智能变电站光纤虚实回路可视化对应方法研究

王 晴 程思举 龙进彬 尹雁和

（广东电网有限责任公司中山供电局）

0 引言

ⅠEC 61850基础下的智能变电站，和传统变电站的区别是二次设备信息的传输是由光缆实现的，更加高效准确，替代常规变电站的二次回路电缆。光缆信号传输的特点是由原来的单一信号传输升级成现在的多路信号光缆传输［1］。二次系统是由二次设备以及其回路构成，通常的变电站都的二次系统都采用控制电线，因此其物理以及逻辑回路是一致的，通过物理链接图就能够将其二次系统中设备之间的链接关系反映出来；智能变电站与之有很大的区别，最显著的特征就是其使用的是SPCD文件中描述的电站配置。智能变电站配备自动化系统，当中的智能装置链接关系，这部分包括的内容即为虚回路与虚端子的对应关系。虚回路处于智能变电站的通讯设备中，信息的传输是需要在通讯设备中的物理回路进行交互完成的，二次系统在此过程中转变为“黑箱”，此时就建立起了物理回路与逻辑回路的映射关系，二次系统的运维检修工作难度加大。

1 光纤建模及编码技术手段存在问题

光纤的物理回路问题目前解决的技术手段主要有光缆清册、光纤寻地址、手动校核等，但这些还存在一定的局限性：（1）传统变电占中光缆清册中еxcеl文件、图纸设计等难以和智能变电站中SCD模型进行匹配、融合，同时也就不能够和系统中的物理链路配对；（2）光纤寻址，这部分系统假如碰到智能变电站进行交换联机时，就不能够将清晰的物理全路径梳理出来，从而导致工作出现大量误差；（3）手动校核，对于庞大的工作量，人工校对的方式就会耗费大量的人力、物力，耗时耗资源。

智能变电站要通过光纤回路中虚实回路对应从而实现可视化，最有效的方式就是把光缆清册中的设计图纸中的各设备间的连接关系，实际应用到建模当中，这样就可以构建其智能变电站中的物理回路对应的SCPD配置文件，完成这部分内容后再利用图论深度遍历算法，构建SCPD配置文件中物理回路与SCD配置文件中逻辑链路的联系，使二者能够有效匹配，成功匹配后就可将智能变电站中光纤的虚实回路实现可视化的物理全路径检索出来，建立起实回路与虚回路之间的映射关系，提供虚实回路产生映射的有意义数据，变电真的维护工作效率得到进一步提升。

2 图的深度遍历算法

SCD配置文件与SPCD配置文件中逻辑回路与物理回路的匹配及映射关系的建立，需要通过图的深度遍历算法进行对所有输出及输入设备间的物理链路进行遍历才可实现，该算法的基本遍历思路如下：确定某起始节点a0，并将其作为遍历的出发点，并在邻接矩阵及访问标识数中把已经被遍历的节点检索出来，同时标识数组实时记录着未被遍历的各节点；遍历过程中出现某个ak时，就说明访问标识数组总汇的各邻节点全都被记录，如此光纤就被全面遍历，对于未被遍历的节点就需要进行重复遍历的操作使之完全被遍历，图的深度算法如图1所示。此算法主要是对物理节点与拓扑关系的链接层级进行管理，并以树状扩散的形态搭建节点间与拓扑链接，实现可视化，再使两个端点位置间节点的树状链接关系为基础，进行网络拓扑描述［2］。

图1 图的遍历算法

2.1 图的遍历算法基础上的“虚实回路对应” 分析

有图论深度遍历算法的支持后，建立智能变电站中光纤虚实回路的对应关系，还需要设计图纸中设备连接关系和物理建模等功能支持，从而建立起智能变电站实现可视化所需的SCPD配置文件中的物理回路。构建起物理回路后就可利用全路径深度遍历算法，使之与SPCD配置文件中的逻辑链路匹配，以此实现光纤虚实回路映射关系的有效建立。SPCD文件读取如表1所示。

表1 SPCD元素及属性定义

SCD配置文件中描述的物理回路未体现信息的方向性，在智能变电站中，相关装置端到端的物理回路端到端的物理回路实两条互为反方向的单一回路组成，在其端与端的信号传输时，信息的传输是由两条不同的单方向回路完成。装置中的发送与传输端口是独立、单向的。所以为物理回路更加准确的描述，采取双向建模的形式描述物理回路［3］。具体如下：（1）有光配的情况下：装置/交换机Tx端口编号@跳纤编号@ODF光配端口；光缆编号；跳纤编号@ODF光配端口编号@装置/交换机Rx端口编号；（2）无光配时：装置/交换机Tx端口编号@跳纤编号@装置/交换机Rx端口编号。经过各条物理回路展开建模，是物理回路同时具备电（光）缆编号以及两侧途径光配、装置、内部纤芯等所有能够与物理回路相关的信息。

