继电保护装置定值自动化校核系统设计

李志兴 王昱栋 许志华

（1.广东电网公司佛山供电局 2.华南理工大学 3.广东电网公司）

0 引言

继电保护是对电力系统中发生的故障或异常情况进行检测，将故障部分隔离、切除的一种重要措施。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，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［1］。而定值的适应性与正确性确保了电力系统的安全运行。如果定值设置错误，将给电网运行埋下巨大安全隐患，因此，继保装置定值设置和调整后，需要对其进行再次校核确认无误，定值校核环节尤为重要。

当前，变电站继电保护系统的定值校核工作仍采用传统的人工校核方式［2］，即由变电运行人员打印出纸质版的定值清单后，人工核对实际运行定值与参考定值是否一致。随着电力系统的“去中心化”发展，变电站的数量不断增加，继电保护装置的应用也更为广泛，而电网结构、运行方式的变化使得保护定值需要经常随之修改［3］。电网的变电运行人员有限，仅依靠人员进行定值核对，工作量较大，容易造成工作失误，存在误核对和漏核对的现象，同时也有工作效率低、及时性不佳的问题。

针对上述问题，本文设计开发了无纸化继电保护装置定值自动校核系统。应对复杂的电力系统及庞大的校核工作量，由计算机自动校核，可极大地提高定值校核的效率，减轻基层工作人员负担，降低电力企业的劳动力成本。采用无纸化方式，实现纸张资源的节约，且相比纸质文档，电子文档节省了储存空间，更便于管理。此外，继电保护装置的正确动作事关电网的安全稳定运行，故通过自动校核，减少排除人工的主观差错，可提高电网运行的可靠性，具有巨大的经济和社会效益。

1 设计方案及模块说明

自动化定值校核程序可大致分为数据获取模块、自动校核模块和报告输出模块。传统的继电保护定值校核工作流程通常是由实体打印机打印获取纸质定值清单后由人工校核，再人工整理并存储文档，总体上费时费力，并且准确率难以保障。基于上述人工校核存在的缺点，本文开发的无纸化继电保护定值校核系统的总体方案如图1所示，其工作的基本流程为：虚拟打印机通过串口获取继电保护装置的窗口数据，生成定值清单的txt文件，自动校核软件对比窗口数据与参考定值后，输出校核报告供用户查阅、统计。

图1 系统设计流程图

各模块的作用如下：

装置定值清单获取模块：获取数据。虚拟打印机通过RS232串口与继电保护装置连接，在电脑上打印出对应继电保护装置获得的实际测量数据，即在电脑上生成相关系统的定值清单的txt格式文件。

自动校核模块：校核数据。把从获取模块获取到的实际测量数据与对应电力系统的定值清单参考文件作比较，对比出哪些实际测量值与参考值有出入，并生成记录有错误数据的校核报告。

输出报告模块：由自动校核模块生成的校核报告会自动保存至电脑，并调用WPS、Office程序展示，方便工作者查阅和统计。

1.1 定值清单获取模块

定值校核需要用到两部分定值，由调度部门下发的参考定值和从继电保护装置上读取的运行定值。参考定值为xls格式，运行定值则是由继保装置连接虚拟打印机生成的txt格式的数字化文件。

在用户输入相应文件后，定制清单获取模块会基于规则对原始文件中字段和值进行自动化提取，并构建成层次化数据结构，该结构包含如图2所示的4个层级，第一层级记录定值表单名，如“基本定值”，第二层级记录子表单名，如“500kV主变开关量基本定值”，第三层级记录定值名称，如 “线路投运电流”，第四层级记录定值数值。

图2 层次数据结构示例

1.2 自动校核模块

当用户通过软件的交互界面导入参考定值文件和运行定值文件，软件自动对参考定值和运行定值进行提取并构建统一的层次结构。在自动化校核时，首先需要对两部分字段进行匹配，在实际工作中，笔者发现字段名称可能存在缩写情况，例如在参考定值文件中，“过电流保护定值”存在被简写为“过流保护定值”的情况，“断面切负荷定值”存在被简写为“断面切荷定值”的情况。

