主站式一体化综合防误解决方案

    1.概述

    电网规模不断扩大，各级电网调度所管辖的变电站越来越多，其工作的强度也越来越大，导致电力生产过程中的安全问题日益突出。而随着调控一体管理模式的逐步推行，各级电力生产从管理到运行都在向一体化方向发展，电力系统的操作也应面向全网进行安全约束分析，防止诸如对侧接地本侧送电的误操作，单一变电站的五防系统显然无法满足当前的电力安全生产运行的需要。而且电力生产的防误手段应深入电力生产的各个层面：调度层、集控层、变电站层等。每个层面都需要统一的防误技术和手段，并且对于各个层面需要建立协调机制，上层能对下层进行在线监管，下层能对上层实时反馈，特别是一些标识牌、地线等离线信息的反馈，从而防止诸如：误听调度令、不按调度令执行等上下级沟通协调上出现的电力恶性事故。

    本文将介绍面向电力生产一体化的综合防误解决方案，在此方案中，电力生产的各个层面将具备一体化的智能防误分析模型，并建立各个层面的协调机制，全面的提升电力生产的安全性。

    2.各层面的防误解决方案

    地区级的电力生产主要有三个层面：调度层、集控层和变电站层，在此方案中，分别构建面向三个层面的防误分析系统，从而提高各个层面的电力生产的安全性。

    如上图所示，在调度层构建调度指挥下令系统，来约束调度员的拟令、下令过程，减少调度员在进行调度生产时的人为失误，提高调度层面的电力生产的安全性。

    在集控层构建遥控操作安全约束系统，基于实际电网模型和实时数据的基础之上，对遥控操作进行校验和控制。在充分共享SCADA系统实时数据的基础之上，将操作票智能生成系统、操作流程控制系统和智能约束系统有机结合起来，为遥控操作人员提供一个操作简单、易于维护、功能齐全的操作防误工具，对电网操作进行预先计算控制，最终形成合理安全的操作规则。

    针对变电站后台操作，此方案中构建了变电站后台操作安全约束系统，除了利用实际的变电站模型和实时数据以外，还将通过调度层实时获取变电站边界电网特征，以达到对变电站后台操作进行全网实时在线防误分析的目的，使变电站后台操作的防误分析由面向单间隔、单变电站上升到面向全网，使防误分析更加的准确可靠，进一步提高了变电站后台操作的安全性。

    针对变电站的就地操作，此方案以无线网络为基础，用移动智能终端（PDA）作为终端节点，使安全防误分析无处不在，操作人员可随时随地的共享到面向全网在线安全防误分析服务；同时采用无线射频（RFID）技术智能识别设备，防止误入操作间隔、跨步操作等误操作的发生，使靠近设备的操作愈发的安全。

    3.一体化的电力操作协调机制

    此方案中，首先在电力生产的各个层面上提高电力生产的安全性，同时各个层面也需要建立协调机制。在目前调控一体的管理模式下，对于调度和集控，可利用局域网进行调度指令和实际操作的交互；对于调度和变电站，可以构建合适的专用网络进行调度指令和实际操作的交互。在这两方面，都可通过调度指令锁定需操作的设备，避免操作错误，并通过实际操作的回令操作，确定哪些设备操作完成，从而弥补各个电力生产环节中的协调问题，从整体上提高电力生产的安全性。

    3.1 网络架构

    本防误解决方案涉及了三个电力生产层面，其中调度层需要将指令下发到集控层、变电站层，因此需要在调度指挥下令系统和遥控操作安全约束系统、变电站后台操作安全约束系统之间分别构建专用网络。由于目前正逐步推行调控一体的管理模式，调度层和集控层在同一个局域网内，也就是说调度指挥下令系统与遥控操作安全约束系统之间无需再构建专用的网络。

    如上图所示，调度下令指挥服务可通过DTU（数据传输单元）与变电站后台操作安全约束服务进行通信，通过局内的专网与集控层的遥控操作安全约束服务进行数据交互。变电站的后台操作安全约束服务与移动智能终端之间通过变电站内的无线局域网进行通信。

    3.2.各层面的数据交互

    从电力操作的角度来说，调度下令、集控的遥控操作、变电站的后台操作、变电站的就地操作都是其中的一个环节，构建一个整体的综合防误体系时，不能当做孤立的环节进行处理，需要考虑其相互之间的联系和相应的数据流转。

    如上图所示，

    调度层的调度指挥下令服务与集控层的遥控安全约束服务之间交互的数据如下：

    1.调度指挥下令服务将下达的调度指令数据传送到集控层的遥控安全约束服务，集控的遥控安全约束服务自动解析该指令，集控进行遥控操作时，只能按照解析该指令后的实际操作步骤执行，从而防止了遥控时误选操作设备、跨步操作等误操作的发生，同时解决了调度员电话下错令、集控操作人员听错令、集控操作人员不按照调度令执行的问题；

