考虑二次设备的智能防误操作票系统

叶 雷， 殷自力

(福建省电力有限公司调度通信中心， 福州 350000)

考虑二次设备的智能防误操作票系统

叶 雷， 殷自力

(福建省电力有限公司调度通信中心， 福州 350000)

传统防误操作票系统未涉及二次保护设备建模，因而不能体现二次设备对一次设备的保护效果。文中提出了一、二次设备建模的智能防误操作票系统，采用保护设备建模、规则库管理以及操作票与检修票闭环管理等设计方案，在原有防误操作票系统的基础上实现了电网图形完整拓扑分析功能、智能推理生成操作票功能和根据检查票生成操作票功能，提高了防误操作票系统的智能化水平。该公司的应用证明了其有效性。

防误操作票系统； 电力系统一、二次设备； 电力系统保护建模； 智能推理； 闭环管理

电网倒闸是保障电网安全运行的一项十分重要的操作，电网倒闸操作票的制定直接与现场倒闸操作相关，可有效防止误操作，保障人身和设备安全，继而保障电网的运行安全和稳定。开具倒闸操作票的传统方法是运行人员手工开票，这种方法已经很难满足现代电力生产管理需求。研发防误操作票系统是十分有意义的课题。

常见的防误操作票系统，能在操作票命令生成的同时进行五防规则校验，对违反五防规则的命令系统会给出预警提示。五防是指防止带负荷拉合隔离开关、防止误分合断路器、防止带电挂接地线、防止带地线拉合隔离开关、防止误入带电间隔，但这些防误操作票系统防误功能都是在电网一次设备拓扑图形的基础上实现的，未涉及二次保护设备建模，没有将一次设备状态和二次保护设备的功能挂钩，因而不能体现二次设备对于一次设备的保护效果[1，2]。

基于一、二次设备建模的智能防误操作票系统(以下简称智能防误操作票系统)保留了传统防误操作票系统的功能，增加了对二次设备的建模，建立了完善的操作规则库，实现了一次设备防误与二次保护设备防误提示功能兼备的开票功能；对于常见的操作任务，能够通过智能推理，生成操作票；操作票与检修申请单相互关联，并根据执行状态相互验证，闭环操作，极大地加强了安全防误机制。

1 操作票简介

1.1 操作票

操作票是指在电力系统中进行电气操作的书面依据，是保证电气操作正确可靠，防止人为误操作的主要手段。电气操作的拉合断路器和隔离开关，检查断路器和隔离开关的位置，检查接地线是否拆除，检查装、拆接地线，检查是否确无电压、安装或拆除控制回路或电压互感器回路的保险器，切换保护回路，拆除绝缘隔板，投退保护压板，断开断路器、隔离开关的操作电源等项目均需要填入操作票内。

操作票执行步骤首先是发布和接受操作任务，填写操作票，经审核批准与摸拟操作后，发布执行命令；现场依据操作票内容进行操作后，进行操作复查与操作汇报；最后盖章记录完工。

1.2 操作票与检修工作的关系

操作票最初接受的操作任务来源于检修票。电力系统中，设备无论是计划检修还是临时检修，都需提交检修票。检修票的内容是电力系统电气设备的检测、检查、测试、修理、修护等工作。检修票既是检修单位统筹安排年、季、月度检修任务的具体表现，也是调度部门制定操作票的重要依据。当检修部门有检修计划需求时，首先提交检修票，供调度运行部门最终审核批准；然后根据检修票的工作内容，运行部门有关人员(以下简称运行人员)需填写操作票，为检修申请创建检修条件；第三步，操作票现场执行完毕后，检修工作才可开始；第四步检修工作结束，通报调度部门，运行人员需制定另外一张操作票，恢复检修工作之前的电网运行方式，即电网相关设备的正常运行状态，工作结束。操作票与检修票闭环管理需求源于操作票和检修票在工作上的闭环工作关联关系，图1表示了检修工作与操作票之间工作流程关联闭锁关系[3]。

