基于SG-CIM框架的變電操作票分層系統(tǒng)研究

汪 晨，余嘉文，陳 強(qiáng)

（國網(wǎng)蕪湖供電公司，安徽蕪湖 241000）

電力工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，穩(wěn)定運(yùn)行的電力工業(yè)可有效促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并提升電網(wǎng)的穩(wěn)定性及安全性。面對不斷改變的運(yùn)行與設(shè)備維修方法，為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，需實(shí)時對電力系統(tǒng)進(jìn)行倒閘操作[1-2]。電力系統(tǒng)倒閘操作次數(shù)過多，其中錯誤的操作將導(dǎo)致變電操作事故，不利于電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。為避免錯誤變電操作導(dǎo)致的事故，應(yīng)采取準(zhǔn)確的操作票生成方式與操作票管理執(zhí)行方式[3]。所以，變電站變電操作票系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。對此，相關(guān)研究人員也進(jìn)行了大量的研究。

傳統(tǒng)變電站操作票大多采用手寫方式完成，此方法不僅效率低，而且易出現(xiàn)錯開票導(dǎo)致誤操作的現(xiàn)象。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，研究人員開發(fā)了變電站操作系統(tǒng)，但操作人員不能隨意更改規(guī)則，導(dǎo)致普遍適用性不高。

為此，該文引入SG-CIM 框架，采用面向?qū)ο蟮睦砟睿枋鏊鑸?zhí)行變電任務(wù)操作的電力系統(tǒng)及變電資源，并對所需變電設(shè)備資源實(shí)行編碼，通過編碼獲取所需變電設(shè)備的特定屬性；通過操作票分層校驗(yàn)功能實(shí)現(xiàn)變電站業(yè)務(wù)精準(zhǔn)操作。仿真結(jié)果表明，該文系統(tǒng)可提升出票正確率，降低電力系統(tǒng)事故發(fā)生率，提升電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。

1 基于SG-CIM的變電設(shè)備資源編碼

國家電網(wǎng)公司公共信息模型SG-CIM（State Grid Common Information Model）是一種對電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)與資源予以表達(dá)的一種模型[4]。以國家電網(wǎng)公司現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)為依據(jù)，將SG-CIM 分為資產(chǎn)、電網(wǎng)及設(shè)備等十多個主題域。根據(jù)不同電網(wǎng)公司實(shí)際業(yè)務(wù)可繼續(xù)在每個主題域內(nèi)劃分二級主題域。

在SG-CIM 框架中，設(shè)備域?qū)﹄娏靖黝愒O(shè)備進(jìn)行描述。其中，包含在網(wǎng)運(yùn)行電力設(shè)備、在電力系統(tǒng)內(nèi)不同環(huán)節(jié)運(yùn)用的設(shè)備以及其他設(shè)備[5]。以變電設(shè)備的現(xiàn)實(shí)特性與管理需求為依據(jù)，擴(kuò)展設(shè)備域中二級主題域變電設(shè)備。擴(kuò)展變電設(shè)備類，其特定屬性代碼、屬性名與數(shù)據(jù)類別如表1 所示。

表1 變電設(shè)備類特定屬性

基于SG-CIM 框架，并以《GB/T 7027—2003 信息類別劃分與編碼的方法和基礎(chǔ)準(zhǔn)則》為依據(jù)，遵循邏輯規(guī)則對變電設(shè)備資源信息合理反饋，實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備資源的編碼，具體包括設(shè)備類型、資料信息與設(shè)備名稱等。

為實(shí)現(xiàn)其與變電操作票分層系統(tǒng)互聯(lián)，變電設(shè)備資源編碼可應(yīng)用16 字節(jié)ID 數(shù)字，由32 位字符串構(gòu)成。變電設(shè)備是資源ID 的唯一確準(zhǔn)設(shè)備，基于資源ID 實(shí)現(xiàn)變電操作票分層系統(tǒng)的信息交互，以此進(jìn)行變電操作規(guī)則的分層與校驗(yàn)。

2 系統(tǒng)分層校驗(yàn)功能分析

2.1 操作規(guī)則分層

在變電設(shè)備資源編碼基礎(chǔ)上，結(jié)合變電操作的危險性，將變電操作規(guī)則劃分為三層。

1）第一層操作規(guī)則：變電操作后導(dǎo)致的電力系統(tǒng)故障。通常情況下為違背“五防”的操作。必須謹(jǐn)慎校驗(yàn)此類操作，其操作需符合基礎(chǔ)變電操作條件，否則不可進(jìn)行操作[6-7]。其校驗(yàn)表達(dá)式為：

