《電氣技術(shù)》論文分享｜智能變電站二次線纜虛實(shí)回路動(dòng)態(tài)映射與可視化運(yùn)檢技術(shù)

內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司呼和浩特供電分公司的趙鵬、邱洪杰在2026年第2期《電氣技術(shù)》上撰文，針對(duì)智能變電站二次線纜傳統(tǒng)標(biāo)簽管理存在的物理回路與虛回路信息割裂、關(guān)聯(lián)缺失、維護(hù)低效及拓?fù)淙笔У葐?wèn)題，提出基于變電站物理配置描述-變電站配置描述（SPCD-SCD）協(xié)同建模的虛實(shí)回路映射技術(shù)。

通過(guò)構(gòu)建設(shè)備端口坐標(biāo)模型、開(kāi)發(fā)多維編碼規(guī)則及“即掃即看”運(yùn)檢體系，實(shí)現(xiàn)纖芯至虛端子的全鏈路追蹤。在13座變電站的實(shí)證應(yīng)用顯示，線纜定位耗時(shí)從4.3 min/條降至0.5 min/條，虛回路校核準(zhǔn)確率達(dá)100%，運(yùn)維差錯(cuò)率由傳統(tǒng)方式的4%降至0%。該技術(shù)為智能變電站二次系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維提供了數(shù)字化解決方案，實(shí)現(xiàn)了二次線纜全生命周期數(shù)字化管理，可為智能變電站標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維提供技術(shù)支撐，具有工程應(yīng)用價(jià)值。

變電站存在大量的電纜、網(wǎng)線和光纖等二次線纜，而智能變電站中的光纖替代率已超過(guò)80%。二次線纜的常規(guī)管理模式是，在紙質(zhì)標(biāo)簽上采用“相對(duì)標(biāo)號(hào)法”進(jìn)行標(biāo)簽化管理，這種模式存在以下問(wèn)題：一是紙質(zhì)標(biāo)簽僅含物理坐標(biāo)信息，無(wú)法關(guān)聯(lián)變電站配置描述（substation configuration description, SCD）文件中的虛端子信號(hào)，導(dǎo)致虛實(shí)回路脫節(jié)；二是標(biāo)簽污損后重新核對(duì)需要9人日/站（針對(duì)4 000線芯規(guī)模的變電站），運(yùn)維效率低下；三是物理拓?fù)渑c邏輯回路缺乏映射關(guān)系，檢修依賴人工比對(duì)圖紙，易產(chǎn)生誤操作，亟須提升變電站二次線纜的智能化和數(shù)字化管理水平。

現(xiàn)有研究多聚焦單點(diǎn)優(yōu)化。有文獻(xiàn)提出的SCD文件校驗(yàn)技術(shù)只解決了文件規(guī)范性問(wèn)題，未涉及物理層關(guān)聯(lián)；有文獻(xiàn)僅給出了SCD隱患排查技術(shù)手段，端口級(jí)映射技術(shù)誤差達(dá)2.1%，難以滿足精準(zhǔn)運(yùn)維需求；有文獻(xiàn)介紹了基于SCD文件的二次設(shè)備隱形故障排查和檢修安措技術(shù)；有文獻(xiàn)開(kāi)發(fā)的電纜二維碼可視化標(biāo)識(shí)雖實(shí)現(xiàn)了物理信息數(shù)字化，但缺乏虛回路解析功能。

鑒于此，本文提出變電站物理配置描述（substation physical configuration description, SPCD）-SCD虛實(shí)回路自動(dòng)關(guān)聯(lián)算法，實(shí)現(xiàn)纖芯→端口→虛端子的精確映射和全鏈路追蹤；建立涵蓋光纜、跳纖、尾纖的全類型線纜編碼體系；構(gòu)建“掃碼即顯拓?fù)洹钡拈]環(huán)運(yùn)維模式，現(xiàn)場(chǎng)只需掃碼即可調(diào)取虛實(shí)回路拓?fù)洹?/p>

1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文提出采用“雙文件驅(qū)動(dòng)+映射引擎+終端解析”的3層系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示。通過(guò)SCD文件管控系統(tǒng)，提取全站設(shè)備虛回路信息，SPCD文件構(gòu)建物理設(shè)備模型，經(jīng)專業(yè)映射引擎處理，生成關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，最終通過(guò)移動(dòng)終端解析，以二維碼標(biāo)簽為載體實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)交互。

