基于认知分析的变电站人工操作可靠性分析方法

王威，顾伟，康小平

（宁波电业局，浙江宁波315010）

基于认知分析的变电站人工操作可靠性分析方法

王威，顾伟，康小平

（宁波电业局，浙江宁波315010）

叙述了变电站设备可靠性分析方法，分析了变电站运行人员的操作行为和操作票制度，提出一种基于认知可靠性和误差分析模型的变电站人工操作可靠性分析方法。结合电力操作独有的特点，修改基本的认知可靠性和误差分析模型，使其符合电力系统实际。通过某变电站倒闸操作的案例分析，验证了模型的正确性，并指出模型的应用方向。

变电站；人工操作；认知可靠性；误差；模型

0 引言

变电站承担着变换电压、接受和分配电能的任务，是电力网络中的重要组成部分。目前，国内外对变电站可靠性的研究包括对一次设备和二次设备的研究，主要分析方法有概率统计法、事件树分析法、Markov分析法等。这些方法在分析设备故障率和事故演化机理方面，都取得了一定的进展。智能电子装置、远动程序化控制等技术的应用进一步保证了设备的可靠运行。与此同时，变电站人工操作故障也随之凸显。据统计，日本每年休工4天以上的事故中，有94.5%的事故与人为有关。而变电站误操作事故在电力系统误操作事故中占的比例最大。目前，在变电站中由于人工操作难以合理量化分析以及相关数据的缺失，在可靠性分析方面的相关研究还比较少，相关文献多从组织形式和安全规范方面进行定性分析。

在核电站和航空航天等安全性要求较高的工业领域HRA（人为可靠性分析）的研究在20世纪50年代就已经展开，到20世纪80年代，已经形成一系列分析方法，如SLIM-MAUD，HCR等，这些方法主要利用结构化建模和数学计算等方法得到精确的分析结果，在人工操作差错机理分析和认知过程建模方面普遍存在着不足，这一时期出现的方法被称为第一代HRA方法。随着心理学、认知科学等领域的发展，研究人员在分析过程中建立了人类认知过程模型，通过分析环境条件、操作员本身和设备自身状态等人工操作差错诱因来描述人工操作差错产生机理。这一类方法如ATHEANA和CREAM等，被称为第二类方法。在电力系统中，人工操作可靠性一般仅限于简单分析和事故统计，系统的人工操作可靠性分析研究还比较少。

为此，在深入分析变电站人员运行操作模式的基础上，结合CREAM（认知可靠性和误差分析模型），提出适用于变电站人工操作可靠性分析的方法。

1 变电站人工操作

变电站运行人员的行为主要分为值班监视和运行操作两大部分。值班监视包括遥测、遥信的收集上传和接收执行集控中心下发的遥控、遥调指令以及巡检人员的定期站内巡视、维护。运行操作主要有一次设备部分：如断路器、刀闸的分合控制，复杂的倒母操作等；二次设备部分：保护装置的软压板投退、定值区切换，修改定制后的定值校验等。

在所有操作行为中，电气倒闸操作是变电站运行人员必须履行的基本工作职责，也是安全要求最高的环节。倒闸操作通常情况下是经过对断路器、隔离开关的开合，以及接地短路线的挂接或拆除（接地刀闸的合入或拉开）来实现，出现在变电站施工安装、检修试验、运行方式调整、事故处理等场合。

为了确保人工操作的可靠性，电力系统广泛使用操作票制度。操作票是电气操作的书面依据，是防止误操作（如误拉、误合、带负荷拉、合隔离开关、带地线合闸等）的主要措施。从认知模型来看，操作票规定了复杂操作行为的顺序，通过“监护人唱票、操作人复诵”的电气倒闸操作模式，增强了操作人员的短时记忆，加上多人合作配合确保操作可靠。目前，研究人员正尝试使用调度自动化系统自动生成操作票，根据操作规则要求通过计算机预演和推理生成来代替有经验的运行人员编制，可以保证操作票正确可靠。

随着智能电网战略推进，变电站逐渐实现数字化与智能化，无人值守变电站和程序化操作及远动执行装置的出现也改变了传统变电站人员操作方式。一方面，智能电子设备和变电站监测系统的运行大大减少了变电站所需的运行人员，以程序和先进机械装置代替部分人工操作，可提高运行可靠性；另一方面，遇到复杂故障或突发事故时，大量信息涌入集控平台，给运行人员带来沉重的认知负担，智能电网下更高的电能需求也对变电站人员提出了更高的要求。