式中，εn代表直流，μn代表基波，t代表電力系統(tǒng)中諧波分量的正弦相和余弦相振幅。

此層變電操作規(guī)則為：①拉合隔離開關(guān)時不可帶負(fù)荷；②掛接地線或合接地刀閘時不可帶電；③不可帶接地線合閘或接地刀閘。此層操作規(guī)則為通用變電操作規(guī)則，對各種接線操作均適合。

2）第二層操作規(guī)則：變電操作之后未導(dǎo)致電力系統(tǒng)故障，導(dǎo)致之后變電操作出現(xiàn)誤差，或違背變電工作規(guī)定對一次設(shè)備進(jìn)行操作[8]。此時，可通過幅值函數(shù)確定變電后的誤差，即：

此種狀況下可繼續(xù)執(zhí)行操作，此層變電操作規(guī)則為：①無法使用隔離開關(guān)為母線充電；②斷路器閉合時，連接斷路器兩端隔離開關(guān)均需保持在閉合處；③解合環(huán)時無法使用隔離開關(guān)；④若存在母線進(jìn)出線間隔，在停電狀態(tài)下，拉隔離開關(guān)先后順序，為先非母線側(cè)后母線側(cè)，在送電狀態(tài)下與之相反；⑤當(dāng)隔離開關(guān)處于非等電位操作狀態(tài)下時，間隔相等的斷路器需處于斷開處；⑥若存在分段間隔或母聯(lián)，且兩母線分別為一個含電一個不含電，在停電狀態(tài)下，需先拉不含電母線側(cè)隔離開關(guān)，再拉含電母線側(cè)隔離開關(guān)，在送電狀態(tài)下與之相反。其中，僅適合應(yīng)用在母線接線中；此規(guī)則對于此種接線為通用規(guī)則，而其他規(guī)則或可用于各種接線方式，故此層規(guī)則同樣為通用變電操作規(guī)則。

3）第三層操作規(guī)則：變電操作后未導(dǎo)致電力系統(tǒng)故障，卻違背操作票寫票規(guī)則或二次設(shè)備操作規(guī)則。此類規(guī)則針對一次設(shè)備操作前或后，需進(jìn)行檢驗(yàn)項(xiàng)或不同二次設(shè)備情況等[9-10]。具有一定規(guī)律的檢驗(yàn)項(xiàng)規(guī)則為通用變電操作規(guī)則。具體為：①檢驗(yàn)斷路器確準(zhǔn)已經(jīng)斷開或閉合需在對斷路器進(jìn)行分或合操作后；②分或合操作接地刀閘或隔離開關(guān)后，需對接地刀閘或隔離開關(guān)確準(zhǔn)已經(jīng)斷開或閉合實(shí)行檢驗(yàn)；③完成掛接地線操作后，需對接地線確準(zhǔn)實(shí)行檢驗(yàn)；④需驗(yàn)明某地點(diǎn)不含電壓，再操作掛接地線或合接地刀閘。除此之外，操作票內(nèi)所包含其余檢驗(yàn)項(xiàng)為特殊變電操作規(guī)則，同操作任務(wù)的關(guān)系緊密。

2.2 系統(tǒng)開票模式

文中研究的變電操作票分層系統(tǒng)中以點(diǎn)圖開票作為其開票模式。點(diǎn)圖開票過程如圖1 所示。

圖1 點(diǎn)圖開票過程圖

用戶通過圖形界面對操作狀況與設(shè)備進(jìn)行選取，通過文中系統(tǒng)進(jìn)行校驗(yàn)，若與變電操作規(guī)則需求不符，則予以提示，若符合變電操作規(guī)則需求則校驗(yàn)通過，由此生成采用操作語言描繪的操作項(xiàng)。

2.3 分層校驗(yàn)過程

為通過點(diǎn)圖開票模式實(shí)現(xiàn)研究系統(tǒng)的分層校驗(yàn)功能，設(shè)計(jì)一種分層校驗(yàn)的點(diǎn)圖開票模式，以變電操作規(guī)則為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)分層校驗(yàn)功能，如圖2 所示。

