基于拓扑防误模型及物联网技术的新型倒闸操作防误系统研究与应用

赵景霖，朱惠，陈宁，张绅

（国网上海市电力公司超高压分公司，上海 201204 ）

国内微机防误系统能较好的满足国内变电站防误操作的需求，多用离线式、逻辑公式，不能实时对位，无智能拓扑运算功能。现有实时防误、拓扑防误等技术，功能单一，不能对“运检一体化”运行模式提供足够的技术支撑。将无线通信、网络拓扑等多项技术与现有微机防误系统融合，实现变电站防误操作实时判断、实时操作监控、拓扑防误判断等功能，保障人身、设备、电网安全。

1 新型防误系统的应用技术

新型防误系统主要应用的技术是拓扑防误技术和电力系统物联技术。

1.1 拓扑防误技术

拓扑防误是利用设备拓扑连接关系自动实现防误逻辑校验的技术。网络拓扑防误系统是基于IEC61970标准，以电网通用模型描述CIM/E规范和电力系统图形描述规范为基础。通过对调度电网模型的动态、静态分析，建立网络拓扑防误模型。再根据电网运行规范如：《安规》要求、电力系统本体知识、设备自身状态及属性、电网自身的特殊结构、特殊接线形式的要求、特殊运行方式的要求、专家经验总结等，建立拓扑防误规则库。网络拓扑防误建模是对电网CIM模型进行二次建模，通过对其动态的解构、筛选和静态的扩充计算，最终汇总形成网络拓扑防误校核使用的模型。

当变电站倒闸操作时，网络拓扑防误系统会根据被操作设备的网络拓扑防误模型及适配的拓扑规则对操作设备进行自动校验，从而实现防误功能，杜绝操作中的安全隐患。

1.2 电力系统物联技术

有效整合通信基础设施资源和电力系统基础设施资源，提高电力系统信息化水平，改善电力系统现有基础设施利用效率，为电网发、输、变、配、用电等环节提供重要技术支撑。本文由一种基于Zigbee技术的无线通信网络实现局部的物联，是微功耗小功率的无线数字通信网络，其使用的无线频段为2.4GHZ公共频段，其网络结构具有自动组成网络和自我修复功能，其每个节点输出功率只有1MW。该网络主要由无线路由器以及协调器组成。网络覆盖的范围可通过配置无线路由器数量和安装位置来控制。因此该无线网络信号对变电站设备干扰影响非常低，符合常规变电站的相关安全要求，同时会根据协议算法匹配最合适路由，选择更合适的传输通道，以使网络更为稳定。此网络也是本期项目的关键。

现场根据协议算法匹配最合适路由，选择更合适的传输通道，使网络更稳定。在一些信号盲区（即UT-NET设备信号无法覆盖的区域，比如屏蔽效果很强的房间，这时无线信号无法从一个房间穿透到另外一个房间），信号覆盖可采用一些扩展设备进行。扩展设备包括同轴射频电缆、转接头、转接线、功分器、耦合器等。在所有设备区信号达到标准要求的情况下组网所用的路由器个数越少越好。这样可以减少工程施工、调试和维护成本，同时减少了设备间通信时延，使通信更可靠。

2 新型防误系统的实际应用

2.1 某变电站新型防误系统介绍

基于拓扑防误模型及物联网技术的新型防误系统采用珠海优特拓扑防误型JOYO-B4防误系统，在原五防系统配置不变的前提下，在五防交换机中扩展一套具有拓扑防误模型功能的JOYO-B4防误主机（带无线功能的钥匙底座及五防钥匙），布置如图1所示；同时在五防交换机通过遥控闭锁屏内新增的网络控制器（Zigbee技术的无线通信网络主路由器）链接无线路由器向外布置MESH网络，以便覆盖需要实现实时防误的电器设备，网络控制器布置如图2所示，网络协调器、无线路由器均放置在遥控闭锁屏屏顶，如图3、4所示。

图1 某变电站新型防误系统布置图

图2 网络控制器

图3 UT-NET网络协调器

物联技术中无线通信的关键是五防钥匙通讯模式设置为UT-NET，来实现实时对位功能，如图5所示。

图4 UT-NET无线路由器

图5 五防钥匙通讯模式设置

2.2 某变电站新型防误系统应用

在带有拓扑防误的防误主机上进行模拟操作，防误系统会根据所操作的设备自动匹配数据库中的防误逻辑以实现防误功能，进行防误操作票传输，因五防钥匙带有无线传输功能，只要在Zigbee无线通信网络覆盖范围均可以实现无线传票。

