一種變電站二次防誤功能實(shí)現(xiàn)方法

鄺代華

一種變電站二次防誤功能實(shí)現(xiàn)方法

鄺代華

（珠海優(yōu)特電力科技股份有限公司，廣東 珠海 519000）

變電站二次設(shè)備如果出現(xiàn)誤操作，極易引起繼電保護(hù)拒動(dòng)、誤動(dòng)，從而引發(fā)電網(wǎng)事故。目前，變電站二次設(shè)備防誤措施相對(duì)缺失，因此本文提出一種變電站二次設(shè)備操作防誤實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)綜合分析變電站內(nèi)各二次設(shè)備類(lèi)型、功能，從二次設(shè)備建模、二次設(shè)備狀態(tài)采集、二次防誤規(guī)則、二次防誤算法等方面闡述二次防誤功能的實(shí)現(xiàn)思路，給出一種二次防誤解決方案。工程實(shí)際應(yīng)用表明，在變電站防誤閉鎖系統(tǒng)中集成二次防誤功能，能夠避免二次設(shè)備的誤操作，提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平，為設(shè)備安全操作提供有效的技術(shù)保障。

變電站；二次防誤；建模；規(guī)則；狀態(tài)采集

0 引言

微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)作為變電站系統(tǒng)的重要一環(huán)，已成為防止電氣誤操作的關(guān)鍵技術(shù)手段，在防止電氣誤操作、保障作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)人身安全及電網(wǎng)安全方面起到了一定作用，但已有的微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)只是針對(duì)一次設(shè)備操作防誤，鮮見(jiàn)針對(duì)二次防誤的技術(shù)手段。變電站內(nèi)二次設(shè)備數(shù)量和種類(lèi)多，二次設(shè)備操作如果出現(xiàn)差錯(cuò)，容易造成繼電保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)的嚴(yán)重電網(wǎng)事故，國(guó)內(nèi)因二次誤操作導(dǎo)致的電網(wǎng)事故屢見(jiàn)不鮮，近年二次防誤相關(guān)研究逐漸得到關(guān)注和重視[1-5]。隨著遠(yuǎn)方單步遙控、程序化操作等模式得到深化推進(jìn)，二次防誤逐步成為防止電網(wǎng)電氣誤操作關(guān)注的重點(diǎn)，也是防誤技術(shù)的發(fā)展方向。為保障變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)二次防誤進(jìn)行研究，力求實(shí)現(xiàn)二次防誤功能的實(shí)用化。

目前，國(guó)內(nèi)部分學(xué)者對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備二次防誤進(jìn)行了研究，如依據(jù)主動(dòng)防誤技術(shù)原則，綜合考慮一、二次設(shè)備運(yùn)行情況，采用就地防誤技術(shù)，建立涵蓋變電站內(nèi)所有電氣設(shè)備的防誤系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有關(guān)于變電站設(shè)備二次防誤的研究[6-10]仍存在不足，如未考慮一次設(shè)備操作至運(yùn)行狀態(tài)時(shí)判別二次設(shè)備狀態(tài)，同時(shí)忽略了二次設(shè)備與一次設(shè)備操作聯(lián)動(dòng) 防誤。

因此，為實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)二次防誤功能，本文首先對(duì)變電站內(nèi)各二次裝置、二次設(shè)備類(lèi)型、功能進(jìn)行分析，然后對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，采集二次設(shè)備實(shí)際狀態(tài)，制定二次防誤規(guī)則[11-12]，在防誤系統(tǒng)中通過(guò)設(shè)備模擬操作預(yù)演等環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)二次防誤功能，最后通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用表明，變電站防誤閉鎖系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)防誤系統(tǒng)）中集成二次防誤功能，可避免因二次設(shè)備狀態(tài)或操作異常引起繼電保護(hù)拒動(dòng)、誤動(dòng)的嚴(yán)重電網(wǎng)事故，能提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平，為設(shè)備安全操作提供有效技術(shù)支撐。

1 二次設(shè)備建模

二次設(shè)備建模主要實(shí)現(xiàn)在防誤系統(tǒng)中以數(shù)學(xué)模型方式定義二次設(shè)備對(duì)象，描述二次設(shè)備對(duì)象的基本屬性，形成二次設(shè)備對(duì)象之間及與一次設(shè)備對(duì)象的映射關(guān)系，并在防誤系統(tǒng)中建立二次設(shè)備的相關(guān)圖模和數(shù)據(jù)模型，作為后續(xù)二次防誤功能實(shí)現(xiàn)的一個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)源。

