基于拓撲防誤模型及物聯網技術的新型倒閘操作防誤系統研究與應用

趙景霖，朱惠，陳寧，張紳

（國網上海市電力公司超高壓分公司，上海 201204 ）

國內微機防誤系統能較好的滿足國內變電站防誤操作的需求，多用離線式、邏輯公式，不能實時對位，無智能拓撲運算功能。現有實時防誤、拓撲防誤等技術，功能單一，不能對“運檢一體化”運行模式提供足夠的技術支撐。將無線通信、網絡拓撲等多項技術與現有微機防誤系統融合，實現變電站防誤操作實時判斷、實時操作監控、拓撲防誤判斷等功能，保障人身、設備、電網安全。

1 新型防誤系統的應用技術

新型防誤系統主要應用的技術是拓撲防誤技術和電力系統物聯技術。

1.1 拓撲防誤技術

拓撲防誤是利用設備拓撲連接關系自動實現防誤邏輯校驗的技術。網絡拓撲防誤系統是基于IEC61970標準，以電網通用模型描述CIM/E規范和電力系統圖形描述規范為基礎。通過對調度電網模型的動態、靜態分析，建立網絡拓撲防誤模型。再根據電網運行規范如：《安規》要求、電力系統本體知識、設備自身狀態及屬性、電網自身的特殊結構、特殊接線形式的要求、特殊運行方式的要求、專家經驗總結等，建立拓撲防誤規則庫。網絡拓撲防誤建模是對電網CIM模型進行二次建模，通過對其動態的解構、篩選和靜態的擴充計算，最終匯總形成網絡拓撲防誤校核使用的模型。

當變電站倒閘操作時，網絡拓撲防誤系統會根據被操作設備的網絡拓撲防誤模型及適配的拓撲規則對操作設備進行自動校驗，從而實現防誤功能，杜絕操作中的安全隱患。

1.2 電力系統物聯技術

有效整合通信基礎設施資源和電力系統基礎設施資源，提高電力系統信息化水平，改善電力系統現有基礎設施利用效率，為電網發、輸、變、配、用電等環節提供重要技術支撐。本文由一種基于Zigbee技術的無線通信網絡實現局部的物聯，是微功耗小功率的無線數字通信網絡，其使用的無線頻段為2.4GHZ公共頻段，其網絡結構具有自動組成網絡和自我修復功能，其每個節點輸出功率只有1MW。該網絡主要由無線路由器以及協調器組成。網絡覆蓋的范圍可通過配置無線路由器數量和安裝位置來控制。因此該無線網絡信號對變電站設備干擾影響非常低，符合常規變電站的相關安全要求，同時會根據協議算法匹配最合適路由，選擇更合適的傳輸通道，以使網絡更為穩定。此網絡也是本期項目的關鍵。

現場根據協議算法匹配最合適路由，選擇更合適的傳輸通道，使網絡更穩定。在一些信號盲區（即UT-NET設備信號無法覆蓋的區域，比如屏蔽效果很強的房間，這時無線信號無法從一個房間穿透到另外一個房間），信號覆蓋可采用一些擴展設備進行。擴展設備包括同軸射頻電纜、轉接頭、轉接線、功分器、耦合器等。在所有設備區信號達到標準要求的情況下組網所用的路由器個數越少越好。這樣可以減少工程施工、調試和維護成本，同時減少了設備間通信時延，使通信更可靠。

2 新型防誤系統的實際應用

2.1 某變電站新型防誤系統介紹

基于拓撲防誤模型及物聯網技術的新型防誤系統采用珠海優特拓撲防誤型JOYO-B4防誤系統，在原五防系統配置不變的前提下，在五防交換機中擴展一套具有拓撲防誤模型功能的JOYO-B4防誤主機（帶無線功能的鑰匙底座及五防鑰匙），布置如圖1所示；同時在五防交換機通過遙控閉鎖屏內新增的網絡控制器（Zigbee技術的無線通信網絡主路由器）鏈接無線路由器向外布置MESH網絡，以便覆蓋需要實現實時防誤的電器設備，網絡控制器布置如圖2所示，網絡協調器、無線路由器均放置在遙控閉鎖屏屏頂，如圖3、4所示。

圖1 某變電站新型防誤系統布置圖

圖2 網絡控制器

圖3 UT-NET網絡協調器

物聯技術中無線通信的關鍵是五防鑰匙通訊模式設置為UT-NET，來實現實時對位功能，如圖5所示。

圖4 UT-NET無線路由器

圖5 五防鑰匙通訊模式設置

2.2 某變電站新型防誤系統應用

在帶有拓撲防誤的防誤主機上進行模擬操作，防誤系統會根據所操作的設備自動匹配數據庫中的防誤邏輯以實現防誤功能，進行防誤操作票傳輸，因五防鑰匙帶有無線傳輸功能，只要在Zigbee無線通信網絡覆蓋范圍均可以實現無線傳票。

