便携式继电保护装置多源定值管理系统的设计与实现

华 坤，童斯琦，周建建，王一帆，李永恒，谭 锋

(1.深圳供电局有限公司 变电管理一所，广东 深圳 518000；2. 贵阳锐泰电力科技有限公司，贵州 贵阳 550002)

继电保护装置内部设定的各项保护定值是继电保护正确动作的依据[1]，是决定保护是否能准确可靠反映电网各类故障的重要参数。定值的适应性与正确性决定着电网的安全运行和继电保护正确的动作，这些定值随着保护装置的投入运行而固定[2-4]。但其也不是一成不变的，随着整个系统的变化、运行方式的调整，保护定值也需要做一定的调整才能适应当前的运行方式[5-7]。

目前定值比对主要是使用纸张、电话、传真和邮件等方式通过手工完成[8]。继电保护设备日益增多，型号版本繁多，逻辑、格式多样。因此，在短时间内无法完成对所有装置的定值比对[9]。同时，传统的定值比对方式需要消耗大量的人力与物力[10]，且易受人为的因素影响而导致无法查出所有存在的问题[11-12]。继电保护设备本身也较易出现定值漂移的问题，及时有效地查出这些问题，不仅能解除电网的安全隐患，且还能防止保护勿动的情况[13]。由此，本文提出和设计了基于多源数据的定值比对及固化系统。

本文设计的便携式继电保护装置多源定值管理系统主要包括便携式保护定值比对装置硬件、便携式保护定值比对装置嵌入式软件和定值比对与保信主站定值数据交互软件3部分。首先，保信主站与保护装置的定值数据进行交互，更新定值智能管理后台服务器的定值与台账；然后，在Web客户端更新定值记录、操作记录和PA管理记录；同时，也可使用便携装置硬件PA接收定值、操作记录和台账；最后，使用PA更新和维护保护装置的定值。下面分别介绍各组成部分的具体实现和功能。通过研究保护定值的全生命周期可维护技术，保证了继电保护装置定值单全生命周期内可追溯、可维护，当前状态可实时更新，改变了以往定值比对和定值单固化的工作模式，提高了管理水平，有利于定值整定等的正确决策。

1 系统总体设计

本文设计的便携式继电保护装置多源定值管理系统主要包括3部分：便携式保护定值比对装置硬件(以下简称“便携装置硬件PA”)、便携式保护定值比对装置嵌入式软件(以下简称“便携装置软件”)和定值比对与保信主站定值数据交互软件(含定值台账系统，以下简称“定值数据交互软件”)。系统功能流程图如图1所示，具体工作流程如下所述：

(1)在定值管理后台软件上人工输入保护定值，并记录固化过程，形成定值台账；通过管理软件与地调的整定计算软件程序接口、从程序内批量导入保护定值单；

(2)定值管理后台软件将各保护定值单下传给便携装置；

(3)定值管理后台软件与便携装置之间比对各个定值项正确性；

(4)便携装置将定值写入保护装置；

(5)便携装置从保护装置中读取定值单数据；

(6)将读取的定值单与便携装置中待整定的定值单进行比对；

(7)将操作结果记录到便携装置；

(8)便携装置将操作结果上传给基于Linux的定值管理后台软件；

(9)便携装置与定值管理后台软件比对操作结果；

(10)记录操作结果到定值管理后台软件。

该系统具体实现如下所述。

图1 功能流程图

1.1 便携装置硬件

便携装置硬件采用最新Cortex-A8的ARM CPU，以提高装置的整体性能、降低功耗、减少发热、提高使用寿命[14]。Cortex-A8处理器的工作主频可在600 MHz～1 GHz范围内选择，能够满足对低功耗进行优化的移动设备要求；具备加密算法的硬件加速。采用Cortex-A8可以显著减少外围电路，高效实现本项目硬件功能，集成度高、故障率低。

1.2 便携装置软件

便携装置软件采用嵌入式VxWorks操作系统[15]，便于为应用软件提供一个稳定可靠的多任务平台和良好的扩展性支持。便携装置软件采用模块化、插件式设计思路，将各种应用数据流关系归纳设计，各个应用数据流尽可能地采用独立的任务完成，各任务之间通过“消息总线”技术交换数据/信息，以提高装置软件的稳定性、可靠性和可扩展性。

数据库采用嵌入式SQL Lite，将各种定值数据的管理标准化。由于保护装置的厂家和型号众多，因此需首先将各型号保护装置的定值模板规划好，并编写相应的通信程序模块，这些定值模板和通信程序模块分别形成“模板库”和“通信库”。其中，“模板库”由比对装置和定值后台管理软件共享；在非现场环境下，由基于Linux的定值后台管理软件根据“模板库”导入具体保护装置的最新定值，并自动形成可追溯的历史定值存入数据库单；比对装置通过网络与定值后台管理软件，同步定值单数据到便携装置中，并将便携装置中的现场工作记录导入到定值后台管理软件数据库系统，并自动形成可追溯的定值比对日志；现场使用时，根据具体保护装置，在保证物理通信链路畅通的情况下，即可正确完成定值比对工作，包括保护装置的定值与定值比对；比对装置除了用于保护装置定值固化和定值比对，也用于保护装置定检时的正确性检查。