圖2 分層校驗(yàn)過程圖

具體過程為：

1）當(dāng)?shù)谝粚游赐ㄟ^校驗(yàn)時，提示有誤情況包括：

①拉合隔離開關(guān)時帶負(fù)荷，此時負(fù)荷量為：

式中，a(i)為實(shí)際負(fù)荷值，b(i)為預(yù)測負(fù)荷值。

②掛接地線或合接地刀閘時帶電，隔離開關(guān)設(shè)備沒有斷開名稱，此時設(shè)備斷開判斷通過式（4）進(jìn)行判斷，即：

其中，r=1代表未斷開狀態(tài)，r=0 代表斷開狀態(tài)。

③接地線合閘或帶接地刀閘，處于閉合狀態(tài)接地線或接地刀閘名稱。

2）當(dāng)?shù)诙游赐ㄟ^校驗(yàn)時，提示有誤情況包括：①應(yīng)用隔離開關(guān)為母線充電；②斷路器閉合時，連接斷路器兩端隔離開關(guān)均需保持在閉合處；③采用隔離開關(guān)解合環(huán)；④在送電狀態(tài)下，合隔離開關(guān)先后順序?yàn)橄饶妇€側(cè)后非母線側(cè)，在停電狀態(tài)下，拉隔離開關(guān)的先后順序?yàn)橄确悄妇€側(cè)后母線側(cè)；⑤當(dāng)隔離開關(guān)處于非等電位操作狀態(tài)下時，需先斷開處于閉合處同間隔斷路器；⑥在送電狀態(tài)下，需先閉合含電母線側(cè)隔離開關(guān)，再閉合無電母線側(cè)隔離開關(guān)，在停電狀態(tài)下，需先拉無電母線側(cè)隔離開關(guān)，再拉含電母線側(cè)隔離開關(guān)。

3）當(dāng)?shù)谌龑游赐ㄟ^校驗(yàn)時，提示有誤情況包括：①在某一次設(shè)備斷開前，未實(shí)施操作為某二次設(shè)備分合；②在某一次設(shè)備閉合前，未實(shí)施操作為某二次設(shè)備分合，此為驗(yàn)電項(xiàng)；③當(dāng)某一次設(shè)備斷開時，未實(shí)施操作為某二次設(shè)備分合，此為檢驗(yàn)項(xiàng)；④當(dāng)某一次設(shè)備閉合后，未實(shí)施操作為某二次設(shè)備分合，此為檢驗(yàn)項(xiàng)。

2.4 分層校驗(yàn)功能實(shí)現(xiàn)

分層校驗(yàn)功能為系統(tǒng)分層校驗(yàn)功能研究重點(diǎn)，也是提升系統(tǒng)操作精度的關(guān)鍵[11]。依次完成三層校驗(yàn)功能，實(shí)現(xiàn)分層校驗(yàn)功能的實(shí)現(xiàn)。

1）第一層校驗(yàn)功能實(shí)現(xiàn)：通過電網(wǎng)接線分析方式，以開關(guān)設(shè)備狀況為依據(jù)，合并不含阻抗連通設(shè)備為同一節(jié)點(diǎn)，并歸結(jié)存在支路連通節(jié)點(diǎn)為同一子系統(tǒng)[12]。對設(shè)備含電、等電位及子系統(tǒng)內(nèi)是否具有閉合/負(fù)荷/電源接地刀閘等模塊進(jìn)行分析，分析此類模塊是否違背第一層變電操作規(guī)則。其判斷公式為：

2）第二層校驗(yàn)功能實(shí)現(xiàn)：基于第一層校驗(yàn)功能實(shí)現(xiàn)中接線分析方式，實(shí)行第二層校驗(yàn)功能實(shí)現(xiàn)。通過變電設(shè)備類特定屬性中設(shè)備類別，對設(shè)備存在接線形式內(nèi)特殊屬性予以指定，通過屬性代碼一項(xiàng)對同為一種間隔屬性設(shè)備進(jìn)行指定，提升校驗(yàn)規(guī)則判斷的簡便性[13-14]。

