CN105790441A - 一种智能变电站继电保护巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能变电站继电保护巡检系统，包括连接至智能变电站站控层网路的服务器，服务器用于执行包括以下步骤的方法：读取并解析SCD文件，获取全站间隔层装置的IP地址列表的步骤；启动IEC61850MMS客户端，按照IP地址列表，依次与全站内的间隔层装置建立MMS通信的步骤；遍历调取站内装置的定值、遥测、日志并进行判断的步骤，其中，该步骤包括调取保护定值信息列表和软压板遥信信息列表，并与用户输入的信息列表对比；以及输出巡检结果的步骤，该步骤包括输出继电保护定值和压板信息是否正常。本发明实现了继电保护定值核对，提高继电保护设备定值的核对效率，解决了效率低下的问题，巡检的质量得到大幅提高。

Description

一种智能变电站继电保护巡检系统

技术领域

本发明涉及一种智能变电站继电保护巡检系统。

背景技术

目前变电站的巡检工作主要依靠人工完成，在巡检过程主要依靠巡检人员自觉性核查变电站的每台保护装置，尤其是“迎峰度夏”期间或保电期间更是要求保护人员在短时间内完成所有保护装置的巡检工作，特别是保护装置定值的核查和采样信息的比对，这项工作占用了保护专业大量的人力和物力，同时由于这种人工核查方式受人为因素影响过大，而且随着“三集五大”建设，电网快速发展，规模不断扩大，智能变电站的增多，保护巡检的工作量翻倍增长，给常规巡检带来更大的困难，巡检过程容易出现漏检，错检的情况，留下安全隐患。

随着智能变电站的大规模应用，智能变电站内继电保护工作模式发生了根本的变化，最直观的变化的就是光缆替代了传统的电缆联系。保护的采样、跳闸模式全部采用SV报文、GOOSE报文的形式进行；传统站内的保护跳闸出口压板、功能压板全部被GOOSE软压板、功能软压板、SV软压板取代。

这些颠覆性的变化给现场运维人员带来了不小的挑战，特别是近几年发生在国网系统内的智能变电站保护误动事故，都与保护压板的误投、漏投有关；而且智能变电站的核心文件——SCD文件(SubstationConfigurationDescription，全站系统配置文件)缺少版本管理，二次虚回路的配置信息不能安全管控；SCD文件升级的影响范围不能有效界定；由于缺乏可视化工具，使得二次虚回路配置信息“看不见、摸不着“影响了继电保护安全措施实施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能变电站继电保护巡检系统，以解决了巡检效率低下和人为漏检、错检的巡检质量问题。

为此，本发明提供了一种智能变电站继电保护巡检系统，包括连接至智能变电站站控层网路的服务器，所述服务器用于执行包括以下步骤的方法：读取并解析SCD文件，获取全站间隔层装置的IP地址列表的步骤一；启动IEC61850MMS客户端，按照所述IP地址列表，依次与全站内的间隔层装置建立MMS通信的步骤二；遍历调取站内装置的定值、遥测、日志并进行判断的步骤三，其中，所述步骤三包括通过MMS服务分别调取全站间隔层装置的保护定值信息列表和软压板遥信信息列表，并与用户输入的保护定值信息列表和软压板遥信信息列表进行对比；以及输出巡检结果的步骤四，所述步骤四包括输出继电保护定值和压板信息是否正常。

进一步地，上述步骤三还包括：通过MMS服务分别调取全站间隔层装置的遥测信息，分别提取并记录每台间隔层装置的三相电流值和三相电压值，据此分别计算三相剩余电流和三相剩余电压，并根据用户设定的阈值，来判定差流是否正常，所述步骤四还包括输出所述差流是否正常。

进一步地，上述步骤三包括：通过MMS日志服务调取全站间隔层装置的日志信息，通过分析日志信息发现异常信息，所述步骤四还包括输出异常信息。

进一步地，上述服务器所执行的方法还包括：监控装置配置文件与SCD文件版本的对应关系；并且在线监视：保护装置、测控装置、MU和智能终端GOOSE上传的CRC码、以及最新配置下装时间；据此找出SCD文件升级所影响的装置；所述步骤四海包括输出SCD文件升级所影响的装置的信息。

进一步地，上述服务器所执行的方法还包括：对于无CRC保护措施的SCD文件增加CRC保护，通过CRC码的一致性比对；所述步骤四还包括输出装置配置升级报告和SCD文件升级的信息比对细节报告。

