理系统中；如果发生插件损坏、装置故障等告警，备品备件到位后管理系统自动将备份库中内容下装到备品备件中。这一系列动作有系统严格对比，保障更换的插件和设备投运时配置相同，实现备用插件的“即插即用”。系统结构如图4所示。

2.1 管理系统

2.1.1 系统框架

表1 某型数字化母线保护的二次资源

图4 配置管理系统架构

管理系统应安装在电网检修中心，实现对区域内多个变电站保护装置备份、维护、管理的功能。

本文中管理系统的基础对象是保护装置的插件，可以实现将属于单块插件的程序和配置文件通过特定的目录结构组织和安全压缩，形成一个插件级的软件包［2］。

2.1.2 版本管理

在部署工具包生成插件软件包时，会将软件包中各组成部分的版本和CRC码记录在软件包里。在提交到管理系统时，管理系统会根据软件包内部各组成部分的版本号，结合该插件的历史版本号，重新生成一个新的版本号，并记录该软件包的提交日期。保证在管理系统中每个插件都会有一个包含各个历史版本的软件包队列［3］。

2.2 部署工具包

部署工具包（以下简称工具包）采用Ghost技术，实现保护装置中所有保护程序及配置文件的一键备份和恢复；另外工具包辅以定值（含压板）离线编辑软件，对集中保护装置中的定值实现离线编辑、在线一键整定，在整定过程中使用差异对比等关键技术，实现定值整定工作的快捷、准确和高效。保护装置备份及单插件恢复过程如图5所示。

工具包包括2个部分，一是负责文件在线备份恢复、定值查询整定的手持设备；另一个是定值离线编辑、浏览保存的离线编辑软件。

从文件备份恢复和定值编辑整定角度看，软件包涉及的关键技术在于：为了保证文件系统的安全性，手持设备作为专用设备与外界是物理隔离的，仅与保护装置之间进行文件交互。保护装置的软件清单是在产品定型阶段，开发人员根据保护装置的文件系统手动编写完整的软件目录，包括软件平台程序、保护目标程序以及工程配置文件（如CID文件、NPI配置文件、定值参数文件等），是指导整个备份恢复操作的基础性文件。当装置出厂时，手持设备基于软件清单将各个装置中的文件系统备份到手持设备中，并以装置软件包的形式录入配置管理系统，进行统一管理。

图5 保护装置备份流程和恢复流程图（a）——保护装置备份流程；（b）——保护装置恢复流程

手持设备的备份操作应包含2个层次：保护装置出厂时，备份发布的保护目标程序；而在工程调试阶段，手持设备应备份工程的配置文件，由于工程调试过程较长，很多情况下，需要进行阶段性成果备份，这就牵涉到备份文件的版本管理。配置管理系统中增加版本管理，每次配置文件的更新自动打上版本标签，保证版本的有效性。

为实现配置的便捷和高效，并防止误操作及无配置等错误的发生，工具包的手持设备中采用了IP自动识别技术。手持设备在待机情况下，屏保是锁定的；当用户利用以太网线将手持设备与保护装置前网口连接起来时，手持设备会启动IP搜索，并自动识别出要操作的保护装置。首先软件包的文件系统进行差异比较，标示出差异比较的结果，接下来的备份操作则是将存在差异的文件从保护装置中取出，重新添加到手持设备的软件包中。差异比较的算法是，将保护装置中的文件和软件包中的对应文件通过MD5校验并比较该校验码，若不一致，则认为此文件在保护装置和手持设备之间存在差异。手持设备从保护装置中获取文件是通过FTP方式进行，在获取文件时进行了用户名和密码认证，保证操作的安全性。

恢复是备份的逆过程，所使用的技术与备份基本相同，操作流程也基本相同。唯一不同的是，在版本选择窗口中，选择的是要写入保护装置的软件包版本。

由于能否将软件包中指定版本的文件准确恢复到保护装置中，直接关系到保护装置的安全可靠运行，所以在软件包的恢复操作上，手持设备使用了多项关键技术来保障写入的安全。

软件包恢复的关键技术如下。

a.软件包版本保证。每个版本的文件是相互独立的，保证了数据源的安全性。

b.用户权限保证。在使用ftp写入时，因为保护装置中文件系统的访问是通过用户权限控制的，所以通过使用“用户名＋密码”的权限验证，保证不会写错目录。

c.可靠性保证。对写入过程全程监视，使用重发机制，保证传输过程的可靠性；同时，在写入成功后，通过对比保护装置中文件大小和最后修改日期等文件属性信息，进一步保证文件传输的可靠性。

d.定值管理。针对部分保护装置定值多、整定核对工作量大的问题，自动部署工具的定值管理功能利用离线编辑、自动识别、一键整定、自动校对等技术，以一种快捷、准确、高效的方式化解了繁杂的工作［4］。

恢复完成后，为了保证所更换插件的正确性，通过手持设备自动对插件接口、程序、配置、定值、压板进行校验。对数据接口采用读写操作进行验证；对程序和配置等文件和原始备份文件进行对比，保证文件完全一致；对于定值和压板需要从装置读取当前值，然后和备份的数据进行对比，保证数据的一致性。

保护装置的定值管理功能由2个模块协作完成，一部分是安装在PC上的离线编辑软件，它包括定值的离线编辑、定值单的分发和回收、定值单打印和保存等功能，另一部分是嵌入到自动部署工具的定值管理模块，它包括定值单的对比和写入操作。

3 经济效益分析

手持式继电保护调试终端无需任何网络配置，将网线插入装置调试口，终端能够自动识别出对应的屏和装置，确认无误后，可一键实现装置的程序下载、定值读写、配置恢复等功能。实现了繁琐配置工作的自动化，消除了人为错误的隐患。减少了变电站的运行维护成本，从而降低变电站自动化系统全寿命周期成本。

4 结束语

本文核心技术创新方案符合国家电网公司智能变电站技术的发展方向，我国智能变电站数量众多，投资巨大，项目实施成功后所带来的社会、经济效益显著，完全符合国家电网发展的战略方针，具有良好的推广应用前景。

［1］ 吕世霞.基于ARM的手持智能终端系统的研究［D］.天津：天津大学，2006.

［2］ 张幼明，高忠继，黄 旭.智能变电站技术应用研究分析［J］.东北电力技术，2012，33（5）：15－16.

［3］ 殷建刚，尹 军，余祥坤，等.智能变电站即插即用技术研究［C］.北京：中国电机工程学会年会论文集，2013：20－22.

［4］ 尤 存，张 宇.智能电网对继电保护的影响研究［J］.技术与市场，2012，19（8）：144.

Relay Protection Handheld Debug Terminal Platform Based on Plug and Play Technology Research

ZHAO Lu1，WANG Xin2
（1.Shenyang Power Supply Company，Shenyang，Liaoning 110003，China；2.Huludao Power Supply Company，Huludao，Liaoning 125000，China）

Intelligent substation protection plug technology is studied to the solution of intelligent substation protection device.Plug and play function is applied to intelligent substation protection device，improving the convenience of smart substation protection device maintenance，reducing maintenance workload of maintenance personnel，providing work efficiency.The use of fault preventing and se⁃curity checking technology is used to improve safety.

Plug and play；Relay protection；Handheld terminal debugging

TM774

A

1004－7913（2015）05－0001－04

赵 璐（1983—），男，学士，工程师，从事电网建设管理工作。

2014－12－09）