基于手持式調試終端平臺的繼電保護即插即用技術研究

趙 璐，王 鑫

（1.國網沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110003；2.國網葫蘆島供電公司，遼寧 葫蘆島 125000）

專論

基于手持式調試終端平臺的繼電保護即插即用技術研究

趙 璐1，王 鑫2

（1.國網沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110003；2.國網葫蘆島供電公司，遼寧 葫蘆島 125000）

通過對智能變電站保護裝置即插即用技術的研究，解決其技術關鍵問題，實現智能變電站保護裝置即插即用功能，提高智能變電站保護裝置維護的便利性，減少檢修人員的維護工作量，提高工作效率；使用安全防誤、安全校核技術，提升安全性。

即插即用；繼電保護；手持式調試終端

隨著IEC 61850標準的推廣和微電子技術的發展，智能變電站已成為一種發展趨勢。近年來，國家在智能變電站建設的投資規模不斷增加，電子式電壓電流互感器、合并單元、智能化一次設備的應用，使基于IEC 61850的智能變電站數字化保護裝置日趨成熟，大量數字化保護裝置進入運行維護階段。

1 傳統保護設備與智能保護設備差異化比較

傳統保護插件軟硬件版本簡單易控（硬件版本號＋軟件版本號），因此普遍采用單獨更換故障插件的消缺措施，圖1為存儲特定軟件版本的芯片。

圖1 傳統保護的消缺模式

數字化保護裝置取消了常規的模擬量采樣和跳閘信號硬接線方式，基本采用全數字化的SV采樣和GOOSE跳閘。保護裝置之間電纜接線大大減少，取而代之的是保護裝置之間以及和其他智能設備、通信設備之間的光纖鏈接。設備之間除了光纖鏈接外，也需要實現“虛端子”軟連接。目前各個廠家都是從SCD文件中導出各保護裝置的CID文件并下裝到相應保護裝置中，從而完成保護裝置間的軟連接。

智能變電站在設備運行維護方面缺少相關經驗，特別是設備的運行消缺，對運維人員提出了較高要求。首先，數字化保護的各插件組成復雜，其插件由硬件、固件（類似操作系統）、配置文件（描述虛擬二次回路）3層構成，特別是CID、goose.cfg等配置文件對應于每個裝置的每個插件具有較大差異性（例如母線保護裝置的每個插件都只跳自己對應的智能終端）［1］。因此在實際運維過程中，往往要求在現場根據實際情況下裝相應的固件及配置文件。智能化保護插件構成如圖2所示。

圖2 智能化保護的插件構成

以某公司數字化母線保護為例，介紹其所需的配置文件。由表1可知，其所需要的二次資源數量多、種類龐雜。現場灌裝對安裝文件的版本、順序、方式均有特定要求，因此對現場技術人員的業務水平提出較高要求，也為現場作業帶來更高風險。

隨著智能站大量建設與投運，下述問題會逐漸暴露出來。

a.智能變電站規模建設運行后，插件發生故障的次數會隨著投運變電站的增加而增加，因此檢修人員的工作量也會大幅度增加。

b.考慮到檢修人員業務水平參差不齊，錯誤的配置可能導致保護裝置的誤動或拒動，從而導致保護系統的可靠性下降。為解決上述問題，本文提出在智能變電站中更換插件時由系統自動完成插件的配置、定值傳輸等功能，實現保護插件的“即插即用”。

本文研究保護裝置應用技術，嘗試開發保護裝置一鍵備份恢復的手持式繼電保護調試終端，選定某一智能站為試點，將研究成果應用后總結編制保護裝置手持式調試終端的技術要求和標準規范，提高變電站安全運行的可靠性，減少維護工作量，實現減人增效。

2 系統方案設計與分析

本文擬開發基于手持式調試終端為平臺的智能設備配置管理系統（以下簡稱管理系統）。管理系統用來管理全站設備配置內容，以物理設備為單位，創建一個個設備備份庫，內容包括SCD、虛端子、網絡參數、保護代碼等。調試終端采用手持設備硬件，如圖3所示。

