《电气技术》论文分享｜智能变电站二次线缆虚实回路动态映射与可视化运检技术

内蒙古电力（集团）有限责任公司呼和浩特供电分公司的赵鹏、邱洪杰在2026年第2期《电气技术》上撰文，针对智能变电站二次线缆传统标签管理存在的物理回路与虚回路信息割裂、关联缺失、维护低效及拓扑缺失等问题，提出基于变电站物理配置描述-变电站配置描述（SPCD-SCD）协同建模的虚实回路映射技术。

通过构建设备端口坐标模型、开发多维编码规则及“即扫即看”运检体系，实现纤芯至虚端子的全链路追踪。在13座变电站的实证应用显示，线缆定位耗时从4.3 min/条降至0.5 min/条，虚回路校核准确率达100%，运维差错率由传统方式的4%降至0%。该技术为智能变电站二次系统标准化运维提供了数字化解决方案，实现了二次线缆全生命周期数字化管理，可为智能变电站标准化运维提供技术支撑，具有工程应用价值。

变电站存在大量的电缆、网线和光纤等二次线缆，而智能变电站中的光纤替代率已超过80%。二次线缆的常规管理模式是，在纸质标签上采用“相对标号法”进行标签化管理，这种模式存在以下问题：一是纸质标签仅含物理坐标信息，无法关联变电站配置描述（substation configuration description, SCD）文件中的虚端子信号，导致虚实回路脱节；二是标签污损后重新核对需要9人日/站（针对4 000线芯规模的变电站），运维效率低下；三是物理拓扑与逻辑回路缺乏映射关系，检修依赖人工比对图纸，易产生误操作，亟须提升变电站二次线缆的智能化和数字化管理水平。

现有研究多聚焦单点优化。有文献提出的SCD文件校验技术只解决了文件规范性问题，未涉及物理层关联；有文献仅给出了SCD隐患排查技术手段，端口级映射技术误差达2.1%，难以满足精准运维需求；有文献介绍了基于SCD文件的二次设备隐形故障排查和检修安措技术；有文献开发的电缆二维码可视化标识虽实现了物理信息数字化，但缺乏虚回路解析功能。

鉴于此，本文提出变电站物理配置描述（substation physical configuration description, SPCD）-SCD虚实回路自动关联算法，实现纤芯→端口→虚端子的精确映射和全链路追踪；建立涵盖光缆、跳纤、尾纤的全类型线缆编码体系；构建“扫码即显拓扑”的闭环运维模式，现场只需扫码即可调取虚实回路拓扑。

1 系统架构

本文提出采用“双文件驱动+映射引擎+终端解析”的3层系统架构，如图1所示。通过SCD文件管控系统，提取全站设备虚回路信息，SPCD文件构建物理设备模型，经专业映射引擎处理，生成关联数据，最终通过移动终端解析，以二维码标签为载体实现现场交互。

图1 三层系统架构

2 虚实回路映射模型

本文采用“物理层建模+逻辑层解析”的形式建立变电站的数据模型，实现虚实回路一一对应。

物理层建模环节，通过四维设备端口坐标模型（小室+屏柜+槽位+端口），构建标准化物理标识体系，实现变电站→保护小室→屏柜→槽位→板卡→端口的六级精准定位，为不同厂商、不同时期的设备提供统一编码基准；同时，基于SPCD-SCD双文件协同建模机制，通过SCD文件解析虚端子信号、逻辑节点及订阅关系，SPCD文件构建物理设备拓扑，并由映射引擎动态绑定逻辑层与物理层，兼容不同厂商、不同时期设备的接口差异，生成变电站的整体数据模型。虚实对应逻辑如图2所示。

