调控/集控遥控操作安全约束系统

    1．前言

    在当前调控一体的模式下，变电运行管理模式的集约化和无人值守变电站的普遍化，推动了变电倒闸操作的远方控制，越来越多的操作将在调控中心的SCADA系统上直接通过遥控方式完成。为了防止误操作，电力生产部门制定了严格的调度规程和操作票管理制度，即便如此，在全国范围内每年仍然会发生多起误操作事故。因此，除了规章制度之外，还必须有先进、有效、实用的管理工具来加强电网的安全运行。同时，目前拟票、审票和执行只能依赖自身的经验来判断，缺乏一套可靠的系统来保驾护航。

    调控一体模式下的远方控制，面向的是整个电网。因此，针对于该模式下的防误范畴不仅仅是五防范围，而是整个电网。所以，除本站的防误外，还应避免出现诸如对侧接地本侧送电、倒换电源时对侧情况不清导致的误停电等电网层的防误，同时应与调度令结合起来，防止误接令导致误遥控的发生。

    针对这些问题，本公司开发了电力调度集控操作智能约束防误系统。本系统是基于实际电网模型和实时数据基础之上对遥控或指令下达过程进行安全防误分析的软件系统。在充分共享SCADA系统实时数据基础之上将接受调度指令、操作票智能生成、操作流程控制和智能约束有机结合起来，并能对基于IEC61970标准的电网模型和SVG图形的进行转换，为遥控操作人员提供一个操作简单、易于维护、功能齐全的针对遥控操作的智能辅助决策系统。

    2．系统构架

    2.1 系统软件结构

       如上图所示，该系统中的操作安全约束分析中心处理机，是整个实现约束操作的控制中心，SCADA系统在下发遥控命令前，要先通过约束中心处理机校验，校验通过后方能下发遥控。同时，在原SCADA电网模型描述库基础之上，增加了操作规则描述库和与操作票相关的术语和语句模型库以及操作票库，将操作票的生成和业务流程与实际遥控操作结合起来，操作票各步骤的操作设备同电网模型中的操作设备相对应，从而实现在有票操作下的操作票约束。而且在调控一体的模式下，操作约束中心处理机能接受调度下达的指令，从而根据调度下达的指令唯一锁定操作设备和操作类型，达到防止误接令的目的。

      系统由智能分析约束、模拟操作环境约束、智能操作指令票功能、自定义编辑器以及其它一些配置程序组成，用系统提供的软件，可以完成拟票、审票、模拟、操作下令校验，并能对操作票进行统计、查询等。

    2.2 系统硬件构架

  如上图所示，系统由一台服务器、一台工作站构成，系统处于SCADA系统的安全I区，其双网的结构也保证了系统运行的可靠性。

    3．系统主要应用功能

    3.1 基于IEC61970的电网模型和SVG图形的转化

    本系统能对基于IEC61970的电网模型和SVG图形进行转化，供本系统使用。在转化的过程中支持差异转化和完全导入两种模式，从而极大的降低了维护工作量，提高了本系统的实用性。

    3.2 系统应用环境的划分

    模拟环境：主要完成拟票、模拟操作或审核工作，该环境是脱离了采集量实时刷新的静态环境，可获取数据断面，也可进行运行方式调整，以方便操作者进行拟票、审核工作。

    实时操作环境：是实际下令操作的环境，数据随实时采集量刷新。变电操作规程中规定，一般计划性操作必须先拟定操作票，并按操作票进行操作，而针对单步骤操作或紧急事故处理时可不进行拟票即可操作。因此，在系统中设计如下工作模式。

    1.有票操作模式

    有票操作任务模式下，必须按照正在执行的操作票中的步骤和顺序进行操作，否则禁止操作。支持多个操作票同时进行。当然正在执行的操作票可以由本系统接受到调度正令后自动智能生成，提高了生成效率的同时，也防止出现未按调度指令执行的误操作的发生。

    2.无票操作模式；

   可赋予某人员权限，将系统切换到无票操作状态下进行。无票操作下，虽然没有票的约束，但同样有智能防误分析的约束，在紧急情况下，更应避免误操作，避免由于误操作而扩大事故的影响。

    3.3 自适应的智能防误分析

    自适应的智能防误分析建立在完善准确的电网模型之上，同时也是在通用性的专家知识库的基础之上，利用设备特征进行设备功能类型的辨识，利用采集量进行设备运行状态的智能辨识，在智能推理模型基础之上形成防误判断结论。不依赖于电网、接线形式或运行方式，维护人员不再为由于新增变电站、变电站扩容或变电站改造而为制定每个设备防误规则增加大量的工作量。

   3.3.1 面向全网的实时综合型分析防误功能

   除了五防规定的五种情况外，系统还能约束更多的危及电网安全的误操作，例如：误跨电压等级电磁环网、误使母线失压、误使变电站失压、误停保电设备、误解列、非同期合环、非同期并列等，这些误操作同样对电网、设备和人身安全存在很大的危害及安全隐患。它们都是基于全网分析下的利用实时数据的防误类型。

    3.3.2 本体状态防误功能

   主要是指操作设备本体处于某种状态而应禁止的操作，例如：设备处于停役状态、挂有禁止操作牌、本身就处于操作目的状态等等，同时可通过离线标志性设置，使设备处于限制操作或非限制操作的状态，例如：在做遥控实验时，我们可以给在权限允许下在该设备挂“试验”牌，表示该设备可不受约束的操作（即：非限制性操作）。

