基于繼電保護(hù)裝置定值校驗(yàn)儀的定值校核研究

冉一丁 孫曉雷 李智誠(chéng) 魏 震 唐守克 陳德坤

（山東送變電工程有限公司）

0 引言

電力繼電保護(hù)裝置定值的準(zhǔn)確性是保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。繼電保護(hù)及故障信息子站系統(tǒng)作為保護(hù)運(yùn)維和電網(wǎng)故障分析的重要工具，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于220kV及以上電壓等級(jí)的變電站，但運(yùn)行效果普遍不理想，主要因素有：信息繁雜、提煉不足，管理面寬、針對(duì)性和易用性差，沒(méi)有考慮和保護(hù)專(zhuān)業(yè)管理工作的有效接口［1-3］。

傳統(tǒng)保護(hù)裝置定值校核工作模式是：保護(hù)人員2人一組，一人讀取定值另一人在裝置上操作，輸入完畢后保存；然后2人互換角色，進(jìn)行第一次核對(duì)，無(wú)誤后，運(yùn)行人員打印裝置內(nèi)部定值單；2人一組，將定值清單和打印的定值單逐項(xiàng)進(jìn)行核對(duì)，完成第二次核對(duì)，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)就重復(fù)以上流程［4］。

這種工作方法需較多的人力和耗費(fèi)員工大量的時(shí)間和精力。例如一條220kV線路，至少4人一組，約40min才能完成；一臺(tái)220kV三圈變，約90min；一條500kV線路，約100min才能完成；一臺(tái)500kV三圈變，約200min，且電壓等級(jí)越高，配置越復(fù)雜，整定的項(xiàng)目越多，耗時(shí)越長(zhǎng)［5］。

本文基于定值校驗(yàn)儀替代人工操作，通過(guò)將定值單轉(zhuǎn)化為歸一化表格的方式讀取各種格式定制單的定值數(shù)據(jù)，然后將提取的定值數(shù)據(jù)與模型文件中的定值項(xiàng)進(jìn)行定值校核，校核完成后可通過(guò)USB接口與打印機(jī)連接打印校核結(jié)果，操作過(guò)程簡(jiǎn)單便捷，可提高工作效率和校核準(zhǔn)確性。

1 電力繼電保護(hù)裝置定值校核面臨的問(wèn)題

1.1 不同格式定值項(xiàng)提取工作難

利用軟件完成的自動(dòng)校核有一個(gè)非常重要的步驟是從電子版定值單提取定值項(xiàng)，目前各地并沒(méi)有統(tǒng)一的定值單文件格式和表格樣式，各省市常見(jiàn)文件格式有pdf、doc、docx、xls、xlsx、html等，表格中常見(jiàn)定值項(xiàng)關(guān)鍵字有“名稱”、“整定項(xiàng)目”、“控制字名稱”、“定值名稱”、“一區(qū)定值”、“動(dòng)作值”、“現(xiàn)定值”、“新定值”、 “更改后定值”、 “現(xiàn)正常狀態(tài)”、“整定值”等，利用軟件解析提取不同文件格式和表格樣式的定值單是一項(xiàng)不易的工作，若針對(duì)不同文件格式和表格樣式定制開(kāi)發(fā)相應(yīng)的定值提取軟件，低效且難于管理。而開(kāi)發(fā)一種能夠兼容絕大多數(shù)定值單，極少數(shù)非常特別的定值單再定制開(kāi)發(fā)的方式則比較明智。

1.2 定值單項(xiàng)命名規(guī)范不一致導(dǎo)致匹配難度大

利用軟件完成的自動(dòng)校核有一個(gè)非常重要的步驟是從電子版定值單提取定值項(xiàng)，并與IEC61850模型（簡(jiǎn)稱模型）中的定值項(xiàng)作文字匹配，由于模型是在變電站建設(shè)時(shí)期由廠商根據(jù)需求和裝置icd文件生成，而定值單是由各省市地調(diào)度下發(fā)，由于沒(méi)有統(tǒng)一的定值單項(xiàng)命名規(guī)范，二者的定值單項(xiàng)命名并不相同，經(jīng)常出現(xiàn)同一個(gè)定值項(xiàng)在模型里和定值單里的文字表示相差甚遠(yuǎn)，所以需要軟件來(lái)將不同的二者匹配在一起，以期最大化整個(gè)定值單的匹配數(shù)量，簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)工作人員的操作步驟，提高效率，經(jīng)過(guò)匹配的定值項(xiàng)將繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的校核工作。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