图1操作票和检修票关系图

Fig.1Relationshipbetweenoperationticketand

dispatchingmaintenanceticket

1.3 操作票系统的发展

操作票系统的发展可概括为最初的人工制定，操作票流转系统，防误操作票系统三个阶段。手工制定完全采用手工填写记录；操作票流转系统已将操作票的制定和流转转移到计算机实现，防误操作票系统在操作票流转系统的基础上增加了电网一次设备接线图，传统的防误操作票系统具备如下关键功能：1)点击电网图形中的一次设备可生成规范的操作票命令术语，无需人工手动录入；2)电网一次设备接线图形自带五防模拟功能，当生成操作票命令过程中违反五防规则，系统自动提示；3)点击图形可以生成操作票逐项操作命令(拉开某断路器)和操作票综合命令(某断路器由运行转检修)；4)操作票生成之后，在下发之前可在电网图形上进行模拟操作，确保操作票的正确性与合理性。

传统防误操作票系统的这些功能逐渐完善了操作票制定需求，对操作票的制定起到良好的辅助作用，但是对电力系统的现实复杂性需求未能全面覆盖。首先电力系统是由一次设备和二次保护设备构成，只对一次设备建模，一次设备的二次保护状态并没有体现，不能真实模拟电网一次与二次设备的互动逻辑；其二，随着基建、检修、技改等工作日益增多，调度员电网倒闸操作任务不断加重，如何从技术手段上在保证安全的前提下提高倒闸操作拟票、审票、下令、操作的工作效率也是需解决的问题；其三，由于操作票和检修票间的实际工作顺序制约关系，操作票的制定不可能脱离检修票。智能防误操作票系统的出现就是为了解决以上问题。

2 智能防误操作票系统的设计

2.1 保护建模设计

保护建模是指对二次保护设备进行拓扑建模，将二次设备纳入到电网图形中，模拟一次设备的保护状态信息；通过保护策略设计，对保护设备设定保护定值，通过与能量管理系统EMS(energy management system)潮流计算对接，得到一次设备的运行状态以及有功、无功、电压和电流等信息，当编制操作票的过程中使得一次设备处于失保护(所有保护处于退运状态)或保护定值越限状态下给出提示[4～6]。

保护策略可以分为线路保护策略、母线保护策略、变压器保护策略、短引线(线路或主变分别经两个隔离开关连接两个断路器的接线方式)保护策略、断路器过流保护策略等，每种保护策略从不同角度实现了对一次设备的保护状态。

以母线保护策略为例进行保护建模设计。

在电网中广泛应用的母线保护中普遍认为就适应母线运行方式、故障类型、过渡电阻(一种瞬间状态的电阻)等方面而言，按分相电流差动原理构成的比率制动式母差保护(简称母差保护)最有效。母线类型中的单母线、双母线、内桥型、3/2接线厂站配置保护；母线类型中的角型、外桥型母线不配置保护。1)母差保护作用的断路器是厂站内各段母线上所接断路器，保护方向为断路器接哪段母线，方向就指向哪段母线。2)保护时间为0秒，范围为断路器所接母线全范围，无延伸。3)母差保护可分段下令，在全站母差保护不退出的情况下，可下令解除x(ⅠⅡ)段母差保护，即x段母线上所接断路器失去母差保护的功能，向母线方向失去快速保护。一般用于x段母线上接一个CT尚未测向量的断路器，无法满足可靠性时使用。4)一个厂站如果母差保护全部退出，母线上各断路器相邻设备保护范围不一定要扩大(即定值可不改)，前提是母线故障极限切除时间大于0.7 s，否则母线上各线路断路器对侧改定值为0.3 s。在这两种情况下，母线实际是没有0 s保护的，但认为满足快速保护要求，不过如果母线上出现隔离开关操作，应立即弹出警示“母差保护退出，要求隔离开关操作”。