圖3 手持式調試終端

在智能設備投運時通過該手持式部署工具包對智能設備進行系統備份，保存于管理系統中；如果發生插件損壞、裝置故障等告警，備品備件到位后管理系統自動將備份庫中內容下裝到備品備件中。這一系列動作有系統嚴格對比，保障更換的插件和設備投運時配置相同，實現備用插件的“即插即用”。系統結構如圖4所示。

2.1 管理系統

2.1.1 系統框架

表1 某型數字化母線保護的二次資源

圖4 配置管理系統架構

管理系統應安裝在電網檢修中心，實現對區域內多個變電站保護裝置備份、維護、管理的功能。

本文中管理系統的基礎對象是保護裝置的插件，可以實現將屬于單塊插件的程序和配置文件通過特定的目錄結構組織和安全壓縮，形成一個插件級的軟件包［2］。

2.1.2 版本管理

在部署工具包生成插件軟件包時，會將軟件包中各組成部分的版本和CRC碼記錄在軟件包里。在提交到管理系統時，管理系統會根據軟件包內部各組成部分的版本號，結合該插件的歷史版本號，重新生成一個新的版本號，并記錄該軟件包的提交日期。保證在管理系統中每個插件都會有一個包含各個歷史版本的軟件包隊列［3］。

2.2 部署工具包

部署工具包（以下簡稱工具包）采用Ghost技術，實現保護裝置中所有保護程序及配置文件的一鍵備份和恢復；另外工具包輔以定值（含壓板）離線編輯軟件，對集中保護裝置中的定值實現離線編輯、在線一鍵整定，在整定過程中使用差異對比等關鍵技術，實現定值整定工作的快捷、準確和高效。保護裝置備份及單插件恢復過程如圖5所示。

工具包包括2個部分，一是負責文件在線備份恢復、定值查詢整定的手持設備；另一個是定值離線編輯、瀏覽保存的離線編輯軟件。

從文件備份恢復和定值編輯整定角度看，軟件包涉及的關鍵技術在于：為了保證文件系統的安全性，手持設備作為專用設備與外界是物理隔離的，僅與保護裝置之間進行文件交互。保護裝置的軟件清單是在產品定型階段，開發人員根據保護裝置的文件系統手動編寫完整的軟件目錄，包括軟件平臺程序、保護目標程序以及工程配置文件（如CID文件、NPI配置文件、定值參數文件等），是指導整個備份恢復操作的基礎性文件。當裝置出廠時，手持設備基于軟件清單將各個裝置中的文件系統備份到手持設備中，并以裝置軟件包的形式錄入配置管理系統，進行統一管理。

圖5 保護裝置備份流程和恢復流程圖（a）——保護裝置備份流程；（b）——保護裝置恢復流程

手持設備的備份操作應包含2個層次：保護裝置出廠時，備份發布的保護目標程序；而在工程調試階段，手持設備應備份工程的配置文件，由于工程調試過程較長，很多情況下，需要進行階段性成果備份，這就牽涉到備份文件的版本管理。配置管理系統中增加版本管理，每次配置文件的更新自動打上版本標簽，保證版本的有效性。

為實現配置的便捷和高效，并防止誤操作及無配置等錯誤的發生，工具包的手持設備中采用了IP自動識別技術。手持設備在待機情況下，屏保是鎖定的；當用戶利用以太網線將手持設備與保護裝置前網口連接起來時，手持設備會啟動IP搜索，并自動識別出要操作的保護裝置。首先軟件包的文件系統進行差異比較，標示出差異比較的結果，接下來的備份操作則是將存在差異的文件從保護裝置中取出，重新添加到手持設備的軟件包中。差異比較的算法是，將保護裝置中的文件和軟件包中的對應文件通過MD5校驗并比較該校驗碼，若不一致，則認為此文件在保護裝置和手持設備之間存在差異。手持設備從保護裝置中獲取文件是通過FTP方式進行，在獲取文件時進行了用戶名和密碼認證，保證操作的安全性。