进一步地，上述服务器所执行的方法还包括：对同一个变电站的两个不同版本的SCD文件进行CRC比对以及细节比对；所述步骤四还包括输出母线扩建报告、系统配置升级报告、以及各CRC不一致装置的细节比对报告，以供在SCD升级前查看。

进一步地，上述步骤四按照给定的格式将所述巡检结果生成巡检报告。

根据本发明的巡检系统，实现继电保护定值核对，提高继电保护设备定值的核对效率，解决了效率低下的问题，巡检的质量得到大幅提高，同时智能巡检系统避免了人为因素造成人员漏检、错检的情况的发生，消除电网的安全隐患，保证电网的安全稳定运行。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的智能变电站继电保护巡检系统的结构框图；

图2是根据的智能变电站继电保护巡检系统的服务器所执行方法的流程图；以及

图3是根据本发明的智能变电站继电保护巡检系统中的IEC61850日志模型的示意图；

图4是根据本发明的智能变电站继电保护巡检系统中的在线校验的示意图；

图5是根据本发明的智能变电站继电保护巡检系统中的离线管控的逻辑框图；以及

图6是根据本发明一实施例的智能变电站继电保护巡检系统中的巡检报告的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为解决现有巡检方式效率低下和人为漏检、错检的质量问题，本发明提供了一种智能变电站继电保护巡检系统，包括连接至智能变电站站控层网路20的服务器10，该服务器用于执行以下方法：基于SCD的解析，提取到全站继电保护装置的IP列表信息，建立MMS(ManufacturingMessageSpecification，制造报文规范)客户端，遍历调取站内装置的定值、遥测、日志等信息进行判断，并生成巡检报告。

上述服务器10所执行的方法包括以下步骤：读取并解析SCD文件，获取全站间隔层装置的IP地址列表的步骤S10；启动IEC61850MMS客户端，按照所述IP地址列表，依次与全站内的间隔层装置建立MMS通信的步骤S12；遍历调取站内装置的定值、遥测、日志并进行判断的步骤S14，其中，所述步骤三包括通过MMS服务分别调取全站间隔层装置的保护定值信息列表和软压板遥信信息列表，并与用户输入的保护定值信息列表和软压板遥信信息列表进行对比；以及输出巡检结果的步骤S16，所述步骤四包括输出继电保护定值和压板信息是否正常。

根据本发明的巡检系统，实现继电保护定值核对，提高继电保护设备定值的核对效率，解决了效率低下的问题，巡检的质量得到大幅提高，同时智能巡检系统避免了人为因素造成人员漏检、错检的情况的发生，消除电网的安全隐患，保证电网的安全稳定运行。

在一实施例中，服务器采用嵌入式工控主机，采用软件来执行上述方法，该软件采用Windows平台应用程序开发环境VisualStudio开发，例如VS2010版本。并实现以下目标：

1)、提高变电站巡检的巡检效率，在变电站一个点自动实现所有保护装置的巡检工作。2)、实现继电保护定值(定值、SV软压板、GOOSE软压板、功能软压板)智能核对的方式，提高继电保护设备定值的核对效率，避免因人为因素造成核查不彻底的情况。3)、实现继电保护设备运行数据的采样比对，及时发现设备可能存在的问题，提高设备运行的安全性。4)、实现继电保护装置自检内容的调阅检查，提取并保存异常报告，及时分析自检异常报告。5)、实现SCD文件的可视化管控，能对变电站内SCD文件的自动比对，分析SCD不同时期版本的异同点，同时对SCD文件的存档，提取、更改都能有效管理。6)、自动生成巡检报告。

下面结合IEC61850标准对本发明的巡检系统的关键点进行说明。

1.1)、SCD文件的解析建模

SCD文件描述了变电站内所有智能电子设备(IED)的实例配置和通信参数、IED之间的通信配置以及变电站一次系统结构等信息。SCD文件包含5个主要元素：Header(信息头)、Substation(变电站描述)、Commu-nication(通信系统描述)、IED(智能电子设备描述)、和DataTypeTemplates(数据类型模板)。

Header包含SCL文件的版本号及其命名空间的映射信息；Substation主要描述变电站的功能结构，标识一次设备及其之间的电气连接关系；IED分别描述变电站各个IED的配置及其功能，包含访问点、逻辑设备、逻辑节点、数据对象等信息；Communication通过逻辑总线和IED访问点来描述通信网络的连接关系；DataTypeTemplates定义了文件的逻辑节点类型以及该逻辑节点所包含的数据对象和数据属性。

