考慮二次設備的智能防誤操作票系統

葉 雷， 殷自力

(福建省電力有限公司調度通信中心， 福州 350000)

考慮二次設備的智能防誤操作票系統

葉 雷， 殷自力

(福建省電力有限公司調度通信中心， 福州 350000)

傳統防誤操作票系統未涉及二次保護設備建模，因而不能體現二次設備對一次設備的保護效果。文中提出了一、二次設備建模的智能防誤操作票系統，采用保護設備建模、規則庫管理以及操作票與檢修票閉環管理等設計方案，在原有防誤操作票系統的基礎上實現了電網圖形完整拓撲分析功能、智能推理生成操作票功能和根據檢查票生成操作票功能，提高了防誤操作票系統的智能化水平。該公司的應用證明了其有效性。

防誤操作票系統； 電力系統一、二次設備； 電力系統保護建模； 智能推理； 閉環管理

電網倒閘是保障電網安全運行的一項十分重要的操作，電網倒閘操作票的制定直接與現場倒閘操作相關，可有效防止誤操作，保障人身和設備安全，繼而保障電網的運行安全和穩定。開具倒閘操作票的傳統方法是運行人員手工開票，這種方法已經很難滿足現代電力生產管理需求。研發防誤操作票系統是十分有意義的課題。

常見的防誤操作票系統，能在操作票命令生成的同時進行五防規則校驗，對違反五防規則的命令系統會給出預警提示。五防是指防止帶負荷拉合隔離開關、防止誤分合斷路器、防止帶電掛接地線、防止帶地線拉合隔離開關、防止誤入帶電間隔，但這些防誤操作票系統防誤功能都是在電網一次設備拓撲圖形的基礎上實現的，未涉及二次保護設備建模，沒有將一次設備狀態和二次保護設備的功能掛鉤，因而不能體現二次設備對于一次設備的保護效果[1，2]。

基于一、二次設備建模的智能防誤操作票系統(以下簡稱智能防誤操作票系統)保留了傳統防誤操作票系統的功能，增加了對二次設備的建模，建立了完善的操作規則庫，實現了一次設備防誤與二次保護設備防誤提示功能兼備的開票功能；對于常見的操作任務，能夠通過智能推理，生成操作票；操作票與檢修申請單相互關聯，并根據執行狀態相互驗證，閉環操作，極大地加強了安全防誤機制。

1 操作票簡介

1.1 操作票

操作票是指在電力系統中進行電氣操作的書面依據，是保證電氣操作正確可靠，防止人為誤操作的主要手段。電氣操作的拉合斷路器和隔離開關，檢查斷路器和隔離開關的位置，檢查接地線是否拆除，檢查裝、拆接地線，檢查是否確無電壓、安裝或拆除控制回路或電壓互感器回路的保險器，切換保護回路，拆除絕緣隔板，投退保護壓板，斷開斷路器、隔離開關的操作電源等項目均需要填入操作票內。

操作票執行步驟首先是發布和接受操作任務，填寫操作票，經審核批準與摸擬操作后，發布執行命令；現場依據操作票內容進行操作后，進行操作復查與操作匯報；最后蓋章記錄完工。

1.2 操作票與檢修工作的關系

操作票最初接受的操作任務來源于檢修票。電力系統中，設備無論是計劃檢修還是臨時檢修，都需提交檢修票。檢修票的內容是電力系統電氣設備的檢測、檢查、測試、修理、修護等工作。檢修票既是檢修單位統籌安排年、季、月度檢修任務的具體表現，也是調度部門制定操作票的重要依據。當檢修部門有檢修計劃需求時，首先提交檢修票，供調度運行部門最終審核批準；然后根據檢修票的工作內容，運行部門有關人員(以下簡稱運行人員)需填寫操作票，為檢修申請創建檢修條件；第三步，操作票現場執行完畢后，檢修工作才可開始；第四步檢修工作結束，通報調度部門，運行人員需制定另外一張操作票，恢復檢修工作之前的電網運行方式，即電網相關設備的正常運行狀態，工作結束。操作票與檢修票閉環管理需求源于操作票和檢修票在工作上的閉環工作關聯關系，圖1表示了檢修工作與操作票之間工作流程關聯閉鎖關系[3]。