在变电站倒闸操作时实时根据设备状态进行防误闭锁，如图6所示在接地闸刀一次实际状态未合上的状态下无线五防钥匙无法进入到下一步操作任务（打开35kV备14开关小车下后柜门），在实际状态变位之前无线五防钥匙会显示“等待操作结果，等待中...”直至设备状态与五防操作任务一致位置，方会进入下一步操作任务，以此实现通过拓扑防误模型及物联网技术实现的实时防误闭锁功能。

图6 打开小车下后柜门的操作

2.3 与早期五防系统的区别

（1）可实时刷新设备状态，在无线网络覆盖范围内可实时刷新已模拟设备的状态，支持防止走“空程序”的闭锁方式，提高防误操作等级。（2）目前广泛使用的防误系统为离线系统，操作正确与否的判据为电脑钥匙逻辑记忆顺序，操作结束后再由电脑钥匙一次性回传五防系统，无法实时判断防误逻辑使用物联网技术后五防钥匙借助物联网技术实时与五防系统进行交互，每一个操作步骤均与五防系统与自动化遥信位置进行实时判断，从而实现在线实时防误，以杜绝由于设备瞬时变为或设备实际不到位所发生的误操作事件。（3）由于回路设备防误逻辑是利用设备拓扑连接关系实现的，所以仅需在设备投运初期对拓扑防误系统逻辑进行校对，后期技改、翻仓、扩仓均无需对逻辑进行验证，只需简单核对拓扑防误系统配置即可，可以减少人为编写程序带来的逻辑错误，同时也能节省因验收五防逻辑所带来的人力成本，提升工作效率。（4）五防遥控钥匙可以实现网络覆盖范围内无线传票、接票，为后续功能扩展及更多应用增加留出空间。（5）根据电网运行规范与调度运行知识建立的拓扑防误规则库可以将更多的操作规范在拓扑防误闭锁予以实现，例如，220kV变压器从高压侧充电时,其中性点的接地隔离开关必需合、母线无压变运行时不能投线路（遇上以上情况系统可以配置三种方式禁止操作，警告，不提示）。

3 新型防误系统在实际应用中的成果

（1）可以防止因检查不到位（实际位置不到位，自动化非法位置因人员检查不到位，继续操作，合上开关后发现自动化位置不正确，实时对位后因自动化位置非法从而五防无法继续操作，无法进入到合开关指令，需检查实际位置与自动化位置）。

（2）就地操作小车、闸刀当发生变位后现场检查机械位置及现场各项指示均正确若发生副接点不到位或者小车机械位置不到位，现场变为自动化未变位，还需至现场重新调整闸刀或者小车位置。当实现物联后五防钥匙再未获取自动化变为情况下不会出现下一步解锁命令，从而可以判断自动化未到位，可以直接调整设备位置至五防钥匙出现下一步命令，从而判断自动化位置已正确，从而提高运维人员倒闸操作效率。由于接入了无线局域网实现了设备之间的物联往后未来可以有更多的应用得到实施。

（3）实现物联技术之后早期需要布线以达到传输位置功能的设备（压板监控系统等）可以实现无线传输，只需在筹建时布置无线网络和通讯设备，通过无线网络进行传输，无需在后期在运行设备及电缆沟内进行走线，穿孔，布线等工作，因此可以缩减后期加装防误设备的成本及增加运行管控的人力成本，从而可以杜绝在运行设备中施工所带来的安全隐患。

（4）接入更多设备实现万物互联。①已知目前已有接地线管理及压板投退管理系统，五防系统实现物联技术之后可以将以上两个系统接入五防防误软件实现离线设备与二次设备纳入五防管理逻辑从而使五防防误范围扩大化。②升级五防锁具通过无线网络与五防系统实现通讯，实时监控现场五防锁具状态，提高安全管控。③无线钥匙向集控站延伸，可以通过集控站五防系统实时监控操作过程与进度，重大操作实现中心站远程到岗到位。

4 结语

本文提出了一种基于拓扑防误模型及物联网技术的新型防误系统，应用该系统后，倒闸操作过程中的各种设备状态均不再依赖系统记忆，模拟预演的正确性与可靠性得到了极大的保障，在倒闸操作的过程中，现场操作人员手持的电脑钥匙与微机五防上位机之间还可以借助与系统的无线通讯网络实时交互，每一个操作步骤均可有上位机根据当前全站设备的实时状态以及变位情况进行实时防误判断，达到了操作任务的执行与防误判断同步进行，极大地提高操作任务执行过程中的安全性，也从根本上杜绝由于微机五防操作过程中的无实时判断而引起的人为误操作事故。