随着电网自动化水平的提高以及变电站无人值守深入开展, 中山供电局调度通信中心承担了越来越重要的角色, 原先在变电站端进行的许多操作任务逐步通过EMS系统远方操作实现, 目前的EMS系统虽具备远方遥控操作的功能, 但此操作仅依靠调度员或监控员的经验和责任心, 基本无附加安全约束条件, 存在误操作的隐患, 效率也不高。与此同时, 中山供电局也计划从原来对变电站断路器的遥控操作逐步扩展到对GIS变电站断路器、隔离刀闸、接地刀闸的远方电气操作。这对EMS系统提出了非常高的要求。为了解决这些难题, 中山供电局开发并应用了调度安全约束系统。
该系统共享EMS系统的图形、模型和实时信息, 建立起一个高效便捷的操作票平台, 为调度监控员提供一个智能、安全、可靠的操作防误手段, 提高了电网调度的自动化水平和工作效率。
1 调度安全约束系统设计结构
调度安全约束系统设计结构如图1所示。
从图1中可以看出, 本系统主要由以下几个功能模块组成。
(1) 安全校核。
安全校核包括SCADA实时状态下遥控五防校验和模拟环境下操作票的安全校核。安全校核贯穿于操作票和实际操作的整个生命周期。
(2) 操作票管理。
操作票管理模块主要有以下功能。
(1) 操作票的编辑。
包括操作票的新建、保存、打印、插入、删除、上移、下移、复制、粘贴、剪切等。
(2) 操作票流程管理。
包括操作票流程提交、流程回退、模拟预演、预发执行等。
(3) 操作票统计和查询。
(3) 智能开票。
(1) 支持多种开票方式:如智能多步开票、智能单步开票。
(2) 支持多种票类型:如一次票、二次票和描述票。
(3) 支持多种设备类型:如线路、变压器、开关、母线等。
(4) 支持综合令票和指令票。
(5) 支持图形开票和人工写票。即支持在线写票和离线写票。
(6) 支持典型票和历史票。
(4) 配置管理。
配置管理为用户提供灵活的、可视化的配置工具, 减少软件的二次开发工作量, 实现柔性化的软件架构, 提高软件通用性的需求, 是配置管理层的主要目标。该模块主要包括自由表单定制工具、规则库维护工具和流程权限配置管理工具。
2 调度安全约束系统的实现
2.1 安全校核的实现
2.1.1“五防”校核
“五防”是防止电力系统出现误操作的可靠保证。通常的“五防”是指防止电力系统倒闸操作中经常发生的五种误操作事故, 即误分合开关、带负荷拉合隔离开关、带地刀合隔离开关、带电合地刀 (挂接地线) 以及误入带电间隔。
本系统引入了系统拓扑五防, 将电网拓扑和“五防”规则结合起来实现设备间的操作闭锁。所谓系统拓扑五防, 主要是根据电气岛状态电气设备间的拓扑关系来实现设备操作的五防闭锁。它提取了根据“五防”要求的设备之间操作闭锁的基本规则, 通过拓扑搜索找出相互操作闭锁的设备, 不依赖于人工定义, 自动适应电气设备和电网拓扑结构的变化。
电力系统中的电气操作主要是开关、隔离开关和接地刀闸的操作, 因此“五防”也是针对这几种设备操作而言。
2.1.2 操作顺序校核
在监控员进行遥控操作时, 提供五防校核的防误操作约束机制, 同时提供操作顺序安全校核。遥控操作必须按照操作票的顺序进行遥控, 否则将提示用户, 彻底杜绝无票工作和误操作。
2.1.3 设备状态校核
实际操作前进行预演, 操作票中执行步骤的起始状态必须与当前设备的实际状态一致, 否则不能通过五防校核。
2.2 操作票管理的设计
系统提供丰富的编辑手段, 同时采用先进的痕迹保留技术记录下操作票修改的点点滴滴, 改变了过去人工编制操作票责任不能精确到人的问题。软件为加强操作票考核提供了手段, 从而进一步提高使用人员的责任心, 进而提升电网的安全运行水平。
系统主要提供以下编辑功能:自动弹图、保存、打印、插入、删除、移动、复制、粘贴、剪切、操作票编号管理、人工修改当前票的编号、设置系统的自动编号、操作步骤编号管理等。
2.3 智能开票的实现
该模块包括设备状态智能识别、操作步骤智能生成、自动模拟等。用户在图形上点选一个设备, 系统将自动识别设备的类型, 判断该设备的状态, 然后列出设备可以进行的操作列表。比如设备是运行状态, 则当前的任务就是:由运行转热备用, 由运行转冷备用等。用户选择一个任务后, 系统自动根据规则配置进行分解, 将一个操作任务分解成多个操作步骤, 并对操作步骤进行模拟。