本定值校驗(yàn)儀需要面對(duì)數(shù)字化變電站中數(shù)量和型號(hào)眾多的保護(hù)裝置，同型號(hào)裝置也存在生產(chǎn)日期和軟件版本不統(tǒng)一的問(wèn)題，與各保護(hù)裝置通信方式基本上都采用IEC61850-8-1（MMS）通信協(xié)議，可自動(dòng)讀取保護(hù)裝置內(nèi)部所有定值項(xiàng)，定值范圍，可連接站控層交換機(jī)，也可單獨(dú)連接保護(hù)裝置站控層通信網(wǎng)口。

如圖1所示，為繼電保護(hù)裝置定值校驗(yàn)儀的系統(tǒng)架構(gòu)圖，主要分為三個(gè)部分。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 定值單項(xiàng)提取過(guò)程

（1）定值數(shù)據(jù)采集。主要通過(guò)IEC61850通信規(guī)約自動(dòng)讀取保護(hù)裝置內(nèi)部所有定值項(xiàng)，定值范圍、導(dǎo)入的關(guān)于當(dāng)前保護(hù)裝置的定值設(shè)定情況的SCD文件以及調(diào)度下發(fā)的待校核的定值單（支持PDF，XML，EXCEL，CSV等多種格式）；

（2）定值校核。根據(jù)定值項(xiàng)描述采用文本匹配完成定值項(xiàng)的自動(dòng)匹配，將讀取定值單與裝置內(nèi)讀取的定值項(xiàng)進(jìn)行自動(dòng)比對(duì)校核；

（3）打印結(jié)果。校核完成后，定值校核儀與打印機(jī)通過(guò)USB接口連接后打印校驗(yàn)結(jié)果。

3 繼電保護(hù)裝置定值校驗(yàn)儀定值校核研究

3.1 定值數(shù)據(jù)采集

本文介紹一種智能化提取表格類(lèi)定值單項(xiàng)的方式，可以兼容目前各省市在用的大多數(shù)定值單，當(dāng)應(yīng)用于新關(guān)鍵字的定值單時(shí)僅通過(guò)簡(jiǎn)單的配置即可快速兼容。

主要由兩個(gè)步驟來(lái)完成提取定值單項(xiàng)： （1）將各種格式的定值單轉(zhuǎn)化為一種歸一化表格，該歸一化表格充分考慮到后續(xù)提取工作的便攜性，又不丟失原有表格的內(nèi)容及合并格信息； （2）逐行讀取歸一化表格，并根據(jù)關(guān)鍵字找表頭，當(dāng)找到表頭，則保存該行信息為模板作為此行以下的表項(xiàng)的提取依據(jù)，而表頭以下的表項(xiàng)每列代表的信息可從表頭確定，當(dāng)逐行讀取完表格就可提取出所有的定值項(xiàng)。

歸一化表格的定義要考慮到不丟失原表格信息同時(shí)方便后續(xù)處理，將歸一化表格命名為BillTable，表行命名為BillRow，單元格命名為BillCell，其UML圖如圖3所示。

圖3 歸一化表格UM L圖

其中最基本的單元為單元格BillCell，其屬性中的rowspan和colspan代表合并格表格跨度，僅表格被合并時(shí)有效，圖4為表格提取示例圖。

圖4 表格提取示例圖

以圖中第3行為例，A3是一個(gè)普通單元格，merged為false，rowspan和colspan都為1，value為“1”，表格B3是合并格的首格，rowspan為1，colspan為3，value為“低電壓閉鎖定值”，merged為false，表格C3和D3都是被合并格，merged為true，rowspan和colspan都為0，value為空，E3與A3類(lèi)似，F(xiàn)3與B3類(lèi)似，G3與C3或D3類(lèi)似；表行BillRow為多個(gè)單元格BillCell組成；表格BillTable由多個(gè)BillRow組成。圖4提取為歸一化表格結(jié)果如圖5所示，其中灰色格為被合并格，后續(xù)處理將被忽略。