二次新增設(shè)備類(lèi)型如圖1所示。

圖1 二次新增設(shè)備類(lèi)型

針對(duì)變電站內(nèi)各個(gè)二次裝置的不同功能，在防誤系統(tǒng)中對(duì)各個(gè)裝置具體的功能類(lèi)型進(jìn)行定義，防誤系統(tǒng)根據(jù)不同的二次裝置功能類(lèi)型，通過(guò)軟件自動(dòng)匹配相關(guān)的二次防誤規(guī)則進(jìn)行計(jì)算。本文設(shè)置二次裝置類(lèi)型表示例見(jiàn)表1。

針對(duì)變電站內(nèi)各種典型二次設(shè)備（硬壓板、軟壓板、空氣開(kāi)關(guān)、切換把手和異常信號(hào)），分析其實(shí)際應(yīng)用中的功能，進(jìn)行具體的二次設(shè)備功能類(lèi)型定義，防誤系統(tǒng)根據(jù)不同的二次設(shè)備類(lèi)型，通過(guò)軟件自動(dòng)匹配相關(guān)的二次防誤規(guī)則進(jìn)行計(jì)算。本文設(shè)置二次設(shè)備類(lèi)型表示例見(jiàn)表2。

二次裝置和二次設(shè)備的功能類(lèi)型定義為二次裝置和二次設(shè)備的數(shù)據(jù)配置服務(wù)。本文通過(guò)定義二次裝置、二次設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)二次裝置類(lèi)型、對(duì)應(yīng)一次設(shè)備、對(duì)應(yīng)二次裝置等重要屬性進(jìn)行配置，建立各二次設(shè)備與一次設(shè)備、各二次設(shè)備與二次裝置之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。二次裝置表示例見(jiàn)表3，二次設(shè)備表示例見(jiàn)表4。

表1 二次裝置類(lèi)型表示例

將一個(gè)變電站內(nèi)全部二次裝置和二次設(shè)備數(shù)據(jù)屬性分析配置完成后，最終匯總成一個(gè)全站二次防誤數(shù)據(jù)表，該數(shù)據(jù)表包含各二次裝置與一次設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系、二次設(shè)備與一次設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系、二次設(shè)備與二次裝置的關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)成全站二次設(shè)備關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，形成二次防誤功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。全站二次設(shè)備關(guān)系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

表2 二次設(shè)備類(lèi)型表示例

表3 二次裝置表示例

表4 二次設(shè)備表示例

圖2 全站二次設(shè)備關(guān)系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2 保護(hù)投入及操作原則制定

二次防誤主要解決一次設(shè)備無(wú)保護(hù)操作至運(yùn)行狀態(tài)、二次設(shè)備操作影響運(yùn)行中的設(shè)備兩大關(guān)鍵問(wèn)題。解決問(wèn)題的前提是明確保護(hù)功能投入的原則，分析何種二次設(shè)備操作會(huì)影響保護(hù)功能投入條件，通過(guò)分析各種繼電保護(hù)裝置工程應(yīng)用時(shí)的功能投入情況，得出保護(hù)功能投入的關(guān)鍵組成條件。下面以220kV線(xiàn)路保護(hù)為例進(jìn)行說(shuō)明。線(xiàn)路保護(hù)、智能終端、合并單元、母差保護(hù)投入條件示例分別見(jiàn)表5～表8。

表5 線(xiàn)路保護(hù)投入條件示例

表6 智能終端投入條件示例

表7 合并單元投入條件示例

表8 母差保護(hù)投入條件示例

220kV以上電壓等級(jí)繼電保護(hù)裝置雙套配置，任一套繼電保護(hù)裝置滿(mǎn)足投入條件是允許一次設(shè)備操作至運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵條件，因此可得出線(xiàn)路送電操作時(shí)線(xiàn)路保護(hù)功能投入的具體原則。一次設(shè)備操作二次裝置投入條件示例見(jiàn)表9。

表9 一次設(shè)備操作二次裝置投入條件示例

二次設(shè)備操作原則為當(dāng)一次設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)，即線(xiàn)路隔離開(kāi)關(guān)和斷路器均處于合位時(shí)，二次設(shè)備的操作導(dǎo)致保護(hù)投入條件均不滿(mǎn)足表9中邏輯條件一和邏輯條件二，此時(shí)為誤操作，二次設(shè)備操作原則禁止此類(lèi)操作。

