继电保护装置检修工作前后定值核对系统的开发与应用

吴勇海，沈建林，游江浩，李思雨

（国网福建省电力有限公司龙岩供电公司，福建 龙岩 364000）

0 引言

近年来，随着电网建设的高速发展，变电站迎来了爆发式增长，继电保护装置也随之急剧增加，日常检修工作前后对保护定值进行记录与核对的任务也变得更加繁重[1-2]。当前现场保护定值采用的是人工核对方式，即检修前打印现场保护定值单，检修工作结束后，保护人员根据定值单同运行人员进行朗读、复诵，并与保护装置打印出来的定值单进行核对[3-5]。该方法存在如下问题：一是打印定值耗时长，传统打印机容易卡纸、出纸速度慢，不仅造成现场作业效率低，而且易造成纸张的浪费；二是现场定值单打印采用的是传统针式打印机，该打印机打印形式单一，不方便进行信息分发、信息存档和查询；三是人工核对方式存在核对错误的风险，一旦发生人为错误，将会导致保护拒动或者误动，严重影响电网的安全稳定运行[6-7]。

针对保护装置传统校核方法存在的问题，业界提出了多种新的定值校核方法[8-11]，但在检修现场使用仍不够方便。本文提出了基于继电保护装置检修工作前后定值核对系统[12]，设计了一套手持式数字化虚拟打印机，该系统能够实现现场检修工作效率的提升，消除人工核对定值错误的风险。

1 系统功能及总体结构

继电保护装置检修工作前后定值核对系统总体结构如图1所示，主要包括虚拟打印机和定值管控系统两部分。保护装置与虚拟打印机通过打印数据线实现定值打印，将保护装置定值的数据报文解析存储至SD卡中，同时SD卡存储的文本文件可导入定值管控系统，实现检修前后定值文件的自动比对。

图1 继电保护装置检修工作前后定值核对系统总体结构Fig.1 Overall structure of the definite value checking system before and after the maintenance of relay protection device

2 系统设计开发

2.1 继电保护定值虚拟打印机

2.1.1 虚拟打印机硬件开发

继电保护定值虚拟打印机功能示意图如图2所示，包含信息展示窗口、操作按键区、电源充电口、保护装置打印口、SD存储卡接口、CPU模块和装置外部封装模块。

图2 继电保护定值虚拟打印机功能示意图Fig.2 Schematic diagram of relay protection definite value virtual printer function

（1）信 息 展 示 窗 口 采 用ALIENTEK 4.3′TFTLCD电容触摸屏，可以显示当前打印状态、当前打印波特率等信息，支持剩余电量展示，同时可以进行打印波特率、文件名称等装置基本参数的设置。

（2）操作按键区为接收装置上的操作按键，包括复位键、字符输入键、光标移动等。

（3）设备具备独立的电源模块，采用可循环充放电的锂离子电池，供电接口使用标准的Micro USB接口电源。电池充放电电路采用了TI最新支持快充功能的控制芯片，将外部输入的5 V电源转换为锂离子电池的充电电压，同时兼容普通手机充电器、充电宝和计算机USB充电。电源电路具备充电控制、电量检测、过流保护、过温保护功能，能够确保锂电池的安全可靠。

（4）保护装置打印口主要包括一个并行打印接口和一个存储介质接口。并行打印接口可以直接接入目前保护装置的25针打印数据线，存储介质接口为SD存储卡接口。通用异步接收/传送器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）口收到保护装置输出的打印数据后，CPU运行程序将ESC/POS规范的打印报文转换为标准的文本、数据，存储在SD卡。

（5）CPU模块采用STM32 ARM架构，32位处理器，运行频率72 MHz，可以实现串口收发、通用型输入输出（General Purpose Input/Output，GPIO）控制、屏幕显示、数据处理等功能，满足打印数据的接收性能需求。

（6）装置外部封装部分由ABS工程塑料外壳、TFT液晶屏、打印输入接口、USB充电接口、SD存储卡接口和按键区组成。根据印刷电路板大小以及开孔位置和尺寸，进行模具设计和制作，并采用激光成型，继电保护定值虚拟打印机实物如图3所示。

图3 继电保护定值虚拟打印机实物图Fig.3 The physical map of virtual printer of relay protection definite value