2.2 检索设备之间信号流向的物理路径

实行有效的图论深度遍历算法的关键环节，就是检索拓扑的物理节点，智能变电站通过二次系统进行信息传输，因此其物理节点就是装置的信息接收与信息发送端口，这部分主要包括光配、智能电子设备、交换机等。智能变电站的各个设备、交换机、光配等装置各自链接的网络拓扑及其所展示的节点图示各不相同，因此对不同装置、不同节点所使用的深度遍历算法是各不相同的。最显著的区别就是各装置信息的发送及接收端口，进行遍历时通常都会选取装置的接收端口为起始节点。并且智能变电站的信息传输并不是单一、单向的传输，而是多流向的，因此要区分信息传输的流向，避免数据信息错误传输的现象出现，所以其邻接矩阵不是对称的；配线架就可建立多节点的链接通道；交换机是多个和设备链接的节点集合，所以设备都不是单一节点，集合的链接关系由转换机级联体现。综上所述，对各物理节点进行遍历时需注意对不同类型的装置端口区分。如以下物理路径的信号流向为例：

（1）信息发送及接收端口A与B必须建立虚实对应关系，才可确定物理链路接收端口B。

（2）接收装置端口的物理链路需要结合SPCD文件中的具体描述来确定，对连线实时记录，对端的端口以及其对应设备（信号发送的设备）。

（3）情况检查：①信号发送设备为光纤配线架、②信号发送的设备为二次设备、③信号发送设备为交换机。

（4）若涉笔为交换机，就需要遍历其接收的端口，接着将此交换机当做接收装置，被遍历的端口为信息接收端口。

（5）若遍历光配设备，就可将其作为接收装置，仪器发送端口当做接收的端口，按照相关步骤继续检索。

（6）若为智能电子设备，即刻判断其否为设备A，再检查此设备的发送端口属性是否属于当前检索的链路信号（SV/GOOSE），若两个条件都满足，就表示检索完成；如果不满足。就需要按照记录的路径返回，返回时，遇到交换机出现未被遍历的端口时，就需要将此端口作为接收端口，才可进行下一步操作。假如直接略过未被遍历端口直接返回到装置A中，就会出现无可关联物理路径的状况［4］。

3 “虚实回路对应”算法应用工程实例

上述提供的通过图论深度遍历算法建立起光纤虚实回路对应的方法，实际的相关技术已经得到了试应用变电站的使用，并取得了较好的应用效果。220kV祖寺对智能变电站SPCD配置文件中所描述到的小室、插件、电站屏柜光缆信息等数据信息进行了可视化展示，这些装置信息以层级的方式展示试应用变电站的板卡、屏柜纤缆、跳纤信息等端口，和端口的物理链路结构延伸描述，对其查询的方式同样是以分级的方式进行，加深对各端口的认识。光纤回路的信息还能够以扫描二维码的形式获取，方便查阅，设备信号传输的全路径得以实现［5］。

在图论深度遍历算法支持下建立的虚实回路映射关系，使得虚回路与实回路之间可以实现相互检索，技术人员不仅能在物理回路中查阅其承载的数据信息，还能够在虚回路中检索相对应物理回路的全路径。例如当系统中出现跳闸的信号时，就可在虚回路中检索并查阅物理回路中出现的挑战信息，不仅能够有效处理问题，还能够提升工作人员的工作效率，能够精准发现并高效解决问题。智能变电站的光纤虚实回路建立对应关系后，二次系统软件中描述相关设备的模拟间隔扩建辅助、断纤辅助、安措实施等，为促进光纤回路信息的互换提供技术支持。试行点的“虚实回路对应”可视化工程实例如图2、图3所示，模拟拔光纤相关事件如表2所示。

表2 事件列表

图2 220kV线路PCS保护装置

图3 虚实回路对应关系

试应用变电站在开展日常的维护工作时，提前做好安全措施。例如，在拔光纤时应进行提前预演，通过预演的实际情况分析执行改操作可能会出现的状况与影响，并与安措信息进行详细的校对，对安措信息的对错进行判断，确保变电站的运维工作安全、有效、靠谱，增强维护工作的保障性。扩建变电站就要更新相关系统、装置的配置，这时就需注重新旧SPCD配置文件间的对比，预判出影响变电站有效运行的光纤回路节点，同时把已变更的设备标识、标签打印出来，起到提示、警示的作用，确保变电站安全运行，提高变电站扩建效率，精准解决问题。

4 结束语

综上所述，本文提供了图的深度遍历算法在智能变电站构建光纤虚实回路对应的方法，有效将SCD逻辑链路与SPCD物理链路进行关联、匹配。结合移动终端的技术集成从而实现变电站信息的可视化视图，补充了光纤回路等建模、信息自动化、智能化等方面的技术空缺，促进智能变电站中自动化系统、智能系统的升级，运维检修工作效率由此提升，可见光纤虚实回路可视化在智能变电站的管理中有广泛的应用前景。