3 二次設(shè)備圖模生成

防誤系統(tǒng)導(dǎo)入變電站全站二次防誤數(shù)據(jù)表，系統(tǒng)自動(dòng)解析數(shù)據(jù)表中各二次裝置和二次設(shè)備數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)不同設(shè)備類(lèi)型生成全站圖模。二次設(shè)備圖模生成后，在防誤系統(tǒng)中以圖形化方式展示二次設(shè)備實(shí)際狀態(tài)，并可在防誤系統(tǒng)中進(jìn)行圖形化模擬預(yù)演操作。二次圖模生成流程示意圖如圖3所示。

圖3 二次圖模生成流程示意圖

4 二次設(shè)備狀態(tài)采集

二次防誤功能軟件實(shí)現(xiàn)依賴(lài)二次設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，防誤系統(tǒng)中通過(guò)多種方式獲取二次設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)，為二次防誤功能實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中已采集全站軟壓板、切換把手和異常信號(hào)三類(lèi)二次設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)，防誤系統(tǒng)與變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)通信實(shí)現(xiàn)信息共享，獲取這三類(lèi)二次設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)。

對(duì)于變電站內(nèi)各系統(tǒng)均未采集的硬壓板、空氣開(kāi)關(guān)設(shè)備，提供兩種方案實(shí)現(xiàn)狀態(tài)采集。方案一為通過(guò)防誤系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)置功能，根據(jù)各二次設(shè)備當(dāng)前實(shí)際所處狀態(tài)，人工在防誤系統(tǒng)中設(shè)置對(duì)應(yīng)狀態(tài)，二次設(shè)備的狀態(tài)改變通過(guò)在防誤系統(tǒng)中模擬預(yù)演操作后狀態(tài)更新回傳方式實(shí)現(xiàn)。

方案二為加裝傳感器等輔助設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)采集，傳感器與硬壓板、空氣開(kāi)關(guān)設(shè)備一對(duì)一配置，獲取硬壓板與空氣開(kāi)關(guān)的物理投退狀態(tài)，并將狀態(tài)實(shí)時(shí)上送至防誤系統(tǒng)。傳感器采集二次設(shè)備狀態(tài)示意圖如圖4所示。

圖4 傳感器采集二次設(shè)備狀態(tài)示意圖

全站二次設(shè)備狀態(tài)均正常采集后，二次防誤軟件完成數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

5 二次防誤規(guī)則建立

本文通過(guò)分析一次設(shè)備與二次設(shè)備、二次設(shè)備與二次設(shè)備之間的內(nèi)在運(yùn)行約束機(jī)制，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要分為專(zhuān)家?guī)欤ǖ湫蛶?kù)）和用戶(hù)定制庫(kù)。專(zhuān)家?guī)旎谝弧⒍卧O(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程及本文上述保護(hù)投入及操作原則進(jìn)行規(guī)則定制，重點(diǎn)針對(duì)一、二次設(shè)備操作及狀態(tài)互校核展開(kāi)，包括一次設(shè)備模擬預(yù)演操作判別二次設(shè)備狀態(tài)邏輯，二次設(shè)備模擬預(yù)演操作判別二次設(shè)備操作順序邏輯，二次設(shè)備模擬預(yù)演操作判別一次設(shè)備狀態(tài)邏輯。根據(jù)一次設(shè)備運(yùn)行方式的不同再區(qū)分不同場(chǎng)景下的規(guī)則要求。用戶(hù)定制庫(kù)根據(jù)變電站實(shí)際運(yùn)行需求，進(jìn)行特殊情況規(guī)則定制。最終實(shí)現(xiàn)二次防誤規(guī)則覆蓋各種一、二次操作場(chǎng)景。二次防誤規(guī)則建立過(guò)程示意圖如圖5所示。

防誤系統(tǒng)專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)中已預(yù)先定義二次防誤規(guī)則，當(dāng)一次設(shè)備、二次設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，觸發(fā)防誤規(guī)則計(jì)算，檢查一、二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)改變是否滿(mǎn)足防誤規(guī)則約束，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不滿(mǎn)足防誤規(guī)則約束時(shí)，二次防誤算法計(jì)算結(jié)果禁止操作并進(jìn)行相應(yīng)提示。本文所建立的變電站二次防誤規(guī)則說(shuō)明見(jiàn)表10。