图2 母线故障电流流向示意图

正常运行以及母线范围外部故障时，母线上所有的联接元件流入母线电流之和为零。当母线上发生故障时，母线上所有联接元件流入母线电流之和等于故障点的短路电流，图2表示了母线电流流向。

母线电流差动保护中的差动电流公式为

(1)

母线电流差动保护的动作原理为

Ik>Iset

(2)

即实际流过电流大于设定的电流Iset时，则认为母线内部过流，母线电流差动保护就会作切除母线元件。

2.2 智能推理机制设计

智能推理功能的完成由规则库和智能推理机共同完成。规则库是以数据库形式存放的用于描述和保存运行人员关于开列操作票的专业知识，允许现场专家进行配置，包括增加新的操作任务、配置新的操作规则模板。规则库中存放有关倒闸操作的一次设备操作规则和配合一次操作的二次装置的启停规则。智能推理机通过三个步骤完成功能，第一，将操作任务分解成操作命令序列；第二，将操作命令分解成逐项令或综合令；第三，将操作命令转换成操作术语[7，8]。

1)操作任务分解成操作命令序列

对各种操作任务在不同电压等级、接线方式下的命令序列进行建模 。对于线路上的操作，需要进一步考虑线路两端的接线方式、运行方式，并对两端的命令序列进行组合、排序。

2)操作命令分解成单项令序列

依靠建立的具有“继承性”的操作命令分解模型进行解析。本模型中，把一条操作命令解析为若干条子操作命令(可以是单项令或者其他的综合令、任务指令)。在实际解析的时候，利用迭代法把操作命令解析为单项操作。

3)操作命令转换成对应术语模型

首先需对操作命令术语进行建模，一些涉及到具体设备的地方，就用一些占位符代替，这些占位符代表设备类型，在将操作命令解析为单项操作过程中，记录下各相关设备及其状态，最后用具体设备的名字代替各占位符，生成最终的准确术语。

2.3 操作票与检修票闭环管理设计

为了实现操作票系统与检修系统的关联，完成检修与操作的闭环管理，需要开发设计一个申请单模块，模拟接收到的申请单信息。在申请单模块完成后，涉及到的设备和流程术语要统一，然后将申请归类、批示，并且考虑到申请单设备的延伸和申请单设备状态要求的叠加，接着进入申请单分组环节。分组对象为已按申请单归类原则分类的申请，为了生成操作票还应对其按设备进行分组，根据全接线分析的结果作为依据。

3 智能防误操作票系统功能

智能防误操作票系统继承了传统防误操作票系统的优势，但在二次保护建模、规则库的维护和与检修申请闭环管理这三个主要技术环节上有所突破，形成了完整拓扑分析功能，实现一次设备防误和二次保护状态信息提醒两种功能兼备的开票系统；其它特色功能包括智能推理出票；根据检修生成操作票。

3.1 完整的拓扑分析功能

完整的拓扑分析功能基于图库数据一体化技术和拓扑建模技术构建的电网图形绘制和管理型专业的电力图形平台。1)图形平台支持所有的一次、二次设备绘制与现实；根据一次设备的物理特性以及二次设备的保护状态建模，使所有的一次设备处于保护状态模拟真实电网的运行情况。2)通过设定每个一次设备的保护投运状态，描述一次设备的保护投、退状态信息，模拟使电网中的所有一次设备处于保护状态，当制定操作票的过程中使一次设备的所有保护都退运时，则给出提示信息提示设备处于失保护状态。3)提供二次保护设备策略输入，将二次保护设备与一次设备建立关联，设定保护定值信息。与实时监控测量系统结合，显示设备的实时状态及监测数据，包含断路器、隔离开关状态以及各个设备的电压、电流、有功和无功数据信息，当制定操作票时，对设备的操作如果影响到其他设备的保护定值，将会引起保护装置动作情况下，则给出具体提醒信息。