圖1 三層系統(tǒng)架構(gòu)

2 虛實(shí)回路映射模型

本文采用“物理層建模+邏輯層解析”的形式建立變電站的數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)回路一一對(duì)應(yīng)。

物理層建模環(huán)節(jié)，通過(guò)四維設(shè)備端口坐標(biāo)模型（小室+屏柜+槽位+端口），構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化物理標(biāo)識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)變電站→保護(hù)小室→屏柜→槽位→板卡→端口的六級(jí)精準(zhǔn)定位，為不同廠商、不同時(shí)期的設(shè)備提供統(tǒng)一編碼基準(zhǔn)；同時(shí)，基于SPCD-SCD雙文件協(xié)同建模機(jī)制，通過(guò)SCD文件解析虛端子信號(hào)、邏輯節(jié)點(diǎn)及訂閱關(guān)系，SPCD文件構(gòu)建物理設(shè)備拓?fù)洌⒂捎成湟鎰?dòng)態(tài)綁定邏輯層與物理層，兼容不同廠商、不同時(shí)期設(shè)備的接口差異，生成變電站的整體數(shù)據(jù)模型。虛實(shí)對(duì)應(yīng)邏輯如圖2所示。

圖2 虛實(shí)對(duì)應(yīng)邏輯

采用四維坐標(biāo)體系，建立設(shè)備端口的坐標(biāo)模型，如：設(shè)備坐標(biāo)=小室編號(hào)+屏柜編號(hào)+槽位編號(hào)+端口編號(hào)（示例11C-3B-2-A）。

虛實(shí)回路對(duì)的映射模型可以實(shí)現(xiàn)六級(jí)定位，即變電站→保護(hù)小室→屏柜號(hào)→槽位號(hào)→板卡號(hào)→端口號(hào)。

邏輯層解析環(huán)節(jié)，基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提取SCD文件中定義的物理接口和物理回路模型文件的物理接口，建立相互的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的每一個(gè)插件及對(duì)應(yīng)端口的收發(fā)端進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)二次線纜每個(gè)端口的聯(lián)系。通過(guò)SCD文件的虛回路及虛端子找到承載該回路的物理回路及相關(guān)設(shè)備和端口，并依據(jù)通信數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，生成對(duì)應(yīng)的物理回路數(shù)據(jù)模型、通信回路數(shù)據(jù)模型和訂閱回路數(shù)據(jù)模型。智能電子設(shè)備（intelligent electronic device, IED）展示頁(yè)面-物理回路視圖如圖3所示，通信回路視圖如圖4所示，訂閱回路視圖如圖5所示。

圖3-表1

通過(guò)解析獲得物理端口與虛端子的綁定關(guān)系，建立“物理端口+虛回路+信號(hào)類型”的三維映射關(guān)系。標(biāo)簽字段編碼規(guī)范見(jiàn)表1。

一個(gè)設(shè)備坐標(biāo)的完整路徑的虛實(shí)映射回路如圖6所示。可以看出，新技術(shù)展示了二次線纜的清晰路徑，為下一步工作的開(kāi)展提供了便利條件。現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)兩種手段驗(yàn)證虛實(shí)映射的正確性。一是移動(dòng)端實(shí)時(shí)解析與可視化。現(xiàn)場(chǎng)掃描線纜二維碼標(biāo)簽，終端1 s內(nèi)解析并分層展示物理鏈路與虛端子信號(hào)流的拓?fù)溆成潢P(guān)系，通過(guò)纖芯級(jí)路徑追蹤直觀呈現(xiàn)“設(shè)備端口→通信回路→虛端子”全鏈路關(guān)聯(lián)。二是雙視圖數(shù)據(jù)比對(duì)與異常攔截。終端同步加載SCD配置的虛端子信號(hào)，通過(guò)通信回路視圖與訂閱回路視圖自動(dòng)比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)流與邏輯配置。

