電力調控物聯網集中遙控操作智能防誤系統設計及應用

裴東鋒，卜明新，周寶玉，朱姜峰

(國網河北省電力有限公司邯鄲供電分公司，河北 邯鄲 056002)

電網集中調控模式下，遠方遙控操作已成為主要的倒閘操作模式。為保證安全開展，國網公司頒布系列規程文件，明確規定調控中心遠方操作應具有完善的防誤閉鎖措施和可靠的設備狀態確認方式[1]。目前，國內外電力調度機構大多應用OPEN3000、D5000等自動化系統來完成遠方遙控操作，但主站防誤閉鎖功能基本缺失。同時，站端傳統防誤系統無法自動實時校核遠方遙控操作。因此，遙控過程中任一步驟出現錯誤都有可能導致誤操作事件的發生，危及電網安全穩定運行。因此，有必要研發和應用智能防誤閉鎖功能，提升遠方遙控操作技術水平，改進遙控操作安全管控模式，切實提升電網倒閘操作效率和安全穩定水平。

1 總體功能設計

集中遙控操作智能防誤閉鎖系統基于電網接線模型分析和防誤規則框架自定義技術研發，利用安全隔離技術實現管理信息大區(Ⅲ區)的智能防誤操作票系統和生產控制大區(Ⅰ區)的智能電網調度控制系統(D5000系統)間的數據交互。其中智能防誤操作票系統包括調度指令票和監控操作票2個系統。總體架構如圖1所示。

該系統構建了遙控操作專項路徑和專門界面，實現了調度指令智能解析、遙控項目安全校驗、操作過程實時監控、控制結果自動研判，技術應用設計流程如圖2所示。

圖1 集中遙控操作智能防誤閉鎖技術總體架構

圖2 集中遙控操作智能防誤閉鎖技術應用設計

a.調度員下達指令后，將在Ⅲ區依據調度指令自動解析的監控操作票，傳送至I區EMS系統，經一致性校驗、防誤安全校驗、模擬預演通過后，才開放相應設備遙控權限，自動調閱相關設備畫面。

b.遙控操作過程中，對每臺受控設備進行實時安全校核。校核正確，逐設備開放遙控權限，上一設備操作到位，下一設備遙控權限方可開放，其中任一臺設備操作不到位，則中止操作。校核錯誤，閉鎖遙控權限，禁止執行。

c.遙控操作完畢，自動報告執行結果，并將控制信息返回給監控操作票和調度指令票系統，相關設備恢復閉鎖狀態。

2 核心技術的實現

2.1 一致性校驗

應用該系統執行遙控操作時，需要在處于Ⅰ區的調度指令票、監控操作票和處于Ⅲ區的D5000系統之間進行數據交互，必須保證各環節、各系統間接收和讀取信息的一致性，才能保證操作執行正確，因此需要對控制對象進行一致性校驗，只有控制對象的廠站名、設備名、設備ID和現有D5000系統中完全一致，控制請求命令才有效，否則直接返回錯誤信息，禁止控制。

2.1.1 下發操作指令語義識別規范

約定監控操作票格式，通過Ⅰ/Ⅲ區數據交互，將票面列出的操作設備信息對應到EMS系統的數據庫生成控制文件。

2.1.2 控制結果反饋語義識別規范

遙控操作全部執行完成后，將每臺設備遙控操作結果反饋給智能防誤操作票系統，對于控制失敗設備需要返回具體錯誤信息。

一致性校驗功能由服務程序負責完成，服務程序布置在固定服務器，輪詢固定文件夾，獲取由Ⅲ區上送的文件，以設備ID為索引獲取廠站ID、廠站中文名和設備中文名，進行校驗。

2.2 安全防誤校驗

變電站集中監控的范圍，從幾個變電站擴大到一個地區變電站群的集中監控，操作范圍從分站操作擴大到分區操作[2]，客觀上要求完善集中監控功能，具備遠方操作模擬預演、拓撲防誤校核等手段，確保操作指令傳輸各環節安全、準確、可靠，嚴防遙控誤操作[3]。應用該系統后，校核結果正確后，開放遙控權限，允許執行遙控操作。校核結果錯誤時，閉鎖遙控權限，禁止執行遙控操作。防誤校核內容包括“遙控前設備是否允許進行遙控操作”和“遙控后設備是否遙控操作到位”，校核邏輯綜合判定反映電網運行現狀實時信息設備遙信位置、遙測值(有功功率、無功功率、電流、電壓)等加以實現[4]，相關校核邏輯策略可結合實際電網接線情況進行逐站、逐設備自定義維護。