恢復是備份的逆過程，所使用的技術與備份基本相同，操作流程也基本相同。唯一不同的是，在版本選擇窗口中，選擇的是要寫入保護裝置的軟件包版本。

由于能否將軟件包中指定版本的文件準確恢復到保護裝置中，直接關系到保護裝置的安全可靠運行，所以在軟件包的恢復操作上，手持設備使用了多項關鍵技術來保障寫入的安全。

軟件包恢復的關鍵技術如下。

a.軟件包版本保證。每個版本的文件是相互獨立的，保證了數據源的安全性。

b.用戶權限保證。在使用ftp寫入時，因為保護裝置中文件系統的訪問是通過用戶權限控制的，所以通過使用“用戶名＋密碼”的權限驗證，保證不會寫錯目錄。

c.可靠性保證。對寫入過程全程監視，使用重發機制，保證傳輸過程的可靠性；同時，在寫入成功后，通過對比保護裝置中文件大小和最后修改日期等文件屬性信息，進一步保證文件傳輸的可靠性。

d.定值管理。針對部分保護裝置定值多、整定核對工作量大的問題，自動部署工具的定值管理功能利用離線編輯、自動識別、一鍵整定、自動校對等技術，以一種快捷、準確、高效的方式化解了繁雜的工作［4］。

恢復完成后，為了保證所更換插件的正確性，通過手持設備自動對插件接口、程序、配置、定值、壓板進行校驗。對數據接口采用讀寫操作進行驗證；對程序和配置等文件和原始備份文件進行對比，保證文件完全一致；對于定值和壓板需要從裝置讀取當前值，然后和備份的數據進行對比，保證數據的一致性。

保護裝置的定值管理功能由2個模塊協作完成，一部分是安裝在PC上的離線編輯軟件，它包括定值的離線編輯、定值單的分發和回收、定值單打印和保存等功能，另一部分是嵌入到自動部署工具的定值管理模塊，它包括定值單的對比和寫入操作。

3 經濟效益分析

手持式繼電保護調試終端無需任何網絡配置，將網線插入裝置調試口，終端能夠自動識別出對應的屏和裝置，確認無誤后，可一鍵實現裝置的程序下載、定值讀寫、配置恢復等功能。實現了繁瑣配置工作的自動化，消除了人為錯誤的隱患。減少了變電站的運行維護成本，從而降低變電站自動化系統全壽命周期成本。

4 結束語

本文核心技術創新方案符合國家電網公司智能變電站技術的發展方向，我國智能變電站數量眾多，投資巨大，項目實施成功后所帶來的社會、經濟效益顯著，完全符合國家電網發展的戰略方針，具有良好的推廣應用前景。

［1］ 呂世霞.基于ARM的手持智能終端系統的研究［D］.天津：天津大學，2006.

［2］ 張幼明，高忠繼，黃 旭.智能變電站技術應用研究分析［J］.東北電力技術，2012，33（5）：15－16.

［3］ 殷建剛，尹 軍，余祥坤，等.智能變電站即插即用技術研究［C］.北京：中國電機工程學會年會論文集，2013：20－22.

［4］ 尤 存，張 宇.智能電網對繼電保護的影響研究［J］.技術與市場，2012，19（8）：144.

Relay Protection Handheld Debug Terminal Platform Based on Plug and Play Technology Research

ZHAO Lu1，WANG Xin2
（1.Shenyang Power Supply Company，Shenyang，Liaoning 110003，China；2.Huludao Power Supply Company，Huludao，Liaoning 125000，China）

Intelligent substation protection plug technology is studied to the solution of intelligent substation protection device.Plug and play function is applied to intelligent substation protection device，improving the convenience of smart substation protection device maintenance，reducing maintenance workload of maintenance personnel，providing work efficiency.The use of fault preventing and se?curity checking technology is used to improve safety.

Plug and play；Relay protection；Handheld terminal debugging

TM774

A

1004－7913（2015）05－0001－04

趙 璐（1983—），男，學士，工程師，從事電網建設管理工作。

2014－12－09）