2.1.2 虚拟打印机软件开发

虚拟打印机采用C语言程序，开发主要有按键内容输入程序、液晶显示程序、数据串口传输程序、数据解析处理程序和SD卡存储程序。按键输入程序主要对打印波特率进行设置，也可对存储的文本文件进行命名。打印波特率设置和存储文件命名设置完成后，等待接收数据，此时若按下打印输出按钮，保护装置定值数据通过串口传输程序实现ESC/POS规范的打印报文传输[13]，并通过数据解析处理转换为标准的文本、数据，存储至SD卡。当接收的数据文件乱码时，需重新设置打印波特率，直到该打印波特率与保护装置波特率一致，打印工作结束。液晶显示程序展示了打印参数设置、串口传输状态、设备状态和数据处理中的全过程，实现了定值文件打印全过程的人机交互。虚拟打印机软件实现流程如图4所示。

图4 虚拟打印机软件实现流程图Fig.4 Realization flowchart of virtual printer software

2.2 定值管控系统

在计算机端采用Qt软件开发变电站定值管控系统，参照继电保护监控后台配置工具进行设计，可以新建变电站节点，在变电站节点下新建二次设备，从虚拟打印机的SD存储卡导入每个二次设备的定值单文本文件，实现定值的存档与管理[14-16]，记录定值变更情况，包括二次设备每次定值导入的导入时间、导入人、定值发生变化的原因等，实现保护装置定值管理的可追溯性，便于管理。该系统通过调用WinMerge比对模块，可以比对不同时间段的装置定值信息，从而实现对继电保护工作检修前后的定值比对，继电保护装置检修工作前后定值核对流程如图5所示，定值管控系统界面如图6所示。

图5 继电保护装置检修工作前后定值核对流程图Fig.5 Flow chart of definite value check before and after maintenance work of relay protection device

图6 定值管控系统界面Fig.6 Definite value control system interface

3 系统应用

福建省某110 kV变电站线路保护首检时，利用该方法进行继电保护装置检修前后的定值核对。在继电保护检修工作前，先设置好虚拟打印机的波特率，将定值虚拟打印机替换原有的针式打印机，与保护装置连接，通过保护装置上的打印功能，将保护装置定值的数据报文进行解析存储，并将虚拟打印机SD卡存储的文本文件导入定值管控系统。继电保护检修工作结束后，再次通过虚拟打印机接收保护装置打印报文，并解析成文本文件存储在SD卡中，再次导入定值管控系统。在定值管控系统中，将检修工作前后两次的定值数据进行比对，给出定值核对的结果。现场应用如图7所示。

图7 便携式继电保护定值核对装置现场应用情况Fig.7 Field application of portable relay protection setting check device

定值管控系统的显示效果及比对情况如图8所示。由图8可以看出，定值管控系统能够将定值信息进行分级存储管理，并实现定值的自动对比，且对检修前后定值差异项进行标注，定值核对准确率达100%。

图8 定值在定值管控系统的显示效果及比对情况Fig.8 The display effect and comparison of fixed value on the fixed value management software

统计10名继保人员采用人工核对和定值自动校核方法所花费的平均时间，人工核对包括拉取交流电源花费时间、安装打印机并打印定值花费时间以及人工核对花费时间，表1为采用人工核对和定值自动校核方法的用时数据对比。

表1 定值自动校核与人工校核的用时数据对比Tab.1 Comparison of time-consuming data between automatic and manual calibration

从表1数据可以看出，应用定值自动校核方法后，班组人员无需从试验电源屏拉取交流电源，打印机安装及打印时间大幅缩短，且定值文本文件实现自动比对，缩短了人工核对花费的时间，继保人员定值核对时间由原来的14.1 min降低至3.2 min，定值核对正确率由原来的95%提高到100%，在显著提高定值核对工作效率的同时，确保了定值核对结果的准确性，减少了因人为因素造成的比对失误风险。

4 结语

本文提出的继电保护定值自动校核方法实现了继电保护设备的定值等信息的无纸化打印和存储、智能比对以及定值管控的闭环跟踪，该方法的应用切实提高了继电保护装置检修前后定值核对工作的效率，确保了定值核对结果的准确性，同时按保护装置进行定值单的存储，可以查看该套保护在全寿命过程中定值变化情况，对于保证变电站设备的正常运行和电网安全稳定运行有着重要的实践意义。