一个具体的工程中，IED有多个，在初始配置SCD文件时，需要对全站的IED做具体的IEDNAME、通讯地址、组播等进行分配。读取SCD文件，并在内存中形成DOM树。

在分析文件过程中，生成新的结构树需预先定义树的数据结构。其中Substation、IEDNode、LDInstNode、LN0Node、Smvcb-Node、GocbNode、DatasetNode和FCDA均为定义的类。Substation类是新的结构树的根节点，对应于SCD文件的Substation元素；IEDNode对应于SCD文件的IED元素；LDInstNode对应于SCD文件的LDevice元素；LNONode类对应于SCD文件的LN0元素；SmvcbNode类对应于SCD文件的SampledVal-ueControl和SMV元素，包含7个属性，用于储存与采样控制块及控制块网络设置的相关配置信息；GocbNode类对应于SCD文件的GSEControl和GSE元素，包含6个属性，用于储存与GOOSE控制块及控制块的网络设置的相关配置信息；DatasetNode类对应于SCD文件的DataSet元素，包含2个属性，其中numDataset用于记录数据集的个数，FCDAList则是FCDA类的列表；FCDA类对应于SCD文件的FCDA元素，用于储存对应数据集成员的中文描述；IEDMap是Substation类的属性之一，是以iedName为索引、以IEDNodePtr为对象的映射。

1.2)、IED的IP地址获取

在“Cmmunication”节点，查找对应的IED可获得此IED的IP地址的软件代码摘抄如下：

<Communication>

<SubNetworkdesc＝””name＝”MMS-Atype＝””>

<BitRatemultiplier＝``M``unit＝``b/s``>0<BitRate>

<ConnectedAPapname＝”S1”IedName＝”CB5031”>

<Address>

<Ptype＝”OSI-AP-Title”>13999933</P>

<Ptype＝”OSI-AE-Qualifier”>33</P>

<Ptype＝”OSI-PSEL”>00000001</P>

<Ptype＝”OSI-TSEL”>0001</P>

<Ptype＝”IP”>172.16.50.15</P>

<Ptype＝”IP-SUBNET”>255.255.0.0</P>

</Address>

</ConnectedAP>

</SubNetwork>

</Communication>

其中，上述代码中的语句IedName＝”CB5031”和<Ptype＝”IP”>172.16.50.15</P>，即为对应的IED的IP地址。

1.3)、IEC61850定值服务

IEC61850规约只有“定值区”，而没有涉及到“定值组”的概念。(定值区是对应于某一确定工况下各定值组的集合)；IEC61850体系下，各定值按功能划分，分散定义在各LD下。定值服务模型如下表：

1.4)、定值服务实现

查询定值区信息：该服务需返回装置定值区数及当前运行区号。查询定值区数通过MMS“read”服务读取SGCB的NumOfSG实现；查询当前运行区号通过MMS“read”服务读取SGCB的ActSG实现。

查询定值数据：该服务通过离线配置的定值总数、各个定值的MMS变量名(DataReference)及数据类型，通过MMS“Read”服务逐个读取定值value。

1.5)、在线校核的实现

巡检系统读取并解析SCD文件，获取全站间隔层装置的IP地址列表，巡检系统启动61850MMS客户端，按照IP地址列表，依次与全站内的间隔层装置建立MMS通信，通过MMS初始化服务在巡检系统端建立全站间隔层装置的通信模型，巡检系统通过MMS服务分别调取全站间隔层装置的保护定值信息列表和软压板遥信信息列表，并与用户输入的(以excel表格形式存储)保护定值信息列表和软压板遥信信息列表进行对比，若两者信息一直，则认为继电保护定值和压板信息正常，若不一致,则告警不一致项。

1.6)、继电保护设备运行数据的采样比对

巡检系统与全站间隔层装置建立MMS通信后，通过MMS服务分别调取全站间隔层装置的遥测信息，分别提取并记录每台间隔层装置的“Ia”、“Ib”、“Ic”和“Ua”、“Ub”、“Uc”并分别计算“3I0”、“3U0”，并根据用户设定的阀值，判定差流是否正常。

1.7)、继电保护装置自检内容

继电保护装置自检功能主要通过日志服务实现。

1.8)、日志在IEC61850中定义为，按时间顺序有序的记录，例如有标记和注释的事件记录。日志可以认为是个循环缓冲区，可以重写旧的数据。对于客户端是隐藏的，客户端看日志仅是个线性的缓冲区，户端可用EntryID和TimeOfEntry查询LOG。IEC61850日志模型如图3所示，装置运行日志的服务模型主要包含了装置信息，作为MMS服务的一个LD节点来进行实例化，内容包括运行记录的内容包括发生时间、异常内容等字段。