为此，本文引入了Levenshtein距离［4］来度量字符串相似度，允许字段在一定范围内进行模糊匹配，原理是Levenshtein距离反映了两个字符串相互转换需要的最少的操作次数，其中的操作包括插入、删除、替换。对于同一层级内存在差异的字段，程序首先遍历所有可能的匹配方式，从中选取Levenshtein距离最小者为最佳匹配，并设置该距离最大不能超过2，避免错误匹配发生。对于无法匹配的字段，将在输出报告中展示，由人工处理，该过程如图3所示。

图3 字段匹配流程框图

1.3 输出报告模块

当自动校核完成后，程序会以电子表格的形式输出检验报告，并调用系统中安装的WPS或Office软件打开。参照文献［3］的设计，报告中包含时间、设备名称、检查项目字段名称、参考定值项对应地址、两部分定值以及检查结果。用户可以很方便的使用WPS等软件对校核结果进行统计、筛查。

2 应用及效益分析

图4展示了一份自动化校核报告。其中包含了结果概述以及两部分定值（装置定值和参考定值）的数值和检查结果，并使用不同颜色将检查结果高亮。从连接继保设备到完成自动化校核，用时约2min，其中大部分时间用在使用虚拟打印机从继保装置获取定值上，而自动化校核任务能够在瞬间完成，用户仅需要对校核报告进行简单检视即可。

图4 定值校核报告示例

下表列出了不同继保设备上自动校核时间和人工校核时间的对比，从中可见自动校核耗时不会随校核项目数增多而发生明显改变。同时，传统的人工校核需要两名工作者同时作业降低犯错可能性［5］，而借助自动化校核程序，工作者仅需复核报告中的存疑项，极大地减少了工作量，因而相同的工作仅由一名工作者即可胜任。从中可见，自动校核方式能够极大节省人力成本和时间成本。此外，自动化校核系统不需要进行实体打印，实现了全程数字化，这在节约纸张的同时也方便相关文档的管理和归档，从而有助于提高电网管理的数字化水平。

表 不同设备人工校核时间和自动校核时间对比

以佛山电网为例，截至2016年底，佛山市共有5座500kV变电站，15台主变；33座220kV变电站，85台主变；176座110kV变电站，406台主变；1座35kV变电站，2台主变［6］，考虑到变电站中变压器的每回出线都需安装继电保护装置，而每个装置一年需进行至少2次定值校核。采用自动化继保定值校核系统能够节省数百小时人工成本，再考虑过程中节省的人力成本和后续的归档管理所需的费用，自动化校核带来经济效益不容小觑。

3 结束语

针对继电保护装置定值校核问题，本文提出了一套完整的自动校核系统设计方案，所开发的自动化校核系统能够有效提高校核的准确率和效率，节省人力成本和时间成本，对提高电网的安全性和可靠性具有重要意义。本系统的突出优势总结如下：

（1）相较至少2名工作人员同时进行的传统校核流程，使用自动化校核系统完成校核全程只需2min。基于以上数据，过程中工作人员仅需复核报告中的存疑项，极大地减少了工作量，从而更好地避免人工漏核、误核可能造成的经济损失与社会影响，提高新型电力系统的运行效率与安全性。

（2）纸张节约。人工校核需打印继保装置定值清单，因此消耗大量纸张。而本文开发的自动校核系统实现了全程无纸化，能节约大量纸张，具有较高的环境效益。

（3）资源减负。传统校核方式产生的大量纸质报告文件，其存储与管理消耗大量人力物力。本文开发的自动校核系统实现了定值文件、校核报告的电子化、信息化，更易于存储和管理，且避免了大量纸质文档对存储空间的需求或后续销毁需求，降低了资源消耗、低碳环保。

在“双碳”目标推进、电网持续发展的背景下，继电保护装置的数量迅速增长，保护装置在新建工程、技改工程、定检维护中定值校核的工作量逐年增大。传统人工校核方式消耗大量的人力物力，不满足新型电力系统的发展要求。通过无纸化定值自动校核系统，可显著提高保护定值校核的准确率和工作效率，信息化电子化管理低碳环保，节约大量的人力物力及运行维护成本，符合新型电力系统发展要求。该系统具有较高的实用意义和推广价值，适合在电力系统中大规模的推广使用。