1.3 定值数据交互软件

定值数据交互软件基于Linux程序实现，同时考虑到系统的安全性和稳定性、也为了节省软硬件投资及降低维护成本，采用Linux操作系统和免费版MySQL桌面数据库。定值后台管理软件负责根据“模板库”维护具体保护装置的定值，以灵活的表格形式导入或导出最新定值单，并将待整定的定值单下发到便携装置中，或从便携装置中读取现场比对记录，并自动形成可追溯的定值单。定值后台管理软件可以查询具体保护装置的所有定值变更或定检记录，或是给出某段时间内定值发生变化、定检异常的所有保护装置信息，并形成报表，真正实现对保护定值单的全生命周期可维护，保证对定值的管理形成一个闭合的管理流程。

2 系统实现与仿真

保护装置与便携装置间使用网口进行连接，如图2所示。如装置有未占用的可运行103规约或61850规约的网口，直接连接到装置上。若无多余网口，在装置处于检修状态时，拔下装置上的网线连接到装置上。

图2 便携装置与保护装置的连接

图3 便携装置软件功能

如图3所示，为便携装置软件功能界面，主要包括定值校验、任务查询、数据同步和日志查看四个功能模块。定值校验模块从数据库中获取当前登陆账户下所要校核的场站和装置信息，并通过“相同”、“不同”和“全部”3个按钮对校核结果进行筛选；任务查询模块可查看当前登陆账号下的所有任务列表，任务详细及任务完成情况；数据同步功能用于上传本装置数据，并从后台获取新的数据，包括新任务列表，任务相关台账信息等；日志查看模块可查看本装置上所有的日志信息，分为修改记录、校核记录、操作记录、写入记录，每个记录均可通过切换界面进行查看。

本文所使用的定值模板，如图4所示。定值模板功能模块是管理软件中较重要的一个模块，通过此模块，管理员可预先创建定值较为完善的定值模板。后继用户在创建定值时，只需通过对符合要求的模板进行选择便可完成定值单的快速创建。创建定值模板时，为避免用户人为输入带来的不便，同时兼顾到各厂家保护装置定值设置的异同，此模块在设计过程中应考虑到对预定义定值的管理。

图4 定值模板功能流程图

定值数据交互软件基于B/S架构实现，其功能模块如图5所示。图6所示为定值数据交互软件的主界面。该软件主要实现以下功能：(1)对Web管理软件系统参数的维护，包括对系统基本参数及便携式软件版本和软件路径的维护；(2)对供电局、变电站、间隔信息的维护，包括添加、修改、删除操作；(3)通过系统对便携式装置PA状态的维护，包括注册PA，对PA当前状态修改为挂失、停用、正常使用状态；(4)用户管理模块实现对用户角色(管理员、班长、校核员、审核员)的控制，不同的用户角色对应不同的权限；(5)操作记录维护模块包括SOE记录(用户登录方式和定值操作等)、上传记录(定值写入、定值修改、定值核对记录)，下载记录(下载定值、下载设备、下载用户、下载局站、下载模板)；(6)修改密码模块完成登录用户对自身密码的修改；(7)定值模板是为方便创建具体定值单而预先设立好的，提供了定值单所需的所有定值参数，方便用户根据具体应用需要创建合理的定值单；(8)定值信息完成对具体装置参数信息的维护(包括通信参数、设备信息、定值信息)。

在此模块中，装置的历史定值单、定值单定值的核对记录、定值单定值的写入记录均应记录下来，方便用户进行查询。同时，应提供定值单的比对功能。

图5 定值数据交互软件功能模块

图6 定值数据交互软件主界面

3 结束语

针对目前继电保护装置的定值比对效率低下和定值固化存在电网风险、作业风险的问题，提出了便携式继电保护装置多源定值管理系统。该系统主要包括便携式保护定值比对装置硬件、便携式保护定值比对装置嵌入式软件和定值比对与保信主站定值数据交互软件三部分。首先，保信主站与保护装置的定值数据进行交互，更新定值智能管理后台服务器的定值与台账；然后，在Web客户端更新定值记录、操作记录和PA管理记录；同时，也可使用便携装置硬件PA接收定值、操作记录和台账；最后，使用PA更新和维护保护装置的定值。

实验结果表明，该系统具有以下优点：(1)用多源数据进行保护装置运行定值的智能比对，有利于调度人员对保护实时运行的定值进行审核，杜绝人为因素导致的错误，提供电力系统稳定性和安全性；(2)支持自动导入PDF、EXECL等格式的定值单，避免了人工手动输入定值单，保障了定值单的正确性，杜绝保护定值录入；(3)使用“一键式”固化定值单技术，实现了继电保护装置定值的自动固化和比对，有利于杜绝保护人员定值固化及比对错误，提高工作效率。

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