在變電站倒閘操作時實時根據設備狀態進行防誤閉鎖，如圖6所示在接地閘刀一次實際狀態未合上的狀態下無線五防鑰匙無法進入到下一步操作任務（打開35kV備14開關小車下后柜門），在實際狀態變位之前無線五防鑰匙會顯示“等待操作結果，等待中...”直至設備狀態與五防操作任務一致位置，方會進入下一步操作任務，以此實現通過拓撲防誤模型及物聯網技術實現的實時防誤閉鎖功能。

圖6 打開小車下后柜門的操作

2.3 與早期五防系統的區別

（1）可實時刷新設備狀態，在無線網絡覆蓋范圍內可實時刷新已模擬設備的狀態，支持防止走“空程序”的閉鎖方式，提高防誤操作等級。（2）目前廣泛使用的防誤系統為離線系統，操作正確與否的判據為電腦鑰匙邏輯記憶順序，操作結束后再由電腦鑰匙一次性回傳五防系統，無法實時判斷防誤邏輯使用物聯網技術后五防鑰匙借助物聯網技術實時與五防系統進行交互，每一個操作步驟均與五防系統與自動化遙信位置進行實時判斷，從而實現在線實時防誤，以杜絕由于設備瞬時變為或設備實際不到位所發生的誤操作事件。（3）由于回路設備防誤邏輯是利用設備拓撲連接關系實現的，所以僅需在設備投運初期對拓撲防誤系統邏輯進行校對，后期技改、翻倉、擴倉均無需對邏輯進行驗證，只需簡單核對拓撲防誤系統配置即可，可以減少人為編寫程序帶來的邏輯錯誤，同時也能節省因驗收五防邏輯所帶來的人力成本，提升工作效率。（4）五防遙控鑰匙可以實現網絡覆蓋范圍內無線傳票、接票，為后續功能擴展及更多應用增加留出空間。（5）根據電網運行規范與調度運行知識建立的拓撲防誤規則庫可以將更多的操作規范在拓撲防誤閉鎖予以實現，例如，220kV變壓器從高壓側充電時,其中性點的接地隔離開關必需合、母線無壓變運行時不能投線路（遇上以上情況系統可以配置三種方式禁止操作，警告，不提示）。

3 新型防誤系統在實際應用中的成果

（1）可以防止因檢查不到位（實際位置不到位，自動化非法位置因人員檢查不到位，繼續操作，合上開關后發現自動化位置不正確，實時對位后因自動化位置非法從而五防無法繼續操作，無法進入到合開關指令，需檢查實際位置與自動化位置）。

（2）就地操作小車、閘刀當發生變位后現場檢查機械位置及現場各項指示均正確若發生副接點不到位或者小車機械位置不到位，現場變為自動化未變位，還需至現場重新調整閘刀或者小車位置。當實現物聯后五防鑰匙再未獲取自動化變為情況下不會出現下一步解鎖命令，從而可以判斷自動化未到位，可以直接調整設備位置至五防鑰匙出現下一步命令，從而判斷自動化位置已正確，從而提高運維人員倒閘操作效率。由于接入了無線局域網實現了設備之間的物聯往后未來可以有更多的應用得到實施。

（3）實現物聯技術之后早期需要布線以達到傳輸位置功能的設備（壓板監控系統等）可以實現無線傳輸，只需在籌建時布置無線網絡和通訊設備，通過無線網絡進行傳輸，無需在后期在運行設備及電纜溝內進行走線，穿孔，布線等工作，因此可以縮減后期加裝防誤設備的成本及增加運行管控的人力成本，從而可以杜絕在運行設備中施工所帶來的安全隱患。

（4）接入更多設備實現萬物互聯。①已知目前已有接地線管理及壓板投退管理系統，五防系統實現物聯技術之后可以將以上兩個系統接入五防防誤軟件實現離線設備與二次設備納入五防管理邏輯從而使五防防誤范圍擴大化。②升級五防鎖具通過無線網絡與五防系統實現通訊，實時監控現場五防鎖具狀態，提高安全管控。③無線鑰匙向集控站延伸，可以通過集控站五防系統實時監控操作過程與進度，重大操作實現中心站遠程到崗到位。

4 結語

本文提出了一種基于拓撲防誤模型及物聯網技術的新型防誤系統，應用該系統后，倒閘操作過程中的各種設備狀態均不再依賴系統記憶，模擬預演的正確性與可靠性得到了極大的保障，在倒閘操作的過程中，現場操作人員手持的電腦鑰匙與微機五防上位機之間還可以借助與系統的無線通訊網絡實時交互，每一個操作步驟均可有上位機根據當前全站設備的實時狀態以及變位情況進行實時防誤判斷，達到了操作任務的執行與防誤判斷同步進行，極大地提高操作任務執行過程中的安全性，也從根本上杜絕由于微機五防操作過程中的無實時判斷而引起的人為誤操作事故。