圖5 歸一化表格提取結(jié)果

歸一化表格的特點(diǎn)是合并格的信息被轉(zhuǎn)化為單元格的屬性，在提取定值單項(xiàng)過(guò)程中方便處理，提取處理中可直接忽略被合并格。從歸一化表格提取定值單項(xiàng)時(shí)為找到每列代表的意義，先以關(guān)鍵字找到表頭，由表頭中每列代表的意義作為其下定值項(xiàng)的模板。本文以三類(lèi)關(guān)鍵字作為查找表頭依據(jù)：名稱、目標(biāo)值和單位。其中名稱類(lèi)關(guān)鍵字如“名稱”、“控制字名稱”、“定值名稱”。目標(biāo)值類(lèi)關(guān)鍵字如“現(xiàn)定值”、“新定值”、“更改后定值”，單位類(lèi)關(guān)鍵字如“單位”。

歸一化表格在逐行掃描時(shí)，將忽略被合并的單元格，并優(yōu)先尋找以上三類(lèi)關(guān)鍵字，當(dāng)三類(lèi)關(guān)鍵字都被找到時(shí)認(rèn)為找到表頭，若未找到表頭而其結(jié)構(gòu)又與表頭行結(jié)構(gòu)相同，則認(rèn)為是定值項(xiàng)。以圖4和圖5為例，掃描第1行未得到任何結(jié)果，在掃描第2行時(shí)根據(jù)關(guān)鍵字可以找到表頭，并確立B列、E列和F列分別代表名稱、單位和目標(biāo)值，當(dāng)掃描第3行時(shí)未找到表頭但是發(fā)現(xiàn)其行結(jié)構(gòu)與表頭第2行一樣，則其B列、E列和F列就是該定值項(xiàng)的名稱、單位和目標(biāo)值。后續(xù)以此類(lèi)推即可得到定值單的所有定值項(xiàng)。

3.2 定值校核

本文介紹一種用于智能化匹配定值單的匹配算法，主要用于電力繼電保護(hù)裝置定值校核中的定值單項(xiàng)與保護(hù)設(shè)備定值項(xiàng)匹配，也可用于其他類(lèi)似的單項(xiàng)匹配場(chǎng)合。

本算法主要有三個(gè)步驟： （1）定值單項(xiàng)文字描述和模型定值文字描述預(yù)處理； （2）計(jì)算定值單項(xiàng)文字描述與模型定值文字描述相似指數(shù)； （3）定值單項(xiàng)與模型定值項(xiàng)進(jìn)行雙向最優(yōu)化匹配。

（1）文字描述預(yù)處理使用特殊文字替代策略，針對(duì)電力行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)特殊的文字進(jìn)行替代處理，如模型中的“過(guò)流Ⅰ段定值”（其中“Ⅰ”為羅馬數(shù)字）在定值單中的文字常表示為“過(guò)流I段定值”（其中“I”為大寫(xiě)英文字母）或“過(guò)流1段定值”，模型中的“經(jīng)其它側(cè)復(fù)壓閉鎖”在定值單中的文字常表示為“經(jīng)其他側(cè)復(fù)壓閉鎖”，所以本算法將類(lèi)似的特殊文字做統(tǒng)一替代處理，即羅馬數(shù)字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ與英文字母I、II、III統(tǒng)一用阿拉伯?dāng)?shù)字1、2、3替代，“其它”用“其他”替代，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用很容易地可以提取到常見(jiàn)的替代文字，作為一個(gè)替代文字庫(kù)，在進(jìn)行文字相似指數(shù)處理時(shí)應(yīng)充分考慮到這些替代文字。定值單項(xiàng)與保護(hù)設(shè)備定值對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖6所示，算法處理過(guò)程如圖7所示。

圖6 定值單項(xiàng)與保護(hù)設(shè)備定值對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖7 算法處理過(guò)程