圖5 二次防誤規(guī)則建立過(guò)程示意圖

表10 二次防誤規(guī)則說(shuō)明

6 二次防誤規(guī)則存儲(chǔ)

防誤系統(tǒng)中二次防誤規(guī)則以產(chǎn)生式的形式進(jìn)行描述，產(chǎn)生式系統(tǒng)是基于產(chǎn)生式規(guī)則表示知識(shí)的知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)，是目前知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)中使用最為普遍的一種，有如下特點(diǎn)：

1）產(chǎn)生式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)求解問(wèn)題的過(guò)程與人類(lèi)求解問(wèn)題的過(guò)程相似，可模擬人類(lèi)求解問(wèn)題的思維過(guò)程。

2）可把產(chǎn)生式當(dāng)做系統(tǒng)中的一個(gè)基本知識(shí)，結(jié)構(gòu)單一，從而將產(chǎn)生式系統(tǒng)看作一種基本模式。

產(chǎn)生式知識(shí)庫(kù)由兩部分組成：規(guī)則庫(kù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。規(guī)則庫(kù)是產(chǎn)生式規(guī)則的集合，規(guī)則的形式為IF（條件）THEN（結(jié)論）。條件表示激活該產(chǎn)生式規(guī)則的前提，結(jié)論表示條件滿(mǎn)足時(shí)要做的動(dòng)作。規(guī)則的意義是如果（IF）條件滿(mǎn)足，則（THEN）系統(tǒng)執(zhí)行動(dòng)作或得出結(jié)論。

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)用于存放求解問(wèn)題的已知條件和推理過(guò)程的中間結(jié)果，數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知條件信息可以是永久的，中間結(jié)果則僅與當(dāng)前求解問(wèn)題有關(guān)。

參考前述二次防誤功能要求，二次防誤規(guī)則可表述為“在某某情況下，某些二次裝置要投入或退出”或者“在某某情況下，某些二次設(shè)備要投入或退出”。如：線(xiàn)路送電操作需要合線(xiàn)路隔離開(kāi)關(guān)，要求有一套完整線(xiàn)路保護(hù)系統(tǒng)在投入狀態(tài)，同時(shí)要求母差保護(hù)投入?；诖艘?，系統(tǒng)的規(guī)則如下。

規(guī)則1：

IF 合斷路器 AND 斷路器是線(xiàn)路斷路器

THEN 線(xiàn)路轉(zhuǎn)熱備

規(guī)則2：

IF 線(xiàn)路轉(zhuǎn)熱備AND 線(xiàn)路有單套保護(hù)AND線(xiàn)路保護(hù)未投入

THEN 禁止設(shè)備無(wú)保護(hù)投運(yùn)

規(guī)則3：

IF 線(xiàn)路轉(zhuǎn)熱備 AND 線(xiàn)路有雙套保護(hù) AND雙套保護(hù)系統(tǒng)未投入

THEN 禁止設(shè)備無(wú)保護(hù)投運(yùn)

規(guī)則4：

IF 功能壓板投入 AND 出口壓板投入

THEN 保護(hù)投入

7 二次防誤算法

二次防誤算法引擎是二次防誤規(guī)則驗(yàn)證的核心算法對(duì)象，它接收防誤系統(tǒng)接口發(fā)送過(guò)來(lái)的一、二次設(shè)備操作請(qǐng)求，根據(jù)系統(tǒng)拓?fù)浜驮O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，搜索計(jì)算二次防誤規(guī)則庫(kù)中各相關(guān)規(guī)則，如果操作違反某條防誤規(guī)則，引擎將結(jié)果反饋給人機(jī)系統(tǒng)。

二次設(shè)備防誤算法引擎核心是一個(gè)知識(shí)推理機(jī)，根據(jù)當(dāng)前操作，從二次防誤規(guī)則庫(kù)遍歷規(guī)則進(jìn)行計(jì)算，直到無(wú)新結(jié)果產(chǎn)生。最終匯總所有違反防誤規(guī)則的結(jié)果輸出給人機(jī)系統(tǒng)，如果無(wú)違反防誤規(guī)則的結(jié)果，則返回人機(jī)系統(tǒng)操作允許。二次防誤算法流程如圖6所示。

