支持程序化操作的智能操作票生成和管理系统

宋 健，滕井玉

(1.沈阳工程学院,辽宁沈阳110136；2.南京南瑞继保电气有限公司,江苏南京211102)

随着电网建设速度加快，运行人员相对减少，分摊到每个运行人员的工作随之增加。如何解决由于运行人员减少与运行压力增大之间的矛盾，是变电运行亟需解决的一大课题。文献[1-4]对操作票生成系统进行了研究，从不同的方面为操作票生成提出了方法，但是没有考虑程序化操作，对倒母操作、二次设备的程序化操作也没有提出很好的解决方案。程序化操作的应用，可以减少大量的中间环节，提高倒闸操作效率，同时在很大程度上避免了人为因素的误操作，为变电站安全运行提供可靠保障。在工程实施过程中，程序化操作步骤的定义是个繁琐易出错的过程，为减少开票环节的错误、提高开票效率，开发了智能操作票生成和管理系统。智能操作票生成和管理系统充分利用高性能计算机强大的图形化界面功能和资深运行人员丰富的运行经验，根据运行方式安排和电网实际运行情况正确编写各种类型的操作票，运行人员只需进行简单的鼠标操作就可开出操作票。

1 系统特点

该系统是1套包括操作票生成和管理的综合应用系统，具有智能开票、防误校验、操作票管理、统计分析等功能，主要特点如下所示。

（1）智能性。系统通过规则推理能自动开出绝大部分日常运行所需要的操作票，随着规则库的不断积累，出票正确率将会越来越高，从而可以减轻运行人员出票的压力，帮助运行人员提高出票的正确性，更好地做好防误判断，提高运行人员的操作水平。

（2）自我学习。智能操作票生成和管理系统具有自我学习能力。对于相似的间隔进行相同操作时，不需要对每个间隔都一步步地拟写操作票，可选择一个典型的间隔进行开票，然后通过自我学习，可以得到和这一间隔具有相同功能的其他间隔的操作票，避免了重复劳动，极大地减少了工作量。

（3）多种操作步骤类型。智能操作票生成和管理系统在开票时除了可以生成遥控操作步骤、置数操作步骤、电脑钥匙操作步骤、提示操作步骤外，还可生成顺控操作步骤。执行顺控步骤时不需到运行界面上执行，可在操作票系统的执行窗口直接执行。

（4）多种开票方式。具备多种开票方式，如图形开票、手工开票、典型票开票、智能开票等。多种开票方式互为补充，运行人员可针对具体任务具体分析，选择最快捷的方式进行开票。

2 系统结构

该系统由3层体系组成，分别为表示层、逻辑层、数据层。

2.1 表示层

表示层面向用户，由操作票系统主界面、维护定制界面、图形系统构成。运行人员在操作票系统主界面上进行开票、执行、管理等日常操作，是最常用的人机界面。运行人员在维护定制界面上进行个性化的定制工作，例如，编辑打印模板，录入专家知识库，配置不同角色的权限等。图形系统反应当前SCADA系统的实时状态。通过在接线图上对设备的鼠标操作，选取合适的操作任务形成操作票。图形开票是开票的最常用方式，具有方便、快捷、直观的特点。

2.2 逻辑层

逻辑层是应用功能的实现层，由操作票生成、高级应用分析、图形交互接口、实时系统接口等模块构成。

（1）操作票生成。由推理机模块、防误校验、多任务冲突校验、模拟预演等功能模块构成，是智能操作票生成和管理系统的核心模块。

（2）高级应用分析。对当前SCADA系统实时数据进行拓扑分析，获取当前操作对象的拓扑信息。

（3）图形交互接口。通过图形交互接口和图形系统进行交互，得到操作对象、操作任务等信息。

（4）实时系统接口。在操作时，通过实时系统接口获取当前SCADA系统的实时数据。操作票系统将从SCADA系统获取的遥测、遥信等实时数据作为开票和执行的基础。

2.3 数据层

数据层由专家知识库、管理数据库、实时数据库构成。专家知识库包括操作规则库、操作术语库、防误规则库等信息。管理数据库包括操作票记录、权限数据等管理信息。实时数据库包括SCADA实时数据库和拓扑库。

3 系统功能

3.1 智能开票

在画面上选择需操作的设备和操作任务，根据设备本身及相关设备的状态，通过匹配操作规则库，系统自动得出一系列的操作序列，智能地生成1张完整的操作票。智能开票可以描述为以下3个步骤：

(1)根据画面上选择的设备和操作任务到典型票库中查找，如果匹配到典型票，则装载典型票，保存为未审票；如果没有匹配到典型票，执行第2步。

(2)根据在画面上选择的设备和操作任务到已校验的顺控流程定义库中查找，如果匹配到顺控流程定义，则装载顺控流程定义，拟票人根据具体任务进行编辑，如添加提示步骤，然后保存为未审票；如果没有匹配到顺控流程定义，执行第3步。

(3)根据在画面上选择的设备和操作任务到操作规则库中查找操作规则、操作术语，得到这个特定任务的操作规则列表，然后用实际设备替换操作规则列表中的模板设备，得到一系列的实际操作列表。