圖1操作票和檢修票關系圖

Fig.1Relationshipbetweenoperationticketand

dispatchingmaintenanceticket

1.3 操作票系統的發展

操作票系統的發展可概括為最初的人工制定，操作票流轉系統，防誤操作票系統三個階段。手工制定完全采用手工填寫記錄；操作票流轉系統已將操作票的制定和流轉轉移到計算機實現，防誤操作票系統在操作票流轉系統的基礎上增加了電網一次設備接線圖，傳統的防誤操作票系統具備如下關鍵功能：1)點擊電網圖形中的一次設備可生成規范的操作票命令術語，無需人工手動錄入；2)電網一次設備接線圖形自帶五防模擬功能，當生成操作票命令過程中違反五防規則，系統自動提示；3)點擊圖形可以生成操作票逐項操作命令(拉開某斷路器)和操作票綜合命令(某斷路器由運行轉檢修)；4)操作票生成之后，在下發之前可在電網圖形上進行模擬操作，確保操作票的正確性與合理性。

傳統防誤操作票系統的這些功能逐漸完善了操作票制定需求，對操作票的制定起到良好的輔助作用，但是對電力系統的現實復雜性需求未能全面覆蓋。首先電力系統是由一次設備和二次保護設備構成，只對一次設備建模，一次設備的二次保護狀態并沒有體現，不能真實模擬電網一次與二次設備的互動邏輯；其二，隨著基建、檢修、技改等工作日益增多，調度員電網倒閘操作任務不斷加重，如何從技術手段上在保證安全的前提下提高倒閘操作擬票、審票、下令、操作的工作效率也是需解決的問題；其三，由于操作票和檢修票間的實際工作順序制約關系，操作票的制定不可能脫離檢修票。智能防誤操作票系統的出現就是為了解決以上問題。

2 智能防誤操作票系統的設計

2.1 保護建模設計

保護建模是指對二次保護設備進行拓撲建模，將二次設備納入到電網圖形中，模擬一次設備的保護狀態信息；通過保護策略設計，對保護設備設定保護定值，通過與能量管理系統EMS(energy management system)潮流計算對接，得到一次設備的運行狀態以及有功、無功、電壓和電流等信息，當編制操作票的過程中使得一次設備處于失保護(所有保護處于退運狀態)或保護定值越限狀態下給出提示[4～6]。

保護策略可以分為線路保護策略、母線保護策略、變壓器保護策略、短引線(線路或主變分別經兩個隔離開關連接兩個斷路器的接線方式)保護策略、斷路器過流保護策略等，每種保護策略從不同角度實現了對一次設備的保護狀態。

以母線保護策略為例進行保護建模設計。

在電網中廣泛應用的母線保護中普遍認為就適應母線運行方式、故障類型、過渡電阻(一種瞬間狀態的電阻)等方面而言，按分相電流差動原理構成的比率制動式母差保護(簡稱母差保護)最有效。母線類型中的單母線、雙母線、內橋型、3/2接線廠站配置保護；母線類型中的角型、外橋型母線不配置保護。1)母差保護作用的斷路器是廠站內各段母線上所接斷路器，保護方向為斷路器接哪段母線，方向就指向哪段母線。2)保護時間為0秒，范圍為斷路器所接母線全范圍，無延伸。3)母差保護可分段下令，在全站母差保護不退出的情況下，可下令解除x(ⅠⅡ)段母差保護，即x段母線上所接斷路器失去母差保護的功能，向母線方向失去快速保護。一般用于x段母線上接一個CT尚未測向量的斷路器，無法滿足可靠性時使用。4)一個廠站如果母差保護全部退出，母線上各斷路器相鄰設備保護范圍不一定要擴大(即定值可不改)，前提是母線故障極限切除時間大于0.7 s，否則母線上各線路斷路器對側改定值為0.3 s。在這兩種情況下，母線實際是沒有0 s保護的，但認為滿足快速保護要求，不過如果母線上出現隔離開關操作，應立即彈出警示“母差保護退出，要求隔離開關操作”。

