智能站整站二次回路可視化研究

孫超，侯磊，李倩影，趙瑞，劉昕彤

（1.河北省數(shù)據(jù)中心相變熱管理技術(shù)創(chuàng)新中心，河北滄州，061001；2.國網(wǎng)河北省電力公司滄州供電分公司,河北滄州，061001）

0 引言

智能變電站二次回路與常規(guī)變電站不同，由光纖代替了電纜，由虛端子對應(yīng)表代替了實體二次端子排。在二次回路信息關(guān)聯(lián)關(guān)系上變得沒那么直觀，取而代之的是系統(tǒng)配置文件SCD表述的設(shè)備模型及虛端子對應(yīng)關(guān)系。對于已經(jīng)習(xí)慣對照端子排圖等圖紙進(jìn)行工作的電力運(yùn)維人員來說，使其在開展驗收，調(diào)試，運(yùn)行等工作的時候感到無從下手。

面對這一變化，為更好的符合運(yùn)行檢修人員的工作習(xí)慣，需要將系統(tǒng)配置文件SCD表述的設(shè)備模型及虛端子對應(yīng)關(guān)系通過可視化技術(shù)直觀的展示出來。構(gòu)建空間布局良好，與傳統(tǒng)二次回路圖相似的圖形，為工程驗收及回路校驗、故障處理、技術(shù)培訓(xùn)提供重要的參考依據(jù)，提高運(yùn)檢人員的工作效率。

目前，關(guān)于智能變電站二次回路可視化的研究較多，部分研究從不同角度的信息流數(shù)據(jù)流向提出了SCD虛端子的圖形化生成方法和解決方案[1]；部分研究針對SCD比對環(huán)節(jié)，通過對SCD可視化處理，增加信息的可讀性，提高運(yùn)維人員的工作效率[2]；部分研究給出了基于不同模型的可視化運(yùn)維的技術(shù)方案，并進(jìn)行了工程應(yīng)用實例分析[3]。已有研究成果主要集中在單個設(shè)備及其關(guān)聯(lián)設(shè)備的可視化以及在此基礎(chǔ)上的測試、安措等技術(shù)的研究，對于智能站全站二次回路可視化的研究，國內(nèi)外文獻(xiàn)很少提及。

本文在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前已有的各類智能站二次回路可視化工具，開展智能變電站全站二次回路可視化技術(shù)的研究。利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)，按照以保護(hù)裝置為中心節(jié)點的思想，動態(tài)生成整站二次回路典型配置圖，創(chuàng)新性地以圖形形式展示全站保護(hù)裝置及智能組件虛回路連接，所有保護(hù)虛回路一目了然，方便智能變電站的設(shè)計人員、運(yùn)行維護(hù)人員查看，具有重要的理論意義與工程價值。

1 二次回路可視化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

智能變電站二次回路信息分別保存于虛端子表、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)圖、SCD等文件中。這些文件不便直觀查閱，必須將其可視化。目前，二次回路可視化的主要有如下形式，虛端子圖、二次拓?fù)鋱D、邏輯鏈路圖、主變關(guān)聯(lián)圖、母線關(guān)聯(lián)圖等圖紙。虛端子圖以裝置為單位展示裝置過程層的所有開入開出虛端子信息，便于用戶查看裝置信息，服務(wù)于裝置的改造或智能變電站的擴(kuò)建；二次拓?fù)鋱D展示裝置與其他裝置之間虛端子連接關(guān)系，即類似于傳統(tǒng)變電站的回路圖；邏輯鏈路圖裝置邏輯鏈路圖展示裝置與其他裝置之間邏輯鏈路關(guān)系，該邏輯鏈路關(guān)系通過網(wǎng)絡(luò)參數(shù)體現(xiàn)，展示具體信息有連接關(guān)系；主變關(guān)聯(lián)圖以智能變電站的主變保護(hù)為中心，展示與主變保護(hù)相連接的裝置；母線關(guān)聯(lián)圖以智能變電站的母線保護(hù)為中心，展示與母線保護(hù)相連接的裝置。

2 智能變電站整體二次回路可視化的思路

通過分析智能變電站的系統(tǒng)配置文件SCD，并結(jié)合混合式拓?fù)浼夹g(shù)，給出了站級二次回路配置圖動態(tài)生成的思路。

（1）選擇核心設(shè)備。解析SCD文件，從設(shè)備列表中篩選出變電站中重要的保護(hù)設(shè)備及其之間的虛連接信息；

（2）建立關(guān)系矩陣。用矩陣表示核心設(shè)備之間的虛擬連接關(guān)系；

（3）定義繪圖優(yōu)先級。按照關(guān)系矩陣中的數(shù)值，得到各核心設(shè)備在圖形生成過程中的優(yōu)先順序；

（4）生成局部圖形。根據(jù)關(guān)聯(lián)矩陣和設(shè)備的繪圖優(yōu)先級，以保護(hù)設(shè)備（繪圖優(yōu)先級=1）為中心節(jié)點，將與之相關(guān)聯(lián)的關(guān)聯(lián)智能設(shè)備作為次要節(jié)點，生成局部保護(hù)圖形；

