繼電保護裝置定值自動化校核系統設計

李志興 王昱棟 許志華

（1.廣東電網公司佛山供電局 2.華南理工大學 3.廣東電網公司）

0 引言

繼電保護是對電力系統中發生的故障或異常情況進行檢測，將故障部分隔離、切除的一種重要措施。繼電保護裝置內部設定的各項保護定值是繼電保護正確動作的依據，是決定保護是否能準確可靠反映電網各類故障的重要參數［1］。而定值的適應性與正確性確保了電力系統的安全運行。如果定值設置錯誤，將給電網運行埋下巨大安全隱患，因此，繼保裝置定值設置和調整后，需要對其進行再次校核確認無誤，定值校核環節尤為重要。

當前，變電站繼電保護系統的定值校核工作仍采用傳統的人工校核方式［2］，即由變電運行人員打印出紙質版的定值清單后，人工核對實際運行定值與參考定值是否一致。隨著電力系統的“去中心化”發展，變電站的數量不斷增加，繼電保護裝置的應用也更為廣泛，而電網結構、運行方式的變化使得保護定值需要經常隨之修改［3］。電網的變電運行人員有限，僅依靠人員進行定值核對，工作量較大，容易造成工作失誤，存在誤核對和漏核對的現象，同時也有工作效率低、及時性不佳的問題。

針對上述問題，本文設計開發了無紙化繼電保護裝置定值自動校核系統。應對復雜的電力系統及龐大的校核工作量，由計算機自動校核，可極大地提高定值校核的效率，減輕基層工作人員負擔，降低電力企業的勞動力成本。采用無紙化方式，實現紙張資源的節約，且相比紙質文檔，電子文檔節省了儲存空間，更便于管理。此外，繼電保護裝置的正確動作事關電網的安全穩定運行，故通過自動校核，減少排除人工的主觀差錯，可提高電網運行的可靠性，具有巨大的經濟和社會效益。

1 設計方案及模塊說明

自動化定值校核程序可大致分為數據獲取模塊、自動校核模塊和報告輸出模塊。傳統的繼電保護定值校核工作流程通常是由實體打印機打印獲取紙質定值清單后由人工校核，再人工整理并存儲文檔，總體上費時費力，并且準確率難以保障。基于上述人工校核存在的缺點，本文開發的無紙化繼電保護定值校核系統的總體方案如圖1所示，其工作的基本流程為：虛擬打印機通過串口獲取繼電保護裝置的窗口數據，生成定值清單的txt文件，自動校核軟件對比窗口數據與參考定值后，輸出校核報告供用戶查閱、統計。

圖1 系統設計流程圖

各模塊的作用如下：

裝置定值清單獲取模塊：獲取數據。虛擬打印機通過RS232串口與繼電保護裝置連接，在電腦上打印出對應繼電保護裝置獲得的實際測量數據，即在電腦上生成相關系統的定值清單的txt格式文件。

自動校核模塊：校核數據。把從獲取模塊獲取到的實際測量數據與對應電力系統的定值清單參考文件作比較，對比出哪些實際測量值與參考值有出入，并生成記錄有錯誤數據的校核報告。

輸出報告模塊：由自動校核模塊生成的校核報告會自動保存至電腦，并調用WPS、Office程序展示，方便工作者查閱和統計。

1.1 定值清單獲取模塊

定值校核需要用到兩部分定值，由調度部門下發的參考定值和從繼電保護裝置上讀取的運行定值。參考定值為xls格式，運行定值則是由繼保裝置連接虛擬打印機生成的txt格式的數字化文件。

在用戶輸入相應文件后，定制清單獲取模塊會基于規則對原始文件中字段和值進行自動化提取，并構建成層次化數據結構，該結構包含如圖2所示的4個層級，第一層級記錄定值表單名，如“基本定值”，第二層級記錄子表單名，如“500kV主變開關量基本定值”，第三層級記錄定值名稱，如 “線路投運電流”，第四層級記錄定值數值。

圖2 層次數據結構示例

1.2 自動校核模塊

當用戶通過軟件的交互界面導入參考定值文件和運行定值文件，軟件自動對參考定值和運行定值進行提取并構建統一的層次結構。在自動化校核時，首先需要對兩部分字段進行匹配，在實際工作中，筆者發現字段名稱可能存在縮寫情況，例如在參考定值文件中，“過電流保護定值”存在被簡寫為“過流保護定值”的情況，“斷面切負荷定值”存在被簡寫為“斷面切荷定值”的情況。