该系统具有连续开票的功能。可以记忆拟写的第1张操作票执行后的断面，在此基础上继续拟写第2张操作票。例如第1张票为“芝云4Q03开关由运行改为冷备用”，这张操作票拟写完毕后，可在此基础上继续拟写第2张票 “芝云4Q03开关由冷备用改为运行”。开票时如果某个设备的状态不满足，可以通过人工置位使其状态满足，如果设备组合态不满足，可以置设备组合态。例如需要拟写1张“芝云4Q03开关由运行改为冷备用”的操作票，但当前4Q03开关不在运行态，而是热备用态，此时可以将4Q03开关置为运行态，然后再拟写“芝云4Q03开关由运行改为冷备用”的操作票。

典票库中的顺控流程有时不能适应各种非典型方式，开票系统能够根据现场运行方式自动适应需要进行的操作。自适应的方式有2种：

(1)开票时根据现场运行方式自动选择需要操作的步骤，能自动判断不符合项，对已满足目标态的顺控步骤，一次设备操作自动跳过，二次设备操作（如压板之类的操作）自动改成检查项。

(2)开倒母操作票时，先判断每个顺控步骤的源设备状态是否满足，若不满足，提示用户是否忽略该步操作；再判断每个顺控步骤的目标设备态是否满足，若已满足，提示用户是否忽略该步操作。

3.2 操作票执行

操作票中的步骤可以包含多种类型，如顺控、遥控、就地、置数、提示等。执行顺控步骤时，操作票系统和顺控服务器交互，顺控服务器是顺控任务的执行机构。操作票系统执行顺控步骤时通知顺控服务器需要执行的顺控流程，顺控服务器查找并解析指定的顺控流程，自动生成操作任务列表，顺控服务器使用SCADA系统、前置系统与装置进行交互，根据每一步操作任务对装置下发相应的操作命令。在执行每一步操作任务时，顺控服务器对执行前的状态和执行后的状态进行校验，并进行出错、超时等处理。运行人员可在操作票系统主界面上全程控制顺控任务的执行。例如，可以暂停顺控过程或继续顺控过程；当顺控操作因条件不满足或其他原因中断时，可以将操作票打印成纸质操作票，作为改常规操作用的操作票，用人工操作的方式继续执行中断步骤以后的操作；程序化操作具备容错功能，出错后不立即中止当前票的执行，提示用户是否重试，可以将此步骤重复执行几次。

在顺控操作过程中，执行到某步顺控任务时会切换到指定的画面，不需用户手动切换，方便查看。并对每一步操作任务进行防误校验，增强系统的防误措施。顺控任务执行时也具有自适应功能，执行某步顺控任务时，先判断其执行条件，若满足，则继续执行下一步或提示用户。程序化操作出现异常中断时，系统会自动保存断面，待中断原因查明并解决后，或者人工将该步操作完成后，可以再重新调用该操作票，继续执行未操作的程序化步骤，并且在执行前，先进行安全校核，校核成功才能继续执行未操作的步骤，若校核失败，再次弹出中断操作界面，供运行人员选择如何处理。

现场操作时，将操作票下传电脑钥匙。在是否该上机操作或现场操作完毕时，电脑钥匙将向操作票系统汇报操作情况。根据电脑钥匙上送的操作报文，结合正执行的操作票，操作票系统判断是否需上机遥控操作。若是，则操作票系统通知SCADA系统执行对当前操作步骤对应设备的遥控操作 （选错操作元件将被禁止遥控，同时要求遥控输入的操作人和监护人名称密码与操作票生成时一致，防止误分合断路器的事件发生）。遥控操作完毕且实时遥信状态返回正确后，才可进行下一步操作。在遥控之后还需电脑钥匙进行现场开锁时，操作票系统将当前操作步骤传给电脑钥匙，再进行电脑钥匙的操作。如此反复，直到整个操作结束。对于空开等操作对象可以执行置数操作，直接改变其状态然后执行下一步操作。允许同一变电站内多组操作人员打开多张操作票同时执行，多个任务同时执行时系统会进行冲突校验，不允许对同一设备和有逻辑关联的设备在多个任务里同时操作。

3.3 维护定制工具

该系统提供可视化工具给用户进行维护定制。

（1）操作规则。为智能开票提供了规则匹配的依据。由一系列的规则和规则集构成智能开票的推理基础，具体操作票生成时，由推理机模块调用实时系统接口读取实时库中的设备属性和设备状态，调用高级应用分析模块进行接线形式、运行方式等的判断，将所有得到的信息加上选择的操作任务按操作规则进行匹配，匹配出惟一的规则，进行操作票的生成。

（2）操作票文本关键字。一张操作票由若干关键字组成，通过操作票关键字定义来描述操作票文本中可能用到的所有关键字。操作规则需通过关键字定义将实时库中设备的相关位置描述出来。

（3）操作术语。各地供电企业有自己的术语规范，为了将操作票描述得准确与规范，需要对操作术语进行定制。

（4）防误规则。通过对防误规则的定制来满足倒闸操作的“五防”要求。

（5）管理权限。系统不同的角色有不同的权限，提供定制工具对权限进行管理。

（6）操作票打印模板。各地供电企业可根据当地的管理规范定制打印模板。

该系统还具有传统的操作票管理、地线库管理、操作票打印等功能。

4 结束语

该系统基于一次接线图拓扑搜索和典型票自我学习技术，提供多种开票方式，可以开多种类型的操作步骤的操作票，具有操作票管理、统计分析、仿真培训等一整套完整功能，是智能操作票生成和管理的综合应用系统。该系统适用于各种电压等级的变电站，能够适应各种复杂的现场情况，从实际应用看，对电网安全稳定运行水平和运行人员的工作效率都有一定的提高。

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