基于模板的继电保护智能传动技术的研究应用

魏艺君，熊守江，顾工川

（国网江西省电力有限公司超高压分公司，江西 南昌 330000）

0 引言

随着变电站智能化二次设备应用技术的逐步成熟，智能变电站的加速建设，智能化二次设备及系统的调试效率与二次班组工作承载力的矛盾日益突出，目前仍采用传统人工手动调试、手动记录报告等方法，无论是对变电站现场定检消缺工作或是变电站基建工程二次专业验收等工作在效率上都造成较大约束，且继电保护传动调试过程涉及逻辑计算及二次回路识图，对现场二次继电保护员的技术水平及工作经验有较高要求，故在现场实际工作过程中易发生因错误调试或逻辑验证失误出现的缺陷或隐患，继电保护传动调试的效率和质量问题突出[1-2]。

国内外对继电保护智能传动的研究仅停留于针对特定保护装置型号的自动测试，基于特定的测试场景或继电保护设备定制，并不具备通用性，一旦测试对象、测试要求、测试结果等出现变化，自动测试模板就不再适用，仍需回到手动测试的方式来完成差异化的测试任务，局限于单一的作业工作，测试功能零散、单一，缺乏系统化、标准化测试思路，自动化水平低，无法有效支撑大规模智能变电站高效运维及检修测试需求[3-4]。对此，文中提出一种基于模板的继电保护智能传动技术，通过研究使用保护定值自动匹配及校核技术，建立保护配置信息模板库，实现保护定值与信息模板库定值条目的自动匹配，根据调试策略智能生成实例化灵活组态模板，实现现场测试内容及生成调试报告灵活适配，兼容人工确认与自动测试项目，提高现场检验、验收效率[5]。

1 继电保护传动试验原理

继电保护装置作为电力系统“三道防线”之一，对继电保护装置的校验对发现并消除电网安全隐患起着至关重要的作用。现场结合停电计划通过继电保护试验仪输入故障电流、电压量模拟电力系统各类故障，验证继电保护装置在各类故障情况下动作逻辑无误[6-7]。传动试验即模拟变电站正常运行过程，带断路器开关实际动作，进一步校验二次保护装置与一次设备的动作配合。根据电网“九统一”设计规范，继电保护装置二次回路出口遵循逻辑判别，且实现相同功能的保护装置出口逻辑大致相同且计算原理统一，其中保护程序结构框图可表示为图1 所示。

图1 继电保护装置程序框图

如图1 所示，进行继电保护传动试验前需根据不同类型保护装置实现的不同功能，查阅相关定值信息进行逻辑计算，将计算结果作为输入量使相应继电保护正确动作，并做对应记录形成调试报告，目前多依赖于现场技术人员手动计算及调试。

2 基于模板的继电保护智能传动技术研究

对于继电保护设备的传动试验调试，如线路保护的整组回路测试，联动信号测试，开关动作结果、关联保护联动结果、监控后台信号触发、录波结果、网分记录等，部分测试条件的检查、测试信号的检查目前仍需要依赖于人工进行，且由于现场继电保护传动校验不同于单体测试，测试项目的灵活多变导致很难有统一的测试用例，即使是相同的测试项目也可能存在不同的测试要求、需要检查不同的测试数据，使得传动试验难以固化测试用例，智能测试的实现异常困难，调试报告也因继电保护调试功能不同或继电保护装置不同而存在差异，导致基于固定测试用例形式生成的模板也难以满足测试报告的要求[8-9]。对此，提出一种基于模板的继电保护智能传动技术，实现应对不同情况继电保护传动试验的“一键式”智能传动。

2.1 建立灵活继电保护模板组态

根据继电保护传动试验流程，需建立自适应不同保护装置及不同保护功能的调试模板组态及报告模板组态。

调试模板组态通过灵活编辑的方式生成调试模板，不再通过继电保护试验仪固化调试模板，根据可能的传动调试内容及功能，梳理需要使用的数字信号，统一按照设备形式进行建模，以设备为对象形成一个中间数据库。根据特定的传动任务，整理传动试验对应要求要点，确定每项传动子项目需要满足的前提条件、需要施加的信号状态、需要检查的动作结果，然后通过中间数据库中的信号完成对应的测试用例配置，最终形成完整的测试用例。该测试用例不基于特定的SCD 文件信息，也不基于固定的算法，保证了测试用例的可扩展性和通用性。报告组态可根据调试报告数据内容等自动生成统一格式的模板，将调试模板数据以灵活组态方式导入报告表格，以此保证调试报告的高适配性和可用性。模板组态生成的基本原理可用图2 表示。

图2 模板组态生成技术原理框图

2.2 保护定值自动匹配及校核技术研究

继电保护传动试验过程中，对应不同继电保护校验功能，需使用不同继电保护装置定值进行计算校验，通过建立PaddleOCR 模型实现检测定值清单或召唤定值库中文本，并识别其中的文本信息，搭建CLIP 模型将文本及对应数值信息进行编码，将经核对确认的定值信息导入计算程序，由检测代码识别并完成自动核对通过建立保护装置配置信息模板库，以此实现保护装置定值与信息模板库定值条目之间的自动匹配及校核[10-11]。通过导入SCD 文件，选择待测IED 以及对应测试模板，程序自动识别并查找此IED定值对应定值库中的标准定值，进而根据调试模板中的定值修改项进行测试模板实例化。当继电保护试验仪与保护装置通讯时，获取保护定值并自动计算测试参数，实现测试项目的实例化，定值校核原理可用图3表示。