圖2 母線故障電流流向示意圖

正常運行以及母線范圍外部故障時，母線上所有的聯接元件流入母線電流之和為零。當母線上發生故障時，母線上所有聯接元件流入母線電流之和等于故障點的短路電流，圖2表示了母線電流流向。

母線電流差動保護中的差動電流公式為

(1)

母線電流差動保護的動作原理為

Ik>Iset

(2)

即實際流過電流大于設定的電流Iset時，則認為母線內部過流，母線電流差動保護就會作切除母線元件。

2.2 智能推理機制設計

智能推理功能的完成由規則庫和智能推理機共同完成。規則庫是以數據庫形式存放的用于描述和保存運行人員關于開列操作票的專業知識，允許現場專家進行配置，包括增加新的操作任務、配置新的操作規則模板。規則庫中存放有關倒閘操作的一次設備操作規則和配合一次操作的二次裝置的啟停規則。智能推理機通過三個步驟完成功能，第一，將操作任務分解成操作命令序列；第二，將操作命令分解成逐項令或綜合令；第三，將操作命令轉換成操作術語[7，8]。

1)操作任務分解成操作命令序列

對各種操作任務在不同電壓等級、接線方式下的命令序列進行建模 。對于線路上的操作，需要進一步考慮線路兩端的接線方式、運行方式，并對兩端的命令序列進行組合、排序。

2)操作命令分解成單項令序列

依靠建立的具有“繼承性”的操作命令分解模型進行解析。本模型中，把一條操作命令解析為若干條子操作命令(可以是單項令或者其他的綜合令、任務指令)。在實際解析的時候，利用迭代法把操作命令解析為單項操作。

3)操作命令轉換成對應術語模型

首先需對操作命令術語進行建模，一些涉及到具體設備的地方，就用一些占位符代替，這些占位符代表設備類型，在將操作命令解析為單項操作過程中，記錄下各相關設備及其狀態，最后用具體設備的名字代替各占位符，生成最終的準確術語。

2.3 操作票與檢修票閉環管理設計

為了實現操作票系統與檢修系統的關聯，完成檢修與操作的閉環管理，需要開發設計一個申請單模塊，模擬接收到的申請單信息。在申請單模塊完成后，涉及到的設備和流程術語要統一，然后將申請歸類、批示，并且考慮到申請單設備的延伸和申請單設備狀態要求的疊加，接著進入申請單分組環節。分組對象為已按申請單歸類原則分類的申請，為了生成操作票還應對其按設備進行分組，根據全接線分析的結果作為依據。

3 智能防誤操作票系統功能

智能防誤操作票系統繼承了傳統防誤操作票系統的優勢，但在二次保護建模、規則庫的維護和與檢修申請閉環管理這三個主要技術環節上有所突破，形成了完整拓撲分析功能，實現一次設備防誤和二次保護狀態信息提醒兩種功能兼備的開票系統；其它特色功能包括智能推理出票；根據檢修生成操作票。

3.1 完整的拓撲分析功能

完整的拓撲分析功能基于圖庫數據一體化技術和拓撲建模技術構建的電網圖形繪制和管理型專業的電力圖形平臺。1)圖形平臺支持所有的一次、二次設備繪制與現實；根據一次設備的物理特性以及二次設備的保護狀態建模，使所有的一次設備處于保護狀態模擬真實電網的運行情況。2)通過設定每個一次設備的保護投運狀態，描述一次設備的保護投、退狀態信息，模擬使電網中的所有一次設備處于保護狀態，當制定操作票的過程中使一次設備的所有保護都退運時，則給出提示信息提示設備處于失保護狀態。3)提供二次保護設備策略輸入，將二次保護設備與一次設備建立關聯，設定保護定值信息。與實時監控測量系統結合，顯示設備的實時狀態及監測數據，包含斷路器、隔離開關狀態以及各個設備的電壓、電流、有功和無功數據信息，當制定操作票時，對設備的操作如果影響到其他設備的保護定值，將會引起保護裝置動作情況下，則給出具體提醒信息。