（5）組合整站回路圖。將不同的保護(hù)裝置對應(yīng)的局部保護(hù)圖形進(jìn)行動態(tài)組合，生成智能變電站二次回路的配置圖形。

下面將圍繞可視化方法中的設(shè)備的分類，關(guān)系矩陣的建立，繪圖優(yōu)先級的判斷，局部圖形組合的規(guī)則等關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行詳細(xì)解釋。

3 站級二次回路可視化關(guān)鍵技術(shù)

■3.1 核心設(shè)備的篩選和粗分類原則

對設(shè)備進(jìn)行分類的目的，是為了降低整站圖形生成的復(fù)雜程度，針對重要的核心的設(shè)備，我們要重點關(guān)注，在圖形布局中要優(yōu)先考慮。

通過對智能變電站保護(hù)裝置及其保護(hù)原理的分析，二次專業(yè)關(guān)心的IED設(shè)備主要包括主變保護(hù)，合并單元，智能終端，備自投等。文中將這些設(shè)備稱為核心設(shè)備，他們之間的關(guān)聯(lián)比較復(fù)雜，在進(jìn)行檢修、消缺工作時容易出現(xiàn)漏檢、錯檢的情況，需要提起特別注意，制定有針對性的管控措施。

通過解析SCD文件，按照IED的設(shè)備編號或中文描述從設(shè)備列表中將核心設(shè)備篩選出來，并根據(jù)設(shè)備編號或中文描述對核心設(shè)備進(jìn)行粗略分類。分類的目的是大致劃分各設(shè)備在拓?fù)鋱D形中的區(qū)域，分類的具體原則如下：

1類設(shè)備：核心設(shè)備中文解釋包含有關(guān)鍵詞“變保護(hù)”“保護(hù)”“PT”的；或者核心設(shè)備編號包含有關(guān)鍵詞“PT”的；

2類設(shè)備：核心設(shè)備中文解釋中包含有關(guān)鍵詞“備自投”，“備投”，“合并單元”的；或者核心設(shè)備編號包含有關(guān)鍵詞“PZ”“MM”的；

3類設(shè)備：除了1類、2類設(shè)備以為的其它核心設(shè)備。

■3.2 關(guān)系矩陣

通過對SCD文件的解析，可以看到遴選出的核心設(shè)備之間的虛連接也是非常復(fù)雜的，并不能直觀的反映出他們的關(guān)系，下一步我們通過矩陣的形式整理核心設(shè)備之間的虛連接關(guān)系，根據(jù)反映出的連接規(guī)律對設(shè)備進(jìn)一步細(xì)分。

根據(jù)核心設(shè)備粗分類的情況，所有的核心設(shè)備可以構(gòu)成三個列向量C1，C2，C3，分別表示1類，2類，3類的核心設(shè)備列表。根據(jù)三個向量構(gòu)建的矩陣C。

對于矩陣C中的數(shù)值有如下定義：

Cij= 1表示設(shè)備i向設(shè)備j發(fā)送GOOSE或SV信號；

Cij= 0 表示設(shè)備i和設(shè)備j無關(guān)聯(lián)。

對矩陣C進(jìn)行繼續(xù)整理，矩陣C加上2倍的矩陣CT，得到新的矩陣D。將矩陣D左下部分的數(shù)值全部置0，這就構(gòu)成了表示智能變電站核心設(shè)備之間虛連接關(guān)系的關(guān)系矩陣D。

對于D陣的右上半部分的數(shù)值，有如下定義：

dij= 1 表示設(shè)備i向設(shè)備j發(fā)送GOOSE或SV信號（i＜j）；

dij= 2 表示設(shè)備j向設(shè)備i發(fā)送GOOSE或SV信號（i＜j）；

dij= 3 表示設(shè)備i和設(shè)備j相互發(fā)送GOOSE或SV信號（i＜j）；

dij= 0 表示設(shè)備i和設(shè)備j無關(guān)聯(lián)（i＜j）。

■3.3 設(shè)備繪圖優(yōu)先級的判斷原則

設(shè)備的繪圖優(yōu)先級表示在可視化圖形布局的時候，設(shè)備在圖形中放置的先后順序。繪圖優(yōu)先級越小，表示設(shè)備的信息流越復(fù)雜，在圖形中放置的順序越靠前。