3.2 智能推理出票功能

本系统通过对各种操作进行建模，结合电网的接线方式、运行方式，智能推理各种操作命令在各种具体情况下的操作序列，做到了智能推理生成操作票。在操作的过程中，模拟操作对设备状态的改变，进而分析操作对电网状态的影响，结合操作设备的物理属性，对一、二次设备的操作进行安全把关，对各种危险操作、失去快速保护的区域进行提醒，增强了电网的安全性。

3.3 根据检修申请出票功能

与检修申请系统对接，形成闭环管理安全防误机制。通过分析检修申请单及其状态，对电网中设备的初始状态进行校正；分析检修设备及安全措施，得到检修目的及要求；汇总所有检修申请单，结合检修目的、检修时间，对检修申请单自动打包分组。在此基础上，由检修申请单智能推理出票。这样，操作票、检修申请单形成一个操作关联闭锁，进一步加强了安全防误机制。

4 系统应用案例

随着福建省电力建设的迅速发展，福建省调度中心管辖的发电厂、变电站、输配电线路等电力设备的数量越来越多，日益繁忙的工作任务和日益增多的管辖设备及运行方式，使得调度员的工作压力和工作量越来越大。为了提高福建省调度管理水平，福建省电力调度通信中心通过大量的调研和考察，结合其他省调度部门的使用经验，开发建设了这套智能防误操作票系统。

以图3和图4所示电网环境为例(断路器和隔离开关黑色阴影表示闭合状态，白色空白表示拉开状态)，图3安兜围变侧接线方式为双母线加旁母方式，兜围I路和半兜线分别在两个母线上运行；25 M兼作旁路断路器和母联断路器，当前作为母联断路器使用；旁路母线当前处于接兜围I路充电空载运行状态，申请检修261断路器。三张检修票经过检修票流转审批之后，执行以前，操作票的检修申请单模块能够搜索到三张检修票，根据图形拓扑关系自动将三张检修票打包分组，同时根据检修申请设备，自动生成操作示任务，“将兜围I路线路转检修”。

操作票系统根据得到的操作任务，需要进行智能推理生成最终操作命令。首先分析线路两端的接线方式，围里变侧是双母线方式，安兜变侧接线方式为双母线加旁母，旁路断路器兼作母联断路器使用。第二，分析两端操作序列，生成总的操作序列为：①安兜变：旁母由当前线路运行改接半兜线运行；②安兜变：线路由运行转冷备用；③围里变：线路由运行转冷备用；④安兜变：线路及断路器由冷备用转检修；⑤围里变：线路由冷备用转检修；⑥通知线路管辖单位线路已经转检修。第三，将序列分解成操作命令术语：①旁路母线由接兜围I路线路运行改为接半兜线路运行；②安兜变兜围I路线路由运行转冷备用；③围里变兜围I路线路由运行转冷备用；④待命；⑤安兜变兜围I路线路及251断路器由冷备用转检修；⑥围里变兜围I路线路由冷备用转检修；⑦兜围I路线路已转检修，可以开始工作。

检修工作完毕，即该操作票对应的三张检修票的状态是执行中时，该停电操作票不能盖完工章；当检修票呈完工状态时，该停电操作票可以完工，同时送电操作票开始编制执行，恢复检修前电网运行方式。在操作命令生成的同时，处于一次设备防误以及二次保护状态监控，如果生成的命令将母线保护退出，系统则给出提示“某某母线保护退出，请注意”；当送电票未拆地线的情况下送电，则系统提示“某某设备不在明显断开点，某某断路器将跳闸，不允许操作”等信息。

图3 安兜变侧电网图

图4 围里变侧电网图

5 结语

智能防误操作票系统以生产中通用的电网主接线图和厂站主接线图为界面，在制定操作票过程中同时包括了一次设备防误和二次保护信息提醒的功能，使对电网模拟仿真更加真实，进而提高了操作票防误的可靠性；通过建立灵活性强、通用好的操作规则库；智能推理机制在完整拓扑建模的基础平台上，可以完成任务推理命令的准确生成；与检修申请形成的闭环管理，使生成的操作票在时间和内容都有确凿的根据；流程上的闭锁管理使得操作票的制定与执行更加安全。