3.2 智能推理出票功能

本系統通過對各種操作進行建模，結合電網的接線方式、運行方式，智能推理各種操作命令在各種具體情況下的操作序列，做到了智能推理生成操作票。在操作的過程中，模擬操作對設備狀態的改變，進而分析操作對電網狀態的影響，結合操作設備的物理屬性，對一、二次設備的操作進行安全把關，對各種危險操作、失去快速保護的區域進行提醒，增強了電網的安全性。

3.3 根據檢修申請出票功能

與檢修申請系統對接，形成閉環管理安全防誤機制。通過分析檢修申請單及其狀態，對電網中設備的初始狀態進行校正；分析檢修設備及安全措施，得到檢修目的及要求；匯總所有檢修申請單，結合檢修目的、檢修時間，對檢修申請單自動打包分組。在此基礎上，由檢修申請單智能推理出票。這樣，操作票、檢修申請單形成一個操作關聯閉鎖，進一步加強了安全防誤機制。

4 系統應用案例

隨著福建省電力建設的迅速發展，福建省調度中心管轄的發電廠、變電站、輸配電線路等電力設備的數量越來越多，日益繁忙的工作任務和日益增多的管轄設備及運行方式，使得調度員的工作壓力和工作量越來越大。為了提高福建省調度管理水平，福建省電力調度通信中心通過大量的調研和考察，結合其他省調度部門的使用經驗，開發建設了這套智能防誤操作票系統。

以圖3和圖4所示電網環境為例(斷路器和隔離開關黑色陰影表示閉合狀態，白色空白表示拉開狀態)，圖3安兜圍變側接線方式為雙母線加旁母方式，兜圍I路和半兜線分別在兩個母線上運行；25 M兼作旁路斷路器和母聯斷路器，當前作為母聯斷路器使用；旁路母線當前處于接兜圍I路充電空載運行狀態，申請檢修261斷路器。三張檢修票經過檢修票流轉審批之后，執行以前，操作票的檢修申請單模塊能夠搜索到三張檢修票，根據圖形拓撲關系自動將三張檢修票打包分組，同時根據檢修申請設備，自動生成操作示任務，“將兜圍I路線路轉檢修”。

操作票系統根據得到的操作任務，需要進行智能推理生成最終操作命令。首先分析線路兩端的接線方式，圍里變側是雙母線方式，安兜變側接線方式為雙母線加旁母，旁路斷路器兼作母聯斷路器使用。第二，分析兩端操作序列，生成總的操作序列為：①安兜變：旁母由當前線路運行改接半兜線運行；②安兜變：線路由運行轉冷備用；③圍里變：線路由運行轉冷備用；④安兜變：線路及斷路器由冷備用轉檢修；⑤圍里變：線路由冷備用轉檢修；⑥通知線路管轄單位線路已經轉檢修。第三，將序列分解成操作命令術語：①旁路母線由接兜圍I路線路運行改為接半兜線路運行；②安兜變兜圍I路線路由運行轉冷備用；③圍里變兜圍I路線路由運行轉冷備用；④待命；⑤安兜變兜圍I路線路及251斷路器由冷備用轉檢修；⑥圍里變兜圍I路線路由冷備用轉檢修；⑦兜圍I路線路已轉檢修，可以開始工作。

檢修工作完畢，即該操作票對應的三張檢修票的狀態是執行中時，該停電操作票不能蓋完工章；當檢修票呈完工狀態時，該停電操作票可以完工，同時送電操作票開始編制執行，恢復檢修前電網運行方式。在操作命令生成的同時，處于一次設備防誤以及二次保護狀態監控，如果生成的命令將母線保護退出，系統則給出提示“某某母線保護退出，請注意”；當送電票未拆地線的情況下送電，則系統提示“某某設備不在明顯斷開點，某某斷路器將跳閘，不允許操作”等信息。

圖3 安兜變側電網圖

圖4 圍里變側電網圖

5 結語

智能防誤操作票系統以生產中通用的電網主接線圖和廠站主接線圖為界面，在制定操作票過程中同時包括了一次設備防誤和二次保護信息提醒的功能，使對電網模擬仿真更加真實，進而提高了操作票防誤的可靠性；通過建立靈活性強、通用好的操作規則庫；智能推理機制在完整拓撲建模的基礎平臺上，可以完成任務推理命令的準確生成；與檢修申請形成的閉環管理，使生成的操作票在時間和內容都有確鑿的根據；流程上的閉鎖管理使得操作票的制定與執行更加安全。