核心設(shè)備的繪圖優(yōu)先級是根據(jù)設(shè)備的粗分類等級和關(guān)系矩陣D進(jìn)行劃分，設(shè)備的粗分類等級和繪圖優(yōu)先級如表1所示。

表1 設(shè)備的粗分類等級和繪圖優(yōu)先級

利用關(guān)系矩陣D對已經(jīng)進(jìn)行粗分類的設(shè)備進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)分，目的是確定設(shè)備圖塊生成的先后順序（優(yōu)先級）以及在整個圖形中的位置。具體原則如下：

（1）對1類設(shè)備進(jìn)行判斷。1類設(shè)備的繪圖優(yōu)先級是1。

（2）對2類設(shè)備進(jìn)行判斷。選擇任意一個2類設(shè)備，在關(guān)系矩陣中找到該設(shè)備所對應(yīng)的行i，找出該行中值不等于0的所有列j，進(jìn)而通過列值確定所有與其有關(guān)聯(lián)的設(shè)備。

（3）對3類設(shè)備進(jìn)行判斷。選擇任意一個3類設(shè)備，在關(guān)系矩陣中找到該設(shè)備所代表的行i，找出該行中值不等于0的所有列j，進(jìn)而通過列值確定所有與其有關(guān)聯(lián)的設(shè)備。

■3.4 利用混合式拓?fù)渌枷雱討B(tài)生成圖形

混合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是將兩種單一拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)混合起來，取兩者的優(yōu)點構(gòu)成的拓?fù)洹３Ｓ玫幕旌鲜酵負(fù)鋱D形主要有兩種，一種是星型拓?fù)浜铜h(huán)型拓?fù)浠旌隙傻摹靶?環(huán)”拓?fù)?，另一種是星型拓?fù)浜涂偩€型拓?fù)浠旌隙傻摹靶?總”拓?fù)?。本文采用“?環(huán)”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對智能變電站IED設(shè)備及其之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行可視化表達(dá)。星型的局部保護(hù)圖與環(huán)形的保護(hù)設(shè)備關(guān)聯(lián)圖通過動態(tài)組合，進(jìn)而生成站級二次回路配置圖形。圖形生成的具體實現(xiàn)步驟如下：

（1）以一個保護(hù)設(shè)備（繪圖優(yōu)先級是1的核心設(shè)備）為中心節(jié)點，篩選與之相關(guān)的核心設(shè)備，生成星型的局部保護(hù)圖。

（2）選擇繪圖優(yōu)先級是1和31的設(shè)備，根據(jù)他們的虛擬連接關(guān)系，將其動態(tài)組合成環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

（3）根據(jù)虛連接信息，確定不同的保護(hù)設(shè)備對應(yīng)的局部保護(hù)圖形在環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中的位置，并將局部保護(hù)圖形放置在對應(yīng)的位置上。

（4）將環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中名稱相同的核心設(shè)備圖塊合并為一個圖塊，并且不改變其與其他設(shè)備的連接關(guān)系，智能變電站站級二次回路配置圖形生成完成。

4 實例應(yīng)用

結(jié)合實例對站級二次回路可視化方法進(jìn)行進(jìn)一步解釋。選取的研究對象是110kV雙卷變智能變電站京開站，該站共有IED設(shè)備39個。

根據(jù)不同繪圖優(yōu)先級之間的虛擬連接關(guān)系，形成環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該智能變電站有繪圖優(yōu)先級是1的設(shè)備4個，繪圖優(yōu)先級是31的設(shè)備4個，按照設(shè)備之間的虛擬連接關(guān)系，構(gòu)成環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖1 京開站站級二次回路配置圖形

根據(jù)虛連接信息，確定4個局部二次圖形在環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中的位置，并將局部保護(hù)圖形放置在對應(yīng)的位置上。將結(jié)構(gòu)圖中名稱相同的核心設(shè)備圖塊合并為一個圖塊，且不改變其與其他設(shè)備的連接關(guān)系。

按照關(guān)系矩陣中的表達(dá)，連線的箭頭方向表示GOOSE，SV信號的傳輸方向。至此，京開站站級二次回路配置圖構(gòu)建完成，生成后的圖形如圖1所示。

5 結(jié)論

整個智能變電站二次設(shè)備之間虛擬回路的連接關(guān)系和數(shù)據(jù)傳輸通過圖形化的方式直觀的展示出來，使整站所有保護(hù)虛回路一目了然。改變現(xiàn)有工具僅能以裝置為單位顯示虛回路，無法顯示整站所有保護(hù)虛回路的局限性，有利于二次檢修人員掌握二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備連接關(guān)系、在工作時分析危險點并制定針對性強(qiáng)的安全措施，極大地提升智能站二次檢修工作安全管控水平。