宫殿记忆法，技术︱一种继电保护装置的数字化打印方法

中国电工技术学会将于2016年12月23日（周五）在北京铁道大厦举办“2016第三届轨道交通供电系统技术大会”。

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国网宁夏电力公司银川供电公司、国网宁夏电力公司检修公司、南京荣桓电力自动化有限公司的研究人员马小珍、杨熠鑫、刘志远、胡永春，在2016年第7期《电气技术》杂志上撰文指出，继电保护是关系着电力系统安全运行的关键[1]。继电保护技术的发展大致分为四个历史阶段：电磁型、晶体管型、集成电路型和微型计算机型。

目前，随着微电子技术的发展，微机型继电保护技术的应用已越来越广泛。微机保护特有的记忆存储功能可以通过人机接口来很好的实现故障追忆和信息阅览，极大的提高运行管理效率。

自从微机保护出现以来，打印一直是其重要功能之一，即使发展至以IEC61850为基础的智能保护，打印依然无法被替代，经过不断的完善和发展，打印已是变电站自动化系统的一项基本功能。

但打印也有其固有缺陷，必须连接使用交流电的打印机，打印信息只能体现于打印纸上，而且必须到达保护屏柜前来获取，不方便进行二次或重复利用。因此，如何改变现有的打印模式，使其获取更加方便，信息利用更加充分，非常值得深入研究。

1 打印的重要性及应用

相对于微机保护的面板显示来说，打印具有信息量大、方便携带等优势；面板显示只能在保护屏柜前才能查看信息。相对于微机保护的通信来说，打印具有信息关联度高、稳定可靠等优势；通信传输按照信息类别以点的方式进行传输，信息点是离散的，关联程度低。

在很多场合如调试阶段，投运阶段和现场运行阶段，都需要打印输出，作为分析参考资料。

1.1 继电保护检修

每两至三年对变电站内所有继电保护设备进行定期检验[2]，内容包括：装置外部、绝缘、上电和逆变电源检查，开关量输入回路检验，输出触点及输出信号检查，数模变换系统检查，整定值的整定和检验，传动试验等。

每套装置检验完成后产生检验报告，其内容包括：动作报告、定值清单（进行定值核对）、传动报告、装置采样、版本信息等内容，这些内容都依赖于装置的打印，检修人员依据这些打印的报告核实检验对象是否正确。

1.2 继电保护动作分析

当继电保护动作后，为了校验动作的正确性以及后续事故处理，需要产生保护动作分析报告，其内容应包括动作元件的启动时序和相别、启动时刻的自检状态和开关量状态、系统定值和软压板设置信息以及录波图信息等。

这些信息只有通过继电保护的打印功能才能系统有序的展现出来，而通过通信等方式提供的信息首先是离散的，如动作信号、开关变位等信号，其次需要被动召唤，如定值和录波等信息，这都导致通过通信等方式获得的信息只能用于了解状态，而不利于进行故障动作的分析。

保护动作分析报告需要在运检二次专责、地调（地方调度中心）、安监（安全监察处）和中调保护处进行存档，存档分为纸质报告和电子报告。纸质报告使用继电保护打印直接得来，而电子报告使用的却是纸质报告的影印版，而不是通过通信等方式得到的电子信息，这也从侧面佐证了上述结论。

2 现有打印方式的缺陷

目前，基本按间隔组屏来配置打印机，有时也为每套继电保护装置都配置有打印机，并将其安装于保护屏柜内[3]，使用220V交流电对打印机进行供电，由于交流电可能存在的电磁干扰，国网公司并不推荐保护屏内出现交流电源。

但由于没有其他方式可以给打印机供电，一般做法是继续使用220V交流来供电，还有另一种做法是保护屏内不安装打印机，需要打印时，临时安装打印机，并从保护室内的公共交流电源供电，这样虽然避免了交流干扰的可能性，但给打印本身带来了极大的不方便性。

由于获取打印报告只能到变电站现场进行，这就需要运行维护人员申请车辆，并驾车前往变电站现场。对于时间紧迫性不强的工作内容，如定期检修、缺陷消除等，这种方式无可厚非，因为本身就需要到达变电站现场；但对于时间紧迫性较强的工作内容，如保护动作跳闸等，这种方式的低效率就非常明显，从保护动作至人员赶到现场打印，颇为费时，显然增加了故障排除和恢复的时间。同时，纸质文件不利于备份及归档保存，更无法接入到电力系统的信息共享平台中，实现信息的共享和整合。