下面以110 k V電壓等級電網設備接線為例，介紹拓撲防誤規則如下:啟動某一斷路器的遙控操作后，系統自動執行拓撲防誤功能，以該斷路器兩側為起點，開始逐元件搜索斷路器兩側連接范圍內電氣設備運行情況，搜索至邊界設備時停止，并依據搜索情況判定斷路器遙控條件。根據地區電網的調度管轄范圍和設備接線特性將電氣設備斷開點、變壓器110 k V主進斷路器、220 k V變電站的110 k V母線定義為搜索邊界設備，將220 k V變電站的110 k V母線定義為電源點。

2.2.1 斷路器遙控前防誤校核

2.2.1.1 斷路器遙控合閘條件判別

對于空載和非空載線路，斷路器遙控合閘后的位置判定條件是不同的，因此斷路器合閘前，首先對斷路器電壓遙測值U i進行判斷，若|U i|＜1，判斷該線路斷路器合閘后為空載線路；若|U i|＞1，則該線路斷路器合上后非空載線路。執行完畢該判定之后，系統再檢驗斷路器是否滿足遙控合閘條件，具體如下。

遙控合閘條件判別:擬遙控斷路器的拓撲防誤搜索范圍內接地隔離開關均在斷位(無接地線)，無禁止合閘類標識牌時，系統允許遙合斷路器，否則系統會發出禁止合閘信息，并提示告警原因。說明:斷路器遙控合閘時，系統判斷各設備位置時只采該設備的遙信信息，設備合位為1，設備分位為0。

對于變電站斷路器Kzi，將它的第j條完整連通回路標記為LZij，則該回路的狀態判斷為:

式中:Fzi為斷路器遙合判定結果；Dij表示搜索范圍內地線(接地開關)情況，該回路無接地線或者接地開關均在分位時Dij=0，否則Dij=1；Eij表示搜索范圍內掛牌情況，該回路無禁止合閘類標識牌時Eij=0，否則Eij=1。因此，斷路器允許遙控合閘校核條件為:Fzj=0。

2.2.1.2 斷路器遙控分閘條件判別

斷路器遙控分閘前，系統先根據斷路器電流遙測值Ii判定是否為空載線路，若|Ii|＜10，判斷該線路為空載線路，若|Ii|＞10，則判斷該線路非空載線路。執行完畢該判定之后，系統再檢驗斷路器是否滿足遙控分閘條件。

遙控分閘條件判別:判斷為空載線路時斷路器可直接遙控分閘；非空載線路斷路器分閘后需保證斷路器兩側均不會造成設備停電，對擬遙控非空載斷路器進行拓撲防誤搜索，斷路器兩側均存在220 k V變電站的110 k V母線作為搜索邊界時，系統允許遙分斷路器，否則系統發出禁止分閘信息，并提示告警原因。

非空載線路斷路器遙控分閘時，系統判斷各斷路器位置時綜合遙信和遙測信息，滿足Zi=W∩(CP∪CQ)∩CI=1的條件時，判定斷路器在合位，否則Zi=0時，判定斷路器在分位；系統判斷各隔離開關位置時只采該隔離開關的遙信信息，設備合位為1，設備分位為0。

2.2.2 斷路器遙控后防誤校核

2.2.2.1 斷路器遙控合閘到位校核

系統對斷路器遙控執行結果進行校核，合閘到位判斷條件為Zi=1。

對空載斷路器，校核條件為斷路器合位和電壓遙測值正常，即:

對非空載斷路器，校核條件為斷路器合位、電流和有功無功遙測值正常，即:

2.2.2.2 斷路器遙控分閘到位校核

斷路器遙控分閘后，系統會對執行結果進行校核，分閘到位判斷條件為Zi=0。

對空載斷路器，校核條件為斷路器分位和電壓遙測值為0，即:

對非空載斷路器，校核條件為斷路器分位、電流和有功無功遙測值為0，即:

上述各式中:Zi為斷路器位置的真值判斷；W為Ki斷路器的位置，合位取1，分位取0；CU為Ki斷路器電壓Ui是否有值的判斷，若|Ui|＞1，則CU=1，否則CU=0；CP為Ki斷路器無功Pi是否有值的判斷，若|Pi|＞1，則CP=1，否則CP=0；CQ為Ki斷路器有功Qi是否有值的判斷，若|Qi|＞1，則CQ=1，否則CQ=0；CI為Ki斷路器電流Ii是否有值的判斷，若|Ii|＞10，則CI=1，否則CI=0。根據理論計算和實際統計，Ui的臨界值取1 k V，Pi和Qi的臨界值分別取1 MW和1 Mvar，Ii的臨界值取10 A。