图3 保护定值自动校核原理示意图

2.3 智能“一键式”传动技术研究

通过以上灵活模板组态的生成以及自动获取校核定值技术的研究，可实现“一键式”的继电保护智能传动功能，首先使用具备建立模板组态及获取定值校对功能的自动测试软件与继电保护试验仪适配，智能传动调试软件记录继电保护试验仪的输出指令与计算结果，使用IEC61850标准通过MMS通信协议完成与继电保护装置的通信连接，智能传动调试软件通过记录继电保护试验仪的数据输出与计算结果[12-13]，并通过相应通信协议与灵活组态模板获取继电保护装置动作报文、节点变位等信息，继电保护智能传动软件软件贯穿智能传动全过程，由继电保护装置逻辑计算保护至动作、信息获取并生成调试报告，实现“一键式”继电保护智能传动智能化闭环调试。“一键式”继电保护智能传动测试系统结构如图4所示。

图4 “一键式”继电保护智能传动结构原理

智能传动程序首先在自动建模流程中完成SCD文件导入以及信息的自动配置后，即可选定与被测保护对应的测试模板进行检测，通过一致性检验，确认设备接线、通信配置正确，通过读取装置当前定值，自动计算出故障量并下发至底层测试仪，底层测试仪生成相应SMV、GOOSE数字信号发送给继电保护装置。并通过保护动作出口、动作时间、以及MMS信息来综合判断保护动作是否正确。最终输出测试结果，执行完成一个测试项，以此类推完成所有测试，测试过程中将相关测试参数及测试结果填写到事先规划好的测试报告模板中[14-15]。智能传动流程可用图5表示。

图5 继电保护智能传动流程图

3 继电保护智能传动技术的应用

为将继电保护智能传动技术实现适应变电站现场的应用与推广，提出一种基于模板的“一键式”自动化继电保护装置测试软件，继电保护智能传动调试软件具备各类继电保护装置不同功能板块与相关参数配置、定值获取与相应计算逻辑、输出数据及报文提取、数据存储与报告生成等板块构成，以此实现继电保护智能传动程序标准化。同时设计基于模板的“一键式”自动化继电保护装置测试仪硬件系统架构，包括光数字测试功能单板、电压电流功率源模块、主电源模块、前面板结构组件等。并将成果应用于现场进行实验，统计实验前后数据，验证继电保护智能传动技术的应用价值。

3.1 智能“一键式”传动技术研究

基于模板的继电保护智能传动测试仪包含软件架构及硬件设计，继电保护智能传动软件支持参数设置、调试模板组态生成、保护定值校核、保护功能测试、报告模板组态生成、测试数据展示。硬件包括主控制硬件组件、前面板硬件组件、开入开出硬件等，模拟电源电路采用单级设计，分散电流，提高散热性能，数字电源电路用于给DIDO 板以及风扇电路等供电，可通过跳线选择板载电源或者NET板输出的电源，支持现场测试内容灵活组态和测试报告灵活组态，兼容人工确认与自动测试项目，能显著提高现场检验、验收效率。继电保护智能传动测试仪系统框图如图6所示。

图6 继电保护智能传动测试仪系统框图

3.2 继电保护智能传动现场应用

通过随机抽取5 座500 kV 变电站进行继电保护智能传动测试试验，对比使用继电保护智能传动技术与否各站的继电保护调试时间，以5座变电站全站基建验收继电保护调试部分平均继电保护调试时间为单位，统计数据如表1所示。

表1 继电保护智能传动技术应用对比表

如表1所示，使用继电保护智能传动技术，可将现场继电保护调试时间由89.52人·天缩短至6.68人·天，实施继电保护智能传动技术应用效果显著，可大大缩短现场继电保护调试时间，提升工作效率。

4 结语

无论是变电站基建工程验收亦或是继电保护装置定期检验、消缺等，继电保护传动调试试验工作均贯穿其中并起着至关重要的作用，继电保护传动调试试验需根据不同类型的继电保护装置及其不同的继电保护功能，通过输入相应继电保护定值及投入相应软硬压板，经正确逻辑计算输出相应故障模拟量完成相应测试，因此对现场继电保护人员技术水平有较高要求，而实际上变电站各项工程仍依赖于人工计算与调试。此外，现有继保测试仪中一键式自动测试模板用例都是基于特定的测试场景或继电保护设备而定制的，并不具备通用性，一旦测试对象、测试要求、测试结果等出现变化，自动测试模板就不再适用，还是需要回到手动测试的方式来完成差异化的测试任务。文中提出一种基于模板继电保护智能传动技术，实现现场测试内容灵活组态及测试报告灵活组态，兼容人工确认与自动测试项目，经现场测试应用，使用基于模板的继电保护智能传动技术可大幅缩短现场继电保护调试时间，提高现场检验、验收效率。