继电保护装置的打印功能虽然重要，但是使用的频率却非常低，主要在定期检修、消除缺陷、保护动作后才需要打印,除此之外打印机基本处于长期闲置状态。因为如果每个保护屏柜都配置打印机，这本身既是一种严重的资源浪费，也会产生可观的维护工作量和费用，如色带老化、工作损耗等，提高了变电站系统的安全生命周期成本[4]。

3 打印数字化的实现方式

打印数字化的实现方式有多种，如通过通信的方式，以XML为载体来实现[5]等，本文提出一种更加简单实用的方式来实现，该方式是基于目前国内的继电保护都是使用Espon的ESC/P编码来进行打印编程的事实基础上，通过被动接收打印内容并将其存为文件来实现的。

3.1 打印机的工作模式

打印连接方式除了一些年份较早的保护装置使用并口（CN36）进行打印外，绝大部分都使用串口（RS232）进行打印。以RS232串口为例，继电保护使用某一设定的速率（如19200bps）通过串口向打印机发送打印内容，该内容已使用ESC/P进行编码；打印机接收到打印内容后即刻开始解码并进行打印。

打印机本身不向继电保护传输任何数字信息，只需打开串口，供对方查询打印机的状态即可。由此可见，打印机的串口就是一个永远处于打开状态、准备接收的标准串口，其接口类型一般为DB25孔。对于并口打印机，其工作模式与RS232类似，一般都使用EPP（Enhanced Parallel Port，增强型高速并口）模式。

3.2 ESC/P编码简介

ESC/P（Espon Standard Code for Printer）是为了实现电脑软件与打印机之间所使用之控制码的标准化而制定的，根据ESC/P所作成的软件，在遵循ESC/P的打印机上都可以使用，而与打印机的机种无关。ESC/P编码的格式如图1所示,其中“编码”部分由单字节编码或多字节组合编码构成，“内容”部分根据“编码”的不同，可能存在，也可能不存在；对于某些编码，其“内容”部分也存在对应的编码格式。

图1 ESC/P编码格式

例如：“ESC @”编码（ESC和@均为ASCII码，对应的十六进制为1B和40，ESC/P的编码都以ASCII码来表述）的意义为初始化打印机，其后的“内容”部分为空；“ESC （ U”编码的意义为定义移动打印位置的单位，其后的“内容”部分的格式为“n1 n2 m”，其中n1为1，n2为0，m的取值范围为10、20、30、40、50和60。

3.3 技术方案

根据打印机的工作模式，开发一个打印机模拟器，在其串口DSR和CTS引脚置高电平，同时循环扫描串口的接收缓冲区，并对接收到的内容进行存储，形成打印任务文件，其工作流程如图2所示。

图2 打印机模拟器工作流程

由于串行通信没有显式的结束标记，可使用在相当时间内没有接收到任何数据来作为结束标记，图2中的“设定时间”即为此目的而设。

打印任务文件即为打印数字化的成果，其已具备了共享和流转的能力，为了便于阅读和发布，可对打印任务文件依据ESC/P编码进行解析并将结果输入到符合W3C标准的PDF文件。

可将多个打印机模拟器合并到一个装置内形成打印信息采集器，并设置一个打印管理机用于长期保存打印任务文件，并在此进行打印任务文件的解析、打印、共享、流转和发布，做到打印功能集中化管理，亦可在此实现一些基于打印数字化的延伸应用。一个具备实用化的系统架构如图3所示。

图3 系统架构图

4 结束语

此种方式的优点是简单实用，安全可靠。由于其不占用通信资源，亦未做任何模式上的改变，所以对继电保护装置不会产生任何影响，继电保护装置依然认为连接着普通的打印机。另外，由于保护屏柜上不再安装打印机，降低了整站对交流电的需求，更加符合规范要求，同时也减少了打印机的维护工作量和成本。

本文所述方式实现的继电保护装置打印数字化，不但适用于传统变电站，同样适用于基于IEC61850的智能变电站，使得作为三大信息提供方式之一的打印也具备了共享、流转和发布的能力，使得获取打印报告不再需要赶赴变电站现场，可节省大量的人力物力和时间，同时也减少了打印机的维护工作量，降低了维护成本提高了变电站自动化的水平，亦符合变电站数字化、智能化的发展趋势，非常具有实用价值。

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