    2.集控层的遥控安全约束服务直接把操作结果发送给调度指挥下令服务，使调度人员掌握准确的集控层操作信息，如：操作结束时间、操作人等信息。这样，调度人员记录的信息和集控操作人员记录的信息能保持一致，避免管理上的混乱。调度层的调度指挥下令服务与变电站层的后台操作安全约束服务之间交互的数据如下；

    3.调度指挥下令服务将下达的调度指令数据传送到变电站层的后台操作安全约束服务，变电站后台操作安全约束服务自动解析调度令，变电站后台操作时将只能按照解析调度令后的实际操作步骤执行，从而防止了后台操作时误选操作设备、跨步操作的发生，同时解决了调度员电话下错令、变电站后台操作人员听错令、变电站后台操作人员不按照调度令执行的问题；

    4.调度指挥下令服务将变电站的外网特征发送给变电站层的后台操作安全约束服务，使变电站后台操作安全约束服务的分析具备全网的分析特征，有效的防止如倒电源误停电、误停站外的一级、二级负荷、对侧线路接地本侧送电等恶性事故的发生，从而将针对间隔、变电站的防误上升到针对全网的防误分析。

    5.变电站后台操作安全约束服务将直接把操作结果发送给调度指挥下令服务，使得调度人员掌握准确的变电站后台操作信息，如操作结束时间、操作人等信息，使得调度人员记录的信息和变电站后台操作人员记录的相关信息能完全一致，避免管理上的混乱。

    由于PDA和变电站后台操作安全约束服务之间构成了局域网，相当于PDA是变电站后台操作安全约束服务的一个客户端，它将共享变电站后台操作安全约束服务的所有数据，同时PDA将现场挂接地线、标识牌等信息通过无线局域网传送到变电站后台操作安全约束服务上，进一步转发至调度，实现离线信息的在线同步，并以此作为分析校验的一个基础信息，为实现地线、标识牌的在线管理提供了可能。

    4．关键技术

    4.1.一体化的图模

    一体化的图模是一体化综合防误解决方案的基础，以IEC61970为基础，而IEC 61970系列标准的意义在于：

    （1）便于来自不同厂家的EMS系统内部各应用的集成；

    （2）便于EMS系统与调度中心内部其它系统的互联；

    （3）便于不同调度中心EMS系统之间的模型交换。

    本体系中的一体化图模除以IEC61970为基础外，还具备如下特征：

    1.包容性：满足多个不同的应用，如SCADA、高层应用、调度下令等；

    2.准确性：具备准确的数据参数和拓扑连接关系、名称、编号等；

    3.统一性：在各个层面的防误分析中，都将利用同一个电网模型，保证其防误分析的一体化；

    4.差异性：主要是应用上的差异性，各个不同的应用对于电网模型的应用有交集也有差异。

    4.2.一体化通用智能防误

    一体化通用智能分析型防误是一体化安全生产的核心，在各个层面的电力生产中，它都将得到统一的应用。它建立在基于IEC61970标准的电网拓扑模型基础之上，模拟人脑的思维和分析过程（即：获取知识过程——辨识过程——推理过程——判别过程），因此智能分析型防误和常规的逻辑规则式型防误完全不同，并不是针对每个变电站中的每个设备定义防误逻辑规则式，而是在建立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。

其包含的功能主要分为几个层面的防误：

    （1）本体状态防误

    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，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）。

    （2）关系状态型防误

    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）综合分析型防误

    除了五防规定的五种情况外，应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、设备和人身安全有很大的危害。它是基于全网分析下的防误类型。

    （4）操作流程型防误

    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，因此可通过实时数据进行操作步骤是否完成的校验。

同时，含涵盖了在操作过程中，由于某些不确定因素（例如：开关误动）而产生的电网状态的变化而对原本是非误操作和变为误操作的操作步骤进行闭锁。

    （5）管理规则和权限性防误

    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；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等等。

    一体化通用智能分析型防误，涵盖了多种层次的防误范畴，形成更为全面的防误策略，且不依赖于电网、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。

    5．总结

    一体化的综合防误解决方案在提高地区级电力生产安全性的同时，着重加强了各个层面之间的交互和协调，从整体上提高了电力生产的安全性。在此方案中，以一体化的图模为基础，将一体化的通用智能分析型防误手段贯穿于电力生产的各个环节，从而在降低了系统维护工作量的同时，提高了电力生产的效率和安全性。