2.3 遙控智能執行

服務端程序讀取控制文件，經校驗通過后，將設備ID、當前狀態、控制目標結果等通過消息發送各客戶端程序，客戶端所在的工作站通過配置文件的方式讀取。客戶端所在的工作站收到消息后D5000系統自動彈出遙控操作執行界面，在畫面最上層顯示，并根據智能防誤操作票系統發送的控制序列請求信息，將需要控制的設備對象及其控制狀態，按照操作步驟和順序成列表形式在執行界面上半部分顯示，將當前準備執行或正在執行的畫面自動調出，在遙控執行界面下半部分顯示。該界面下具備“單步”和“連續”2種操作模式，操作人員可根據需要靈活選擇應用。

選擇“單步”模式執行遙控操作時，操作人先點擊“遙控預置”按鈕，輸入用戶名和密碼后，將遙控請求發送至另一臺D5000監控機，監護人核對內容無誤輸入用戶名和密碼后監護通過，操作人點擊“遙控執行”按鈕即可啟動遙控操作。同一操作任務包括多臺設備時，在一臺設備執行完畢之后，點擊“下一個”按鈕，即可按順序啟動下一設備遙控操作，無需操作人和監護人重復輸入用戶名和密碼，即一項遙控操作任務包含多臺設備時，只需輸入一次口令，遙控過程中只需進行簡單人工干預操作。

選擇“連續”模式執行遙控操作時，操作人和監護人分別輸入用戶名和密碼，點擊“遙控執行”按鈕啟動遙控操作后，無需再進行人工干預操作，即可將全部設備遙控執行完畢，即一項遙控操作任務，只需輸入一次口令，遙控過程中無需進行人工干預操作。

遙控過程中，系統檢測到某一步驟操作不到位時，不允許執行下一設備遙控操作，“下一步”按鈕呈灰色不可選擇執行的狀態，此時允許監護人點擊“遙控預置”按鈕重新啟動一次當前設備的遙控操作。若當前設備確實無法執行遙控操作時，點擊“遙控取消”即可結束本次遙控操作任務。

3 案例應用分析

在圖3運行方式下，110 k V黃明變電站采用單母分段接線方式，由110 k V肖黃線供全站負荷，110柏黃線充電備用，對黃明變電站肖黃線151斷路器遙控分閘時，啟動151斷路器的遙控操作后，系統自動執行拓撲防誤功能，以151斷路器兩側為起點，開始逐元件搜索斷路器兩側連接范圍內電氣設備運行情況，151-5隔離開關側搜索至肖城站110 k V 2號母線時停止。151-1隔離開關側搜索至黃明變電站2號主變圧器、1號主變圧器、152斷路器時停止。

圖3 典型電網運行方式

此時，因151-1隔離開關側未搜索到電源點，遙控分閘黃明變電站肖黃線151斷路器后會造成黃明變電站110 k V 1號母線、2號母線、1號主變圧器、2號主變圧器停電，則禁止遙控分閘黃明變電站151斷路器，并進行告警提示。

4 應用效果分析

目前，智能防誤閉鎖系統已廣泛應用于電網系統倒方式、線路停送電等操作任務。截至2019年8月31日，已執行調度指令3 561項，監控操作票4 903張，正確率均達到100%。

a.有效解決無約束式遙控功能安全隱患。該系統具備完善的遙控權限管理機制和遙控操作防誤閉鎖技術，能夠安全可靠的實現調度指令票、遙控操作票、遙控執行的人機聯合安全把關，強制性的實現了“調度指令票內容”-“監控操作票內容”-“實際遙控設備”三者的一致性，實現“調度下令”-“監控接令”-“遙控執行”的全過程安全管控，完全杜絕了遙控操作誤填票、誤選擇、誤執行的安全隱患，確保遠方遙控操作的安全性和正確性。

b.大幅提升遙控操作效率。能夠自動識別和解析調度指令，自動生成監控操作票和D5000系統識別的程序，無需人工填寫遙控操作票。操作過程中操作人和監護人只需分別輸入1次口令，即可完成多臺設備的遠方遙控操作，倒閘操作效率大幅提升。

5 結束語

為有效防止遙控誤操作的發生，通過闡述泛在電力物聯網背景下，應用基于電網接線模型分析和防誤規則框架的智能防誤閉鎖技術實現物物互聯，為遠方遙控操作安全開展提供了一種解決思路和技術方案，不僅通過遙控操作權限管理和安全防誤校核，確保了遠方遙控操作的正確性和安全性，而且通過對調度下令到遙控操作整個過程的閉環管理和自動化技術應用，大幅提高了遙控操作效率。