图2 虚实对应逻辑

采用四维坐标体系，建立设备端口的坐标模型，如：设备坐标=小室编号+屏柜编号+槽位编号+端口编号（示例11C-3B-2-A）。

虚实回路对的映射模型可以实现六级定位，即变电站→保护小室→屏柜号→槽位号→板卡号→端口号。

逻辑层解析环节，基于国家标准规范，提取SCD文件中定义的物理接口和物理回路模型文件的物理接口，建立相互的关联关系，并对现场设备的每一个插件及对应端口的收发端进行关联，实现二次线缆每个端口的联系。通过SCD文件的虚回路及虚端子找到承载该回路的物理回路及相关设备和端口，并依据通信数据关联，生成对应的物理回路数据模型、通信回路数据模型和订阅回路数据模型。智能电子设备（intelligent electronic device, IED）展示页面-物理回路视图如图3所示，通信回路视图如图4所示，订阅回路视图如图5所示。

图3-表1

通过解析获得物理端口与虚端子的绑定关系，建立“物理端口+虚回路+信号类型”的三维映射关系。标签字段编码规范见表1。

一个设备坐标的完整路径的虚实映射回路如图6所示。可以看出，新技术展示了二次线缆的清晰路径，为下一步工作的开展提供了便利条件。现场通过两种手段验证虚实映射的正确性。一是移动端实时解析与可视化。现场扫描线缆二维码标签，终端1 s内解析并分层展示物理链路与虚端子信号流的拓扑映射关系，通过纤芯级路径追踪直观呈现“设备端口→通信回路→虚端子”全链路关联。二是双视图数据比对与异常拦截。终端同步加载SCD配置的虚端子信号，通过通信回路视图与订阅回路视图自动比对现场信号流与逻辑配置。

图6-表3

3 标签自动生成算法

标签自动生成机制基于物理坐标的唯一性、虚实回路的精准绑定和差异化编码规则，通过SPCD- SCD协同建模实现从数据到实体的无缝转换。采用QR（quick response）码矩阵式编码，输出标签字段编码规范见表2，包含3级信息：①基础层，电网编码+电压等级+站名缩写/线缆ID或端口坐标，如JBLF220ZS；②标识层，线缆类型+编号，如GL-145- 911；③拓扑层，端口坐标+信号方向，如11C-3B-2- A-Tx。

针对不同线缆类型设计差异化字段：光缆标签增加芯数及备用芯信息（如24芯/13备），跳纤标签强化两端设备关联（Fr:110 kV红兰线151保护屏/ T1→To: 光配1/A4）。

可视化标签与安装效果如图7所示。可以通过智能化变电站二次线缆可视化管理工具，扫描标签上的二维码信息，即时查看物理回路的走向、相关的连接设备及该回路上的信号等相关信息。

4 移动端解析系统

开发支持Android/iOS的解析工具，具备3大功能：一是扫码识别，1 s内完成二维码解码，支持±30°倾斜识别；二是拓扑展示，以分层图形化方式呈现“设备坐标=小室编号+屏柜编号+槽位编号+端口编号”物理链路及对应的虚回路信号流；三是数据校验，实时比对现场信号与SCD配置的一致性，异常时触发声光报警。

5 试验验证

选取4座220 kV和9座110 kV变电站，涵盖双母线等典型拓扑。测试设备包括精臣B50标签打印机，分辨率600 DPI（dots per inch）；Honeywell CT60手持终端，扫描距离5～50 cm。传统方式与本文方法的运检效率对比见表3。

某220 kV变电站220 kV线路间隔应用显示，扫码后终端即时显示PCS-9705保护装置B09端口的物理连接（至网交换机4号端口）及承载的2029号面向通用对象的变电站事件（generic object oriented substation event, GOOSE）信号，与SCD文件比对完全一致。在151条随机抽检线缆中，映射误差为0%，优于文献的2.1%。

6 结论

本文提出了虚实回路映射技术，通过多源数据融合与智能编码，完成了纤芯级虚实关联，实现了二次线缆全生命周期数字化管理。标签符合DL/T 2068—2019《电力生产现场应用电子标签技术规范》，与既有成果相比，在映射误差和运维效率方面均有显著突破，差异源于采用了亚端口级建模和动态映射算法。该技术适配国家电网“十四五”智能站规划，下一步将拓展至新能源场站，解决风电、光伏电站的复杂回路管理难题。

本工作成果发表在2026年第2期《电气技术》，论文标题为“ 智能变电站二次线缆虚实回路动态映射与可视化运检技术 ”，作者为赵鹏、邱洪杰。