2 CREAM方法的修改

CREAM方法是由Erik Hollnagel于1998年正式提出，其基本思想是人的行为并不是孤立的随机行为，而是受行为所处的环境所限。该模型中认知功能分为观察、解释、计划和执行4类。认知控制模型也分为混乱、机会、策略、战略4部分。每1类控制模式对应着1个认知行为差错概率区间，如表1所示。

表1 控制模式和误失概率

Hollnagel将情境环境分为9类（见表2），称为CPC（通用效能条件），并给出了分析CPC如何联合影响控制模式的映射，见图1。控制模式取决于CPC的联合影响程度；从控制模式可以推断出基本的HEP（人工操作误失概率）区间。这种方法称为基本法。

图1 确定控制模式的映射

在电力系统长期运行实践中，为确保操作可靠，已总结出一些有效的措施方法，如操作票制度等。CREAM方法是一种通用人工操作可靠性分析方法，每项CPC都有许多评判标准，并不完全适用于电力系统。结合变电站操作实际，对9项通用效能条件作如下修改：

（1）对于第3项CPC条件，值班监视主要评价变电站自动化系统智能化状况，运行操作主要考虑量测设备、指示设备情况。

（2）第4项CPC条件改为“操作票生成”，分为无操作票、人工生成操作票和程序生成操作票3类级别。

（3）电力系统中实时性和非实时性操作可用时间差别很大。第6项CPC条件主要考虑实时性操作要求，除了事故处理，非实时的操作一般认为可用时间充足。

（4）考虑实际情况，变电站安全规章中规定部分操作必须由多人完成。据此，第9项CPC级别只有3个等级。

表2 CPC类别层级

3 案例分析

以宁波220 kV慈溪变倒闸操作为例，假设因为出线故障，需要进行紧急事故处理，需将此线路改为检修状态。值班人员需依次拉开线路闸刀和母线侧闸刀，然后拉开线路侧接地闸刀。该倒闸操作发生在夜间，在没有操作票的条件下，2名运行人员中经验丰富者负责监护，另1人负责操作，合作完成倒闸操作。

由2名专家和1名老调度员独立对此操作的外部环境进行评价，综合汇总情况如表3所示。

表3 综合汇总CPC

查映射图可以推断此次倒闸操作的控制模式为机会的，进而根据CPC的各个值可知此次操作的HEP为2%左右。

结合2001—2005年我国输变电设备主要可靠性指标平均值和北京供电公司1990—2002年误操作事故次数统计可知，220 kV等级输变电设备的可用系数平均在99%以上，统计的HEP值在1%以下。与案例的分析对比可以看出，文中介绍的方法可以充分考虑到环境影响因素，反映真实的人工操作可靠性水平。

另一方面，从具体的通用效能条件中也可以看出影响HEP的主要因素，如引入操作票系统智能生成操作票，不仅可以在操作可用时间限制的条件下保证操作的充分性，也可以提高多人合作的效率。在此条件下的HEP下降到0.5%左右。通过此方法，可以了解环境因素中的“短板”，并提出对应的改进措施。

4 结语

针对变电站人工操作模式的内容和特点，结合CREAM模型，提出了一种适用于变电站人工操作可靠性分析的改进方法。案例分析表明，该方法通过定性与定量结合的分析方式，得出在特定环境下的人工操作误失概率，方法有效，并可以提出针对性的方法提高人工操作可靠性，提高变电站安全运行水平。

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（本文编辑：杨勇）

Reliability Analysis Method for Manual Operation in Substation Based on Cognitive Analysis

WANG Wei，GU Wei，KANG Xiao-ping
（Ningbo Electric Power Bureau，Ningbo Zhejiang 315010，China）

In this paper，a method of equipment reliability analysis in substation is expounded，and operation behavior and operation order system in substations are analyzed.It proposes a reliability analysis method for manual operation in substation based on cognitive reliability and error analysis model.By combining the unique characteristic of operation of power system，the cognitive reliability and error analysis model are modified so that they can be in conformity with power system.By case study of switching operation of a substation, the correctness of the model is verified and the application direction of the model is indicated.

substation；manual operation；cognitive reliability；error；model

TM732

：B

：1007-1881（2013）01-0010-03

2012-05-14

王威（1979-），男，湖北宜城人，硕士，工程师，从事电网调度运行管理工作。