圖6 二次防誤算法流程

如第6節(jié)所述合隔離開(kāi)關(guān)操作，先計(jì)算規(guī)則1，如規(guī)則1條件滿(mǎn)足，確認(rèn)為線(xiàn)路轉(zhuǎn)熱備操作，規(guī)則1的輸出送至動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中暫存；然后計(jì)算規(guī)則2，如規(guī)則2條件成立，將規(guī)則2結(jié)果輸出至動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以此類(lèi)推，直至無(wú)新結(jié)果產(chǎn)生，最終確認(rèn)一、二次設(shè)備操作是否符合二次防誤規(guī)則要求。

8 實(shí)例應(yīng)用

本文通過(guò)編寫(xiě)一次與二次、二次與二次、二次與一次之間設(shè)備防誤邏輯規(guī)則庫(kù)，采用所述二次防誤技術(shù)，開(kāi)發(fā)二次防誤軟件模塊實(shí)現(xiàn)二次防誤功能。該軟件模塊獨(dú)立于一次防誤功能，為一、二次設(shè)備操作提供完善的防誤校核功能。防誤系統(tǒng)圖形化展示一、二次設(shè)備狀態(tài)，模擬預(yù)演開(kāi)票涉及壓板、空氣開(kāi)關(guān)、把手操作時(shí)，可直接點(diǎn)選相應(yīng)的二次設(shè)備進(jìn)行開(kāi)票操作，并實(shí)時(shí)反饋該模擬預(yù)演操作是否違反二次防誤規(guī)則。

二次防誤功能在示范工程中得到了驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了一、二次設(shè)備聯(lián)動(dòng)防誤邏輯校核功能，覆蓋變電站各種運(yùn)行方式。二次防誤功能示例如圖7所示。

圖7 二次防誤功能示例

在防誤系統(tǒng)模擬預(yù)演通過(guò)后，進(jìn)行一、二次設(shè)備操作序列傳計(jì)算機(jī)鑰匙操作，一、二次設(shè)備操作結(jié)果回傳并記錄和匯報(bào)操作結(jié)果，同時(shí)防誤系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際操作結(jié)果更新一、二次設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示。

二次防誤功能已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多座變電站，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工程的應(yīng)用，二次防誤技術(shù)得到了實(shí)踐檢驗(yàn)，可完善防誤校核的全面性，并滿(mǎn)足變電站實(shí)際運(yùn)行要求。同時(shí)，可將變電站站端二次防誤校核結(jié)果與一次防誤校核結(jié)果合成遙信狀態(tài)上送至調(diào)控主站系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。試點(diǎn)應(yīng)用二次設(shè)備防誤系統(tǒng)功能框架如圖8所示。

圖8 二次設(shè)備防誤系統(tǒng)功能框架

9 結(jié)論

本文綜合考慮二次設(shè)備建模、二次設(shè)備狀態(tài)采集、定義二次防誤規(guī)則、完成二次防誤算法，研發(fā)了變電站二次防誤系統(tǒng)，結(jié)合試點(diǎn)部署應(yīng)用使二次防誤技術(shù)得到實(shí)踐檢驗(yàn)，擴(kuò)展了防誤功能體系，提升了防誤系統(tǒng)的全面性，能夠防止一、二次設(shè)備操作不當(dāng)引起的繼電保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)的電網(wǎng)事故，提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平，增強(qiáng)電網(wǎng)精益化和智能化調(diào)控能力，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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A method for the implementation of secondary anti-maloperation in substations

KUANG Daihua

(Zhuhai Unitech Power Technology Company, Zhuhai, Guangdong 519000)

If the secondary equipment in a substation malfunctions, it is highly likely to cause relay protection to refuse to operate and cause power grid accidents. However, there is a relatively lack of error prevention measures for secondary equipment in substations. Therefore, this article proposes a method for implementing error prevention in the operation of secondary equipment in substations. By comprehensively analyzing the types and functions of the secondary equipment in the substation, this method elaborates on the implementation ideas of the secondary error prevention function form secondary equipment modeling, secondary equipment status collection, secondary error prevention rules, and secondary error prevention algorithms, and a solution for secondary error prevention is proposed. Through practical engineering applications, it has been shown that integrating secondary error prevention function in the substation error prevention and locking system can avoid the misoperation of secondary equipment, enhance the safe operation level of the power grid, and provide effective technical support for the safe operation of equipment.

substation; secondary anti-maloperation; modeling; rules; status collection

2023-08-09

2023-09-28

鄺代華（1981—），男，本科，湖南省郴州市人，工程師，主要從事微機(jī)保護(hù)和變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備、二次防誤系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作。