為此，本文引入了Levenshtein距離［4］來度量字符串相似度，允許字段在一定范圍內進行模糊匹配，原理是Levenshtein距離反映了兩個字符串相互轉換需要的最少的操作次數，其中的操作包括插入、刪除、替換。對于同一層級內存在差異的字段，程序首先遍歷所有可能的匹配方式，從中選取Levenshtein距離最小者為最佳匹配，并設置該距離最大不能超過2，避免錯誤匹配發生。對于無法匹配的字段，將在輸出報告中展示，由人工處理，該過程如圖3所示。

圖3 字段匹配流程框圖

1.3 輸出報告模塊

當自動校核完成后，程序會以電子表格的形式輸出檢驗報告，并調用系統中安裝的WPS或Office軟件打開。參照文獻［3］的設計，報告中包含時間、設備名稱、檢查項目字段名稱、參考定值項對應地址、兩部分定值以及檢查結果。用戶可以很方便的使用WPS等軟件對校核結果進行統計、篩查。

2 應用及效益分析

圖4展示了一份自動化校核報告。其中包含了結果概述以及兩部分定值（裝置定值和參考定值）的數值和檢查結果，并使用不同顏色將檢查結果高亮。從連接繼保設備到完成自動化校核，用時約2min，其中大部分時間用在使用虛擬打印機從繼保裝置獲取定值上，而自動化校核任務能夠在瞬間完成，用戶僅需要對校核報告進行簡單檢視即可。

圖4 定值校核報告示例

下表列出了不同繼保設備上自動校核時間和人工校核時間的對比，從中可見自動校核耗時不會隨校核項目數增多而發生明顯改變。同時，傳統的人工校核需要兩名工作者同時作業降低犯錯可能性［5］，而借助自動化校核程序，工作者僅需復核報告中的存疑項，極大地減少了工作量，因而相同的工作僅由一名工作者即可勝任。從中可見，自動校核方式能夠極大節省人力成本和時間成本。此外，自動化校核系統不需要進行實體打印，實現了全程數字化，這在節約紙張的同時也方便相關文檔的管理和歸檔，從而有助于提高電網管理的數字化水平。

表 不同設備人工校核時間和自動校核時間對比

以佛山電網為例，截至2016年底，佛山市共有5座500kV變電站，15臺主變；33座220kV變電站，85臺主變；176座110kV變電站，406臺主變；1座35kV變電站，2臺主變［6］，考慮到變電站中變壓器的每回出線都需安裝繼電保護裝置，而每個裝置一年需進行至少2次定值校核。采用自動化繼保定值校核系統能夠節省數百小時人工成本，再考慮過程中節省的人力成本和后續的歸檔管理所需的費用，自動化校核帶來經濟效益不容小覷。

3 結束語

針對繼電保護裝置定值校核問題，本文提出了一套完整的自動校核系統設計方案，所開發的自動化校核系統能夠有效提高校核的準確率和效率，節省人力成本和時間成本，對提高電網的安全性和可靠性具有重要意義。本系統的突出優勢總結如下：

（1）相較至少2名工作人員同時進行的傳統校核流程，使用自動化校核系統完成校核全程只需2min。基于以上數據，過程中工作人員僅需復核報告中的存疑項，極大地減少了工作量，從而更好地避免人工漏核、誤核可能造成的經濟損失與社會影響，提高新型電力系統的運行效率與安全性。

（2）紙張節約。人工校核需打印繼保裝置定值清單，因此消耗大量紙張。而本文開發的自動校核系統實現了全程無紙化，能節約大量紙張，具有較高的環境效益。

（3）資源減負。傳統校核方式產生的大量紙質報告文件，其存儲與管理消耗大量人力物力。本文開發的自動校核系統實現了定值文件、校核報告的電子化、信息化，更易于存儲和管理，且避免了大量紙質文檔對存儲空間的需求或后續銷毀需求，降低了資源消耗、低碳環保。

在“雙碳”目標推進、電網持續發展的背景下，繼電保護裝置的數量迅速增長，保護裝置在新建工程、技改工程、定檢維護中定值校核的工作量逐年增大。傳統人工校核方式消耗大量的人力物力，不滿足新型電力系統的發展要求。通過無紙化定值自動校核系統，可顯著提高保護定值校核的準確率和工作效率，信息化電子化管理低碳環保，節約大量的人力物力及運行維護成本，符合新型電力系統發展要求。該系統具有較高的實用意義和推廣價值，適合在電力系統中大規模的推廣使用。