3）第三層校驗(yàn)功能實(shí)現(xiàn)：分為兩個方面，其一為操作某一次設(shè)備前與后需操作的二次設(shè)備。在規(guī)則庫內(nèi)對操作一次設(shè)備前后的二次設(shè)備狀況予以規(guī)定。在對一次設(shè)備實(shí)行操作時，通過此表找出將要實(shí)行操作的一次設(shè)備，并搜尋同其有關(guān)的二次設(shè)備，對比系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時庫內(nèi)此二次設(shè)備狀況與表內(nèi)此二次設(shè)備狀況，對此二次設(shè)備狀況能否與操作一次設(shè)備前后要求狀況相一致進(jìn)行判定，以此為用戶提供是否校驗(yàn)有關(guān)二次設(shè)備指示信息；其二為通用操作規(guī)則的驗(yàn)電項(xiàng)與檢驗(yàn)項(xiàng)。在對一次設(shè)備進(jìn)行操作時，程序?qū)⒆孕袑Υ艘淮卧O(shè)備類別實(shí)行判定，依據(jù)各種設(shè)備類別采取適合的校驗(yàn)方式[15]。如在對地刀、隔離開關(guān)及斷路器操作后，程序?qū)⑻嵝延脩艉罄m(xù)應(yīng)執(zhí)行檢驗(yàn)項(xiàng)，另外程序會判別當(dāng)?shù)氐逗祥]時是否已對其執(zhí)行驗(yàn)電項(xiàng)操作，若沒有執(zhí)行此操作便會提醒用戶需先執(zhí)行驗(yàn)電項(xiàng)操作[16]。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

實(shí)驗(yàn)采用Access 2018 作為實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)庫，通過Visual C++8.0 開發(fā)一個變電操作片系統(tǒng)。以某地220 kV 變電站為例，對該系統(tǒng)性能予以檢測。

3.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)具體參數(shù)如表2 所示。

表2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

記錄5月～7月實(shí)驗(yàn)變電站應(yīng)用變電操作打票系統(tǒng)情況，并分析此階段變電站出現(xiàn)的變電操作事故情況，對比2 月～4 月該變電站的操作事故情況。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.3.1 不同系統(tǒng)變電操作票出票準(zhǔn)確率分析

為了驗(yàn)證文中系統(tǒng)的科學(xué)有效性，實(shí)驗(yàn)對比了文中系統(tǒng)、智能型操作票系統(tǒng)以及專家操作票系統(tǒng)的出票準(zhǔn)確率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同系統(tǒng)變電操作票出票準(zhǔn)確率對比

分析圖3 可以看出，在相同條件下采用3 種系統(tǒng)出票的準(zhǔn)確率存在一定差距。其中，文中系統(tǒng)的出票準(zhǔn)確率最高可達(dá)約98%，智能型操作票系統(tǒng)最高約為78%，專家操作票系統(tǒng)的出票準(zhǔn)確率最高約為77%，相比之下，文中系統(tǒng)的出票準(zhǔn)確率分別提高了約20%和21%。這是由于文中系統(tǒng)對變電設(shè)備資源進(jìn)行編碼，將其進(jìn)行分類處理，進(jìn)而提高了出票的準(zhǔn)確率。

3.3.2 不同系統(tǒng)變電操作票系統(tǒng)能耗分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證文中系統(tǒng)的可行性，實(shí)驗(yàn)分析了文中系統(tǒng)、智能型操作票系統(tǒng)以及專家操作票系統(tǒng)運(yùn)行時所需要的能耗，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。

圖4 不同系統(tǒng)變電操作票系統(tǒng)能耗對比

分析圖4 可以看出，采用3 種系統(tǒng)進(jìn)行變電操作票系統(tǒng)出票的能耗不同。其中，文中系統(tǒng)在操作時的耗電量與理想耗電量走勢大致吻合，而其他兩種系統(tǒng)的耗電量與理想耗電量差距較大，存在一定波動，且均高于理想耗電量，驗(yàn)證了文中系統(tǒng)所需能耗最低。

4 結(jié)論

文中設(shè)計(jì)基于SG-CIM 框架的變電操作票分層系統(tǒng)，分別從系統(tǒng)SG-CIM 框架編碼功能與系統(tǒng)分層校驗(yàn)功能進(jìn)行探討，以三層變電操作規(guī)則為基礎(chǔ)，結(jié)合點(diǎn)圖開票模式，創(chuàng)建分層校驗(yàn)點(diǎn)圖開票過程，提升系統(tǒng)整體校驗(yàn)精度。仿真結(jié)果表明，文中系統(tǒng)可有效提高變電操作票系統(tǒng)出票準(zhǔn)確率最高可達(dá)97%，且降低了變電操作票系統(tǒng)的事故次數(shù)，是一種較為理想的操作票系統(tǒng)。