智能防误操作票系统是一个现代化电网管理不可或缺的信息技术支持系统，它能够有效防止运行电气设备误操作，杜绝人身和重大设备事故，减少调度员的工作压力和工作量，对提高调度管理的安全性、规范性和可靠性具有十分重要的意义。

[1] 罗劲(Luo Jin).基于统一平台技术的智能操作票系统的应用(Application of intelligent operation order sheet system based on unified platform technology)[J].四川电力技术(Sichuan Electric Power Technology), 2008, 31(2):28-29,71.

[2] 赵玉成(Zhao Yucheng). 智能操作票系统研究与开发(Research and Development of Intelligent Operational Order Generation System)[D].北京：华北电力大学电气与电子工程学院(Beijing：School of Electrical and Electronic Engineering of North China Electric Power University)，2008.

[3] 陆芸,裴雯,陆杏全(Lu Yun,Pei Wen,Lu Xingquan).智能化检修票和操作票系统的实时数据库设计(Design of real-time database for intelligent maintenance and switching scheduling system)[J].电力系统自动化(Automation of Electric Power Systems)，2005，29(13):84-86.

[4] 于辉，韩肖清(Yu Hui,Han Xiaoqing).电力系统网络拓扑分层方法的研究(Research on topology hierarchical approach for power system)[J].机械管理开发(Mechanical Management and Development)，2005,(3):82-83.

[5] 许先锋,龚成明,杜红卫,等(Xu Xianfeng,Gong Chengming,Du Hongwei,etal).EMS中系统拓扑五防的设计和实现(Plan and realization of mis-operation prevention based on topology in energy management system)[J].电网技术(Power System Technology),2006,30(S):76-79.

[6] 何桦，柴京慧，许文庆，等(He Hua，Chai Jinghui，Xu Wenqing，etal).继电保护数据库的统一建模新方法(New integrated protection modeling design method for database in the energy management system)[J].电力系统自动化(Automation of Electric Power Systems),2006，30(18): 66-69,93.

[7] 周明,林静怀,杨桂钟,等(Zhou Ming,Lin Jinghuai, Yang Guizhong,etal).新型智能电网调度操作票自动生成与管理系统(New-type intelligent dispatching operation order system)[J].电力系统自动化(Automation of Electric Power Systems), 2004, 28(11):71-74 .

[8] 黎静华,栗然(Li Jinghua,Li Ran). 基于多Agent的倒闸操作票生成系统 (System of making switching operation sheet based on multi-agent system)[J]. 电力系统及其自动化学报(Proceedings of the CSU-EPSA),2005,17(6):17-21.

IntelligentAnti-misoperationOperationTicketSystemConsiderSecondaryDevice

YE Lei， YIN Zi-li

(Fujian Province Electric Power Company Limite Dispatching and Communication Center, Fuzhou 350000, China)

Traditional anti-misoperation operation ticket system is not involved secondary protection device modeling, and therefore does not reflect protection effect of secondary equipments. An intelligent anti-misoperation operation ticket system of primary equipment and secondary equipments modeling was proposed in the paper. Methods, such as protection modeling，role base management，closed-loop management between operation ticket and maintenance ticket were used. The function of integration topology analysis, operation ticket generation according to intelligent reasoning and maintenance ticket improves intelligent level of the proposed intelligent anti-misoperation operation ticket system. Fujian Electric Power Company's application of the system has proven its effectiveness.

anti-misoperation operation ticket system； primary and secondary equipments of power system； protection modeling of power system； intelligent reasoning； closed-loop management

2011-07-08；

2011-10-12

TM734； TP319

A

1003-8930(2011)06-0145-05

叶 雷(1980-)，男，本科，工程师，主要从事电力调度运行工作。Email:yelei800829@163.com 殷自力(1982-)，男，硕士，工程师，主要从事电力系统经济调度等工作。Email:eagleangel@126.com