（2）文字相似指數(shù)指兩個(gè)待處理字符串從前往后依次掃描每個(gè)字符，找到匹配個(gè)數(shù)，如圖8所示為文字相似指數(shù)示意圖。其中第①種情況兩字符串都為“ABCDEFG”，則相似指數(shù)為7；第②種情況兩字符串分別為“ABCDEFG”和“ACDEFG”，前者比后者多一個(gè)中間字符，相似指數(shù)為6；第③種情況兩字符串分別為“ABCDFG”和“ACDEFG”，兩者都有對(duì)方丟失字符串，相似指數(shù)為5；第④種情況兩字符串分別為“ABCDDFG”和“ACDFG”，前者有兩個(gè)連續(xù)的相同字符，但由于該字符已經(jīng)被計(jì)數(shù)過(guò)則后一個(gè)會(huì)被忽略，相似指數(shù)為5；第⑤種情況兩字符串為“ABCDBFG”和“ACDEFG”，前者有兩個(gè)不連續(xù)的相同字符，但由于第二個(gè)字符串的“D”后沒(méi)有相同字符，相似指數(shù)為5；第⑥種情況兩字符串為“XABCDFGY”和“ACDEFG”，前者的首尾字符后者都不包含，掃描過(guò)程中會(huì)自動(dòng)忽略，相似指數(shù)為5。

圖8 文字相似指數(shù)示意圖

（3）雙向最優(yōu)化匹配在第2步的基礎(chǔ)上進(jìn)行，目前各省市在用的常見(jiàn)定值單內(nèi)容分為裝置參數(shù)、定值、控制字和壓板四種類(lèi)別，可能出現(xiàn)文字描述非常相近的情況，特別是定值項(xiàng)和控制字描述可能完全一樣，如“高復(fù)壓過(guò)流Ⅰ段1時(shí)限”，只不過(guò)它們一個(gè)帶單位另一個(gè)不帶單位，本算法為保證最優(yōu)化匹配，會(huì)先進(jìn)行雙向相似度排序找到最優(yōu)匹配項(xiàng)再進(jìn)行單位比對(duì)。

雙向相似度排序如圖9所示，保護(hù)設(shè)備定值和定值單定值按文字描述，分別計(jì)算每項(xiàng)與對(duì)方表格每項(xiàng)的相似度，并按相似度排序，保護(hù)設(shè)備表第1項(xiàng)定值“過(guò)流I段電流”的相似度排序?yàn)椤?（6）2（5）3（4）4（3）5（2）6（2）”，其中1（6）代表定值單第1項(xiàng)的相似度為6，同理定值單表第1項(xiàng)定值“過(guò)流I段電流”的相似度排序?yàn)椤?（6）3（5）2（4）4（3）5（2）6（2）”，其中1（6）代表保護(hù)設(shè)備表第1項(xiàng)的相似度為6，可以看出該項(xiàng)互為最相似項(xiàng)，又由于單位相同，則它們是匹配項(xiàng)。

圖9 雙向相似度排序

對(duì)于一次定值單匹配，依次進(jìn)行上述操作即可完成大部分定值單的定值項(xiàng)匹配工作，對(duì)于無(wú)法計(jì)算出最優(yōu)相似度或單位無(wú)法匹配的定值項(xiàng)由人工確認(rèn)。

完成定值項(xiàng)的雙向最優(yōu)化匹配后，定值校驗(yàn)儀將讀取的定值單與裝置內(nèi)讀取的定值項(xiàng)進(jìn)行自動(dòng)校驗(yàn)，比較兩者的定值項(xiàng)是否一致，如果有差異，會(huì)記錄為校核異常，并針對(duì)異常的定值項(xiàng)進(jìn)行告警顯示，同時(shí)生成校驗(yàn)記錄。

3.3 打印結(jié)果

校驗(yàn)記錄和結(jié)果可通過(guò)校驗(yàn)儀自帶的USB口連接到站內(nèi)打印機(jī)上打印，也可以直接通過(guò)U盤(pán)導(dǎo)出定值模板和校驗(yàn)記錄。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種繼電保護(hù)裝置定值校驗(yàn)儀，針對(duì)傳統(tǒng)智能變電站中定值校核存在的費(fèi)時(shí)費(fèi)力等問(wèn)題，提出了一種基于定值校驗(yàn)儀替代人工操作，讀取保護(hù)裝置內(nèi)的定值信息，并與定值單進(jìn)行校核的方法。同時(shí)，校驗(yàn)結(jié)果可通過(guò)USB口連接打印機(jī)打印出來(lái)。通過(guò)定值校驗(yàn)儀的使用，減少了人力物力的耗費(fèi)，大大提高了定值校驗(yàn)的工作效率和校驗(yàn)的正確性。