智能防誤操作票系統是一個現代化電網管理不可或缺的信息技術支持系統，它能夠有效防止運行電氣設備誤操作，杜絕人身和重大設備事故，減少調度員的工作壓力和工作量，對提高調度管理的安全性、規范性和可靠性具有十分重要的意義。

[1] 羅勁(Luo Jin).基于統一平臺技術的智能操作票系統的應用(Application of intelligent operation order sheet system based on unified platform technology)[J].四川電力技術(Sichuan Electric Power Technology), 2008, 31(2):28-29,71.

[2] 趙玉成(Zhao Yucheng). 智能操作票系統研究與開發(Research and Development of Intelligent Operational Order Generation System)[D].北京：華北電力大學電氣與電子工程學院(Beijing：School of Electrical and Electronic Engineering of North China Electric Power University)，2008.

[3] 陸蕓,裴雯,陸杏全(Lu Yun,Pei Wen,Lu Xingquan).智能化檢修票和操作票系統的實時數據庫設計(Design of real-time database for intelligent maintenance and switching scheduling system)[J].電力系統自動化(Automation of Electric Power Systems)，2005，29(13):84-86.

[4] 于輝，韓肖清(Yu Hui,Han Xiaoqing).電力系統網絡拓撲分層方法的研究(Research on topology hierarchical approach for power system)[J].機械管理開發(Mechanical Management and Development)，2005,(3):82-83.

[5] 許先鋒,龔成明,杜紅衛,等(Xu Xianfeng,Gong Chengming,Du Hongwei,etal).EMS中系統拓撲五防的設計和實現(Plan and realization of mis-operation prevention based on topology in energy management system)[J].電網技術(Power System Technology),2006,30(S):76-79.

[6] 何樺，柴京慧，許文慶，等(He Hua，Chai Jinghui，Xu Wenqing，etal).繼電保護數據庫的統一建模新方法(New integrated protection modeling design method for database in the energy management system)[J].電力系統自動化(Automation of Electric Power Systems),2006，30(18): 66-69,93.

[7] 周明,林靜懷,楊桂鐘,等(Zhou Ming,Lin Jinghuai, Yang Guizhong,etal).新型智能電網調度操作票自動生成與管理系統(New-type intelligent dispatching operation order system)[J].電力系統自動化(Automation of Electric Power Systems), 2004, 28(11):71-74 .

[8] 黎靜華,栗然(Li Jinghua,Li Ran). 基于多Agent的倒閘操作票生成系統 (System of making switching operation sheet based on multi-agent system)[J]. 電力系統及其自動化學報(Proceedings of the CSU-EPSA),2005,17(6):17-21.

IntelligentAnti-misoperationOperationTicketSystemConsiderSecondaryDevice

YE Lei， YIN Zi-li

(Fujian Province Electric Power Company Limite Dispatching and Communication Center, Fuzhou 350000, China)

Traditional anti-misoperation operation ticket system is not involved secondary protection device modeling, and therefore does not reflect protection effect of secondary equipments. An intelligent anti-misoperation operation ticket system of primary equipment and secondary equipments modeling was proposed in the paper. Methods, such as protection modeling，role base management，closed-loop management between operation ticket and maintenance ticket were used. The function of integration topology analysis, operation ticket generation according to intelligent reasoning and maintenance ticket improves intelligent level of the proposed intelligent anti-misoperation operation ticket system. Fujian Electric Power Company's application of the system has proven its effectiveness.

anti-misoperation operation ticket system； primary and secondary equipments of power system； protection modeling of power system； intelligent reasoning； closed-loop management

2011-07-08；

2011-10-12

TM734； TP319

A

1003-8930(2011)06-0145-05

葉 雷(1980-)，男，本科，工程師，主要從事電力調度運行工作。Email:yelei800829@163.com 殷自力(1982-)，男，碩士，工程師，主要從事電力系統經濟調度等工作。Email:eagleangel@126.com