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一种面向智能变电站过程层光缆的智能标签技术研究
秦国强，段振坤，任 俊，金 言，林文亮，曹卫国
2015年第21期
DOI：10.7667/j.issn.1674-3415.2015.21.023
项目背景智能变电站与常规变电站相比具有信号数字化、传输网络化的技术优势，采用光信号进行数据传输，光纤替代了80%以上的传统电缆。传统变电站一般通过电缆号头来确定回路信息，通过纸质图纸表达回路原理，便于施工、调试、运行、维护单位作业。智能变电站的光纤没有号头，取而代之的是光纤标签，回路原理的设计逐渐由常规纸质图纸向光缆联系图和全站SCD文件表达方式转变。
智能变电站中光缆标签的格式和内容目前国家电网公司暂无统一的规定，标签上通常按照常规变电站电缆号头的习惯表达了光缆的起点、终点位置和光缆编号，但这种表达方式各地区也并不统一，另一方面直接通过标签信息去图纸中查找原理信号回路也不够直观，一般只能对应找到光缆联系图中的相关信息，原理回路细节还需要通过各类工具软件在SCD文件和虚端子图中查找，不利于施工单位施工、对调试和运行单位也带来困扰，不利于智能变电站的统一建设。
论文针对目前智能变电站过程层光缆标签无法展示所传输的虚端子信息，不便于现场调试、检修的弊端，结合施工、调试、运行环节的应用需求，参照前期部分地区研究的智能变电站光缆标签标识设计的原则，首先在二次系统施工图设计中统一规范光缆标签的回路编号、光缆去向和信息内容，在此基础上应用先进的数字编码技术，研究智能变电站过程层光缆智能标签的编码、生成及解析方法，实现过程层光缆标签信息的“即扫即看”，而且可批量查找一根纤芯内的所有虚端子信号，可极大提高智能变电站调试、检修和改扩建的效率及正确性，准确实现过程层物理回路与逻辑回路的“虚实对应”。
光缆连接信息的虚实对应实现思路智能变电站过程层中的光缆是保证整个站内二次系统可靠运行的重要环节，与常规变电站的电缆一样，光缆应该有格式统一、内容明确、表达清晰、易于施工的标签系统，为工程的调试和运行服务。智能变电站过程层光缆连接信息分为物理连接关系和虚端子连接关系。
本文中将智能标签作为“虚实对应”的查询入口，通过扫描终端扫描智能标签实现展示，即将光缆连接的物理信息和虚端子连接信息两种连接结合起来，通过物理端口能够查找端口连接的纤芯和端口传送的虚端子信号，通过网络中传输的虚端子信号能够快速定位虚端子所经过的装置、交换机、光纤配线架的物理端口。过程层光缆“虚实对应”具体实现思路如图1。
图1 过程层光缆“虚实对应”实现思路
如图1，利用智能标签实现物理连接路径和虚回路连接路径的对应，提出了过程层光缆“虚实对应”的实现思路。将变电站中的场地分布、组屏、装置配置、装置端口连接信息和光缆走向信息均使用XML的方式构建在物理模型文件中，物理模型文件中的装置端口信息与SCD文件中的装置端口信息相关联，借助智能标签的扫描，在计算机上就能直接实现虚实对应的查阅、导航、搜索等功能，可以直接解析出装置的端口分布和端口传输虚端子信息，也可以解析出装置虚端子和虚端子传输的物理路径。通过光缆智能标签的应用，可以实现设计文件中光缆联系图的无纸化交互和管控，有利于提升工程改扩建的效率和调试过程中的信息查询效率。
光缆智能标签的实现过程层光缆智能标签的实现主要包括标签编码、生产和解析三步骤。
光缆智能标签的编码
在智能变电站过程层中，需要粘贴标签的地方包括连接装置端口的光缆纤芯，光纤配线架上的标签栏，屏柜中的光(尾)缆，针对三种标签，下面以光(尾)缆标签为例，给出智能标签的编码方法。见图2光(尾)缆智能标签编码样式。
图2 光(尾)缆智能标签编码样式
光缆智能标签的生成
过程层光缆智能标签生成过程通过获取变电站物理配置信息和虚端子配置信息，整理成后期打印标签和解析标签所需的数据格式，生成智能标签文件，包括光缆、尾缆标签，纤芯标签和光配口标签等，标签打印机实现标签的自动打印。光缆智能标签的生成流程见图3。
图3 光缆智能标签生成流程
光缆智能标签的解析
过程层光缆智能标签的解析流程主要包括二维码标签的扫描、数据库文件的下载，数据库文件的图形化展示。光缆智能标签的解析流程见图4。
图4 光缆智能标签解析流程
工程应用工程实际问题考虑
在实际现场环境中，需要考虑智能标签的一些实际应用问题。
1) 标签材质选择的问题。采用ABS材质，可以耐折压、耐高温、可回收；印字清晰，靓丽、持久，色牢度高，便于扫码终端的扫描。
2) 屏内照明不足的问题。当屏内照明不够时，需要扫描终端自动开启自备照明，方便扫描。
工程应用实例
论文的研究成果在江苏镇江220 kV华山变得到了示范应用。
在设计阶段，首先配置工程内的物理信息模型，包括中标设备的型号、板卡和端口信息、组屏信息、小室分布信息等，其次进行虚端子回路配置，配置工程所需的虚端子回路信息，最后自动将端口信息与光缆纤芯信息进行“虚实关联”，上述文件随同其他设计资料一同交付给安装和调试单位。
在安装阶段，安装单位使用标签打印机，打印出光缆、尾缆标签，纤芯标签和光纤配线架标签，并粘贴在光缆、尾缆、纤芯、跳纤、光配架等处，供调试使用。
在提示阶段，使用手持标签扫描终端上读入智能标签信息，显示全站的小室、屏柜配置信息以及终端、设备的连接信息等。
图5 华山变部分智能标签
工程应用效果
以往现场人员需要根据设计院交付的装置背板图、装置间光缆联系图要了解现场的物理连接信息，需要根据SCD文件了解装置的虚回路信息，由于不了解物理端口与虚回路信息对应关系，还需要通过比对不同文件甚至询问不同的设备厂商之后才能了解具体纤芯的作用，即人工“虚实对应”，按每核对一根纤芯作用平均需要1 min计算，按中等规模站500芯计算，则核对全站所有纤芯作用需要500 min，按差错率5%计算，则存在25根纤芯作用描述不准确，对检修、运维构成隐患。而引入智能标签“即查即看”的方式，不需要人工方式核对阶段，直接提供给客户完整的“虚实对应”关系，并且由软件非人工的方式描述纤芯作用，完全可以保证零差错率。
通过在华山变的应用表明，使用智能标签能够极大地提高过程层光缆的运维效率，减少光缆维护的差错率。
结语 论文阐述了智能标签应用的背景以及给出智能标签编码、生成、解析的全过程。应用智能标签，使用二维码扫描功能，能够快速定位光(尾)缆标签中所包含的纤芯信息，和纤芯标签中所包含的虚端子信息，能够展示工程中的物理连接信息和虚端子连接信息，对于提高智能变电站的运维效率具有显著的工程价值。
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