    3.3.3 关系状态型防误功能

   其解决的防误问题的范畴是指：对设备的操作是否是误操作，取决于其相关设备是否处于某种状态。例如：拉开隔离开关（刀闸）时，其被隔离的断路器必须处在分位；合隔离开关（刀闸）或断路器时，被隔离的设备或被断路的设备不能处于“接地”状态、“检修”状态、“故障”状态、“有人工作”状态等等。同时还包含边界性防误，由于建立电网模型是电网中的某个管辖范围，存在着建模边界，建模边界的对侧信息是未知的，因此是较容易出现误操作的可能，可通过提醒或对侧状态信息的确认达到防误的目的。

    3.3.4 操作过程防误功能

   在操作过程中违反操作流程，某项操作步骤没完成，而进行下一步操作，可通过实时数据进行操作步骤是否完成的校验，从而实现对跨步操作、操作已操作完成的设备、误选操作设备等误操作的情况。

    3.3.5 管理规则和权限性防误规则

    主要限制由于管理规定而禁止的操作行为。例如：不当值的人员，没有权限进行操作；操作人员非职权范围内的设备，无权进行操作；非调度下令的可操作设备无权进行操作等等。

    3.4 挂牌或挂地线等离线信息的防误分析

    标识牌主要起到视觉上的警示作用，但在防误分析中，不仅仅起到警示作用，还应起到记录和防误分析条件的作用。因此，挂牌操作必须纳入到防误分析中去，其中包括两方面的内容：

    1.挂、拆标识牌的防误，例如：设备非冷备用或安全隔离状态时禁止挂地线、挂检修牌或有人工作牌，设备挂有“有人工作牌”时禁止拆除地线等。

    2.由于标识牌的存在而禁止设备操作的防误，例如某设备（特别是T接线路），当设备某侧未安全隔离时的情况下就挂地线或合地刀；接地未拆除时，合刀闸或开关等误操作。

    3.5 操作管理安全性约束

    3.5.1 管理规则和权限性约束

    主要限制由于管理规定而禁止的操作行为，针对工作人员的岗位可赋予工作人员的不同权限，电网管辖范围等。例如：非当值的人员，没有权限进行操作；操作人员非职权范围内的设备，无权进行操作；操作需要有监护许可才能进行操作；非调度下令的可操作设备无权进行操作；当某个有权限的操作人员开始执行某操作票后，该操作票中的设备不再允许其他人操作等等。

    系统能自划分角色，并给不同角色赋予不同的权限，也可定义为防止特殊情况发生时应急使用的“超级权限”。

    3.5.2 交接班约束

   交接班代表着权限的移交，每次交接班必须至少有一正值和副值，只有当值人员才有操作权限。正值和副值分别赋予不同的权限，一般为正值有审核权限和监护权限，副值有操作权限。权限能根据要求进行定义。

    3.5.3 流程控制约束

   大多数的计划性操作，系统根据调度的预令，约束集控的拟票人员，只允许根据调度指令来拟票。当系统接到调度的正令后，系统将约束集控操作人员按照调度正令进行操作，否则将进行闭锁。

   在一般的操作票流程中，系统约束操作人员必须按照拟票、审票、执行的流程进行，对于已经终结的操作票，将加盖相应的电子章。在此流程过程中，拟票和审票不能是同一个人，而且在操作票的每一个流程阶段都进行相应的安全校核，确保操作的安全准确性。

    3.6 语音提醒防误

   防误校验结果均通过文字和TTS语音进行提示，语音是使人员被动接收信息的方式，操作人员和监护人员必须听，因此避免了习惯性“确认”和误看文字内容而造成的误操作。

    3.7 智能操作票子系统

   主要完成操作票的智能生成、校验和管理工作，即可单步操作生成操作步骤，也可在形成任务模型的基础之上，自动生成各操作步骤、操作术语和语句描述方式。可根据当地习惯和规定对各类模型进行定制，操作票编号可在编号规则的基础之上自动生成，可智能生成逐项令票和综合令票。

    3.8 遥控接口方案

   系统可同各个提供外部实时数据和遥控命令接口的SCADA厂家进行接口，接口方案如下：

    在SCADA的遥控选择对话框中，增加遥控校验开锁按钮，缺省情况下，开锁按钮有效，其它按钮无效。点击此按钮发送开锁命令到约束服务器，约束服务器返回校验结果。SCADA侧根据返回结果，决定是否可继续完成SCADA侧的遥控工作，可继续遥控时，遥控对话框其他相关按钮变为有效，方可进行SCADA遥控的流程。

    4．系统的扩展应用

    随着无线网络和手持移动智能终端（PDA）等技术的日益成熟，我们亦能将该系统进行扩展，使其对现场就地操作进行智能的安全约束。现场操作人员手持PDA进行就地操作时，PDA将通过无线网络与监控中心的操作智能约束防误系统的主服务器进行通讯，共享了远方服务器上的操作智能约束防误服务，使得现场操作的安全约束分析的基础从单一的变电站扩展到所管辖的电网，进一步提升了现场操作的安全性。

    5．总结

    随着调控一体的不断推行，远方操作将越来越多，本系统将有力地对远方操作进行安全约束分析，它以实时数据和准确的电网拓扑模型为基础，以自适应的智能防误分析为核心，结合调度指令辅以流程约束，对遥控操作进行准确全面的安全约束分析，从而提高电力生产的安全性，进一步加强了电网的稳定运行。