智能图形开票的基本过程如图2所示。其中主要包括网络拓扑、设备状态分析、设备类型识别、规则匹配及解析处理、安全校核、操作模拟等过程。具体步骤如下。
(1) 首先打开图形浏览画面, 根据需要通过接口从EMS系统获取最新的电网模型、实时运行方式等信息, 形成开票环境。
(2) 用户点选设备后, 分析设备类型和设备状态, 并与规则库定义配合, 形成设备一次、二次操作及描述操作任务选项列表。
(3) 用户选择操作任务项, 根据规则库定义进行智能推理。
(4) 在推理过程中对每一步操作进行”五防”校核, 如果校核失败则提示用户, 根据失败原因由用户决定是否继续出票。
(5) 在推理过程中如果存在多种方案, 可以弹出对话框提示用户, 根据用户选择继续进行推理。
(6) 进行操作步骤解释, 形成基本的开关、刀闸、地刀和挂牌操作序列并在图形上模拟, 同时操作步骤在操作管理界面上显示保存;
(7) 转入步骤 (2) , 进行下一步的图形开票。
2.4 配置管理设计
2.4.1 自由表单定制
自由表单模板是指针对某一业务的表单样式, 在用户读取记录时用记录数据将表单模板实例化。通过此工具, 不同单位的维护人员可以根据本单位的业务需要绘制满足自己需要的业务表单, 定义数据库, 建立表单和数据库之间的关联关系, 设置单元格的显示方式。
利用表单模板定义工具, 操作票维护者可以灵活的绘制出自己的各种操作票面表单格式, 而无需修改任何程序。此外, 可以通过接口从外部系统中导入检修申请等信息, 通过表单定制检修申请的表单样式, 即可以在操作票系统中查看检修申请信息。
2.4.2 规则库定制
智能操作票规则库的设计是操作票系统的重点和难点, 也是智能操作票的核心。它不仅决定了一个操作票系统的智能性、通用性, 规则库的可维护性决定了操作票系统是否容易扩展, 以及应用成功。
要想做到操作票的智能性和通用性, 系统必须具备以下几个功能。
(1) 操作任务模型分析。开票人员将操作设备和操作任务提交给系统, 系统需要自动进行操作任务分析。
(2) 知识库定义。操作票系统的知识库定义包括操作术语定义、操作语义定义、操作任务定义和规则框架定义。操作术语定义就是将电气设备可以进行的操作进行的规范的文字表述, 比如运行转冷备用等。操作语义定义是一定格式的字符串, 用来定义操作步骤语句, 是操作步骤语句的组成要素, 在用户选择右键菜单的一个操作任务后, 将操作语义符用相应的信息加以替换, 即可以生成操作步骤语句。操作语义符的顺序、个数可以由用户自由组织。比如用
(3) 推理机。规则定义完毕后, 根据用户选择的操作任务进行遍历规则库进行推理, 最终生成操作票。
2.4.3 流程及权限定制
操作票的管理过程往往牵扯到多部门或同一部门间多个人的协同工作, 操作票需要从一个部门或一个人流转到另一个部门或另一个人。因此需要对表单的操作以及处理流程进行严格细致的控制, 并且必须便于用户随着今后的发展而调整变动。为此, 系统提供流程及权限定制工具, 实现对操作票流转过程以及相关表单操作权限的配置管理。
流程及权限定制工具通过对功能、角色、用户及组的多级管理机制, 为系统的权限管理提供了精确的保障手段。为了保证整个系统的安全性, 给不同的用户赋予不同的权限, 只有被授权的用户才能作相应的操作。
3 结语
本论文所介绍的调度安全约束系统已成功用于中山电网, 至今中山电力调度通信中心监控班利用该系统出票数百份, 操作上千项, 系统反应完全正确。该系统的应用提高了调度管理的集成度, 减轻了巡检人员操作压力, 提高设备的倒闸操作效率, 效果十分显著。应用实践证明系统已具备实用化的条件, 可在全国电力行业进行推广和应用。
摘要：本文重点介绍了中山电网调度安全约束系统的设计结构和实现原理。系统主要有两大功能, 对远方电气操作进行安全校核和操作票的应用。系统已经在中山电网投入应用, 应用实践证明系统较为完善而可靠, 值得推广。
关键词：安全约束,安全校核,操作票,系统拓扑,智能开票