1.9)、自检功能实现

巡检系统与全站间隔层装置建立MMS通信后，通过MMS日志服务调取全站间隔层装置的日志信息，巡检系统通过分析日志信息，发现异常信息并告警。

1.10)、SCD文件的管控

实现SCD文件的可视化管控，能对变电站内SCD文件的自动比对，分析SCD不同时期版本的异同点，SCD文件的管控分为在线管控和离线管控两个方面。

在线管控包括：监控装置配置文件与SCD文件版本的对应关系；在线监视保护装置、测控装置、MU和智能终端GOOSE上传的CRC码(源于SCD)，和最新配置下装时间；找出SCD文件升级所影响的装置，从而给出指导意见，提供备份、检查、更新、恢复功能。

在线CRC校验、下装时间查看：实现了SCD文件的管控CRC提取，CRC在线goose解析，下装事件的解析，CRC比对，异常事件记录的功能，用户通过界面可以一目了然的发现哪些装置上送的CRC与管控提取的CRC不一致，哪些装置重复下了配置，如图4所示，巡检系统提取现场运行的线路保护、母线保护、主变保护、合并单元、智能终端、测控装置等装置的CRC校验码，与存档的SCD中的CRC校验码进行比对，自动的发现那些装置的CRC校验码发生了变化，从而确定配置发生变化的装置。

异常事件库生成

该模块通过sqllite数据库记录了管控系统运行期间的与CRC不一致、装置重复下装的历史记录，数据存在磁盘上不会丢失，便于用户及时的查看历史告警和当前的告警信息。

离线管控的实现

离线管控包括：为没有CRC保护措施的SCD文件增加CRC保护；通过CRC码的一致性比对，输出装置配置升级报告、SCD文件升级的信息比对细节报告，如图5所示，在变电站配置过程中首先配置全站的SCD文件，然后由SCD文件导出CID文件并下装至变电站现场实际运行的装置中，完成实例化。在变电站的实际安装调试及维护的过程中，不可避免的要对全站SCD配置文件进行修改，通过SCD文件可视化及SCD比对功能可以方便的进行可视化人工校核，升级范围界定，CRC一致性确定等工作，保证了安调及运维工作的顺利。

CRC计算模块负责

为每一个IED装置获取其GoosePub、GooseSub、SvPub、SvSub四部分内容。GoosePub：本端装置的Goose通讯参数、控制块、以及其引用到的数据集和FCDA。GooseSub：对端装置的Goose通讯参数、控制块、以及其引用到的数据集和FCDA。SvPub：本端装置的Sv通讯参数、控制块、以及其引用到的数据集和FCDA。SvSub：对端装置的Sv通讯参数、控制块、以及其引用到的数据集和FCDA。

SCD离线比对模块实现了通过对同一个变电站的两个不同版本的SCD文件进行CRC比对以及细节比对，输出母线扩建报告、系统配置升级报告、各CRC不一致装置的细节比对报告供运行维护人员在SCD升级前查看，便于其明确本次升级的影响范围。

SCD档案库管理模块实现了多个局多个站的SCD档案库的管理，给运维人员提供查看任意一个变电站的SCD文件的历史版本库的手段，还实现了SCD文件的管控CRC校验、以及与最新版本的SCD的信息比对，并输出比对报告。

1.11)、在线压板状态和通讯链路数据存储模块

压板通讯链路状态显示分为图形化显示和表格化显示，表格显示压板无需配置、通讯状态需要配置下才能看实时状态、图形化显示压板和通讯状态两者都需要配置文件支持。

数据存储与表格刷新描述如下：该模块是解析SCD文件中各个IED中压板和通讯链路相关的信息，具体为根据一些关键字解析数据集，其中压板信息通过匹配dataSetName中DSRELAYENA字段的数据集将其所有的FCDA提取出来拼接成61850变量名列表；通讯链路状态信息通过找FCDA中FC为ST的并且daName是stval数据集后续通过网络接口接收数据然后根据61850变量名匹配来更新其状态值用于界面刷新。