圖6-表3

3 標(biāo)簽自動(dòng)生成算法

標(biāo)簽自動(dòng)生成機(jī)制基于物理坐標(biāo)的唯一性、虛實(shí)回路的精準(zhǔn)綁定和差異化編碼規(guī)則，通過(guò)SPCD- SCD協(xié)同建模實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)到實(shí)體的無(wú)縫轉(zhuǎn)換。采用QR（quick response）碼矩陣式編碼，輸出標(biāo)簽字段編碼規(guī)范見(jiàn)表2，包含3級(jí)信息：①基礎(chǔ)層，電網(wǎng)編碼+電壓等級(jí)+站名縮寫/線纜ID或端口坐標(biāo)，如JBLF220ZS；②標(biāo)識(shí)層，線纜類型+編號(hào)，如GL-145- 911；③拓?fù)鋵樱丝谧鴺?biāo)+信號(hào)方向，如11C-3B-2- A-Tx。

針對(duì)不同線纜類型設(shè)計(jì)差異化字段：光纜標(biāo)簽增加芯數(shù)及備用芯信息（如24芯/13備），跳纖標(biāo)簽強(qiáng)化兩端設(shè)備關(guān)聯(lián)（Fr:110 kV紅蘭線151保護(hù)屏/ T1→To: 光配1/A4）。

可視化標(biāo)簽與安裝效果如圖7所示。可以通過(guò)智能化變電站二次線纜可視化管理工具，掃描標(biāo)簽上的二維碼信息，即時(shí)查看物理回路的走向、相關(guān)的連接設(shè)備及該回路上的信號(hào)等相關(guān)信息。

4 移動(dòng)端解析系統(tǒng)

開(kāi)發(fā)支持Android/iOS的解析工具，具備3大功能：一是掃碼識(shí)別，1 s內(nèi)完成二維碼解碼，支持±30°傾斜識(shí)別；二是拓?fù)湔故荆苑謱訄D形化方式呈現(xiàn)“設(shè)備坐標(biāo)=小室編號(hào)+屏柜編號(hào)+槽位編號(hào)+端口編號(hào)”物理鏈路及對(duì)應(yīng)的虛回路信號(hào)流；三是數(shù)據(jù)校驗(yàn)，實(shí)時(shí)比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與SCD配置的一致性，異常時(shí)觸發(fā)聲光報(bào)警。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

選取4座220 kV和9座110 kV變電站，涵蓋雙母線等典型拓?fù)洹y(cè)試設(shè)備包括精臣B50標(biāo)簽打印機(jī)，分辨率600 DPI（dots per inch）；Honeywell CT60手持終端，掃描距離5～50 cm。傳統(tǒng)方式與本文方法的運(yùn)檢效率對(duì)比見(jiàn)表3。

某220 kV變電站220 kV線路間隔應(yīng)用顯示，掃碼后終端即時(shí)顯示PCS-9705保護(hù)裝置B09端口的物理連接（至網(wǎng)交換機(jī)4號(hào)端口）及承載的2029號(hào)面向通用對(duì)象的變電站事件（generic object oriented substation event, GOOSE）信號(hào)，與SCD文件比對(duì)完全一致。在151條隨機(jī)抽檢線纜中，映射誤差為0%，優(yōu)于文獻(xiàn)的2.1%。

6 結(jié)論

本文提出了虛實(shí)回路映射技術(shù)，通過(guò)多源數(shù)據(jù)融合與智能編碼，完成了纖芯級(jí)虛實(shí)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了二次線纜全生命周期數(shù)字化管理。標(biāo)簽符合DL/T 2068—2019《電力生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用電子標(biāo)簽技術(shù)規(guī)范》，與既有成果相比，在映射誤差和運(yùn)維效率方面均有顯著突破，差異源于采用了亞端口級(jí)建模和動(dòng)態(tài)映射算法。該技術(shù)適配國(guó)家電網(wǎng)“十四五”智能站規(guī)劃，下一步將拓展至新能源場(chǎng)站，解決風(fēng)電、光伏電站的復(fù)雜回路管理難題。

本工作成果發(fā)表在2026年第2期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“ 智能變電站二次線纜虛實(shí)回路動(dòng)態(tài)映射與可視化運(yùn)檢技術(shù) ”，作者為趙鵬、邱洪杰。