根据上文所描述的各项功能，巡检系统将巡检结果信息统一分类整理，并按照给定的格式生成巡检报告，如图6所示，该巡检报告对应的项目有变电站名称，巡检时间、间隔编号、保护类型。巡检内容包括采样信息、差流、定值核对、GPS对时、异常告警信号、装置CID配置文件。采样信息对应的巡检结果为正常/异常，差流对应的巡检结果为合格/不合格，定值核对对应的巡检结果为合格/不合格，GPS对时对应的巡检结果为正常/异常，异常告警信号对应的巡检结果为有/无，装置CID配置文件对应的选件结果为正常/异常。

本发明巡检系统的巡检过程如下：

首先导入全站的SCD文件，巡检系统获取到全站的配置信息，并提取到每个装置的IP地址信息，完成对全站装置巡检模型建模工作，然后巡检系统按照上文模型中的顺序，依次通过以太网与每台继电保护装置建立MMS链接，依次调取遥测、遥信、定值、及运行日志等信息，然后对调取的的信息进行分析，发现可能存在的装置运行异常信息，并根据既定的格式将分析后的结果自动整理成巡检报告，对于SCD可视化及SCD比对管控功能，适用于对于SCD文件进行应用，可以用直观图形的模式将SCD文件中的虚端子连线直观的显示出来，并通过比对CRC校验码的方式对SCD文件的版本进行管控，主观明确的分析出SCD文件进行了那些升级修改，这些修改会影响到那些装置，极大的提高智能变电站运维检修的效率。

根据本发明的巡检系统，实现继电保护巡检工作的自动化，解决了效率低下的问题，巡检的质量得到大幅提高，原先两人巡检一个220kV变电站，保护设备按照60台计算，一台设备5分钟，60台设备需要300分钟即5个小时，现在通过软件巡检，一个变电站大概仅需要30分钟，极大地提高了变电站巡检工作的效率和质量，同时智能巡检系统避免了人为漏检、错检的情况的发生，消除电网的安全隐患，保证电网的安全稳定运行。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能变电站继电保护巡检系统，其特征在于，包括连接至智能变电站站控层网路的服务器，所述服务器用于执行包括以下步骤的方法：

读取并解析SCD文件，获取全站间隔层装置的IP地址列表的步骤一；

启动IEC61850MMS客户端，按照所述IP地址列表，依次与全站内的间隔层装置建立MMS通信的步骤二；

遍历调取站内装置的定值、遥测、日志并进行判断的步骤三，其中，所述步骤三包括通过MMS服务分别调取全站间隔层装置的保护定值信息列表和软压板遥信信息列表，并与用户输入的保护定值信息列表和软压板遥信信息列表进行对比；以及

输出巡检结果的步骤四，所述步骤四包括输出继电保护定值和压板信息是否正常。

2.根据权利要求1所述的智能变电站继电保护巡检系统，其特征在于，所述步骤三还包括：通过MMS服务分别调取全站间隔层装置的遥测信息，分别提取并记录每台间隔层装置的三相电流值和三相电压值，据此分别计算三相剩余电流和三相剩余电压，并根据用户设定的阈值，来判定差流是否正常，所述步骤四还包括输出所述差流是否正常。

3.根据权利要求1所述的智能变电站继电保护巡检系统，其特征在于，所述步骤三包括：通过MMS日志服务调取全站间隔层装置的日志信息，通过分析日志信息发现异常信息，所述步骤四还包括输出异常信息。

4.根据权利要求1所述的智能变电站继电保护巡检系统，其特征在于，所述服务器所执行的方法还包括：监控装置配置文件与SCD文件版本的对应关系；并且在线监视：保护装置、测控装置、MU和智能终端GOOSE上传的CRC码、以及最新配置下装时间；据此找出SCD文件升级所影响的装置；所述步骤四海包括输出SCD文件升级所影响的装置的信息。

5.根据权利要求1所述的智能变电站继电保护巡检系统，其特征在于，所述服务器所执行的方法还包括：对于无CRC保护措施的SCD文件增加CRC保护；通过CRC码的一致性比对，所述步骤四还包括输出装置配置升级报告和SCD文件升级的信息比对细节报告。

6.根据权利要求1所述的智能变电站继电保护巡检系统，其特征在于，所述服务器所执行的方法还包括：对同一个变电站的两个不同版本的SCD文件进行CRC比对以及细节比对；所述步骤四还包括输出母线扩建报告、系统配置升级报告、以及各CRC不一致装置的细节比对报告，以供在SCD升级前查看。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的智能变电站继电保护巡检系统，其特征在于，所述步骤四按照给定的格式将所述巡检结果生成巡检报告。