王威，顧偉，康小平

（寧波電業(yè)局，浙江寧波315010）

基于認知分析的變電站人工操作可靠性分析方法

王威，顧偉，康小平

（寧波電業(yè)局，浙江寧波315010）

敘述了變電站設備可靠性分析方法，分析了變電站運行人員的操作行為和操作票制度，提出一種基于認知可靠性和誤差分析模型的變電站人工操作可靠性分析方法。結合電力操作獨有的特點，修改基本的認知可靠性和誤差分析模型，使其符合電力系統(tǒng)實際。通過某變電站倒閘操作的案例分析，驗證了模型的正確性，并指出模型的應用方向。

變電站；人工操作；認知可靠性；誤差；模型

0 引言

變電站承擔著變換電壓、接受和分配電能的任務，是電力網(wǎng)絡中的重要組成部分。目前，國內外對變電站可靠性的研究包括對一次設備和二次設備的研究，主要分析方法有概率統(tǒng)計法、事件樹分析法、Markov分析法等。這些方法在分析設備故障率和事故演化機理方面，都取得了一定的進展。智能電子裝置、遠動程序化控制等技術的應用進一步保證了設備的可靠運行。與此同時，變電站人工操作故障也隨之凸顯。據(jù)統(tǒng)計，日本每年休工4天以上的事故中，有94.5%的事故與人為有關。而變電站誤操作事故在電力系統(tǒng)誤操作事故中占的比例最大。目前，在變電站中由于人工操作難以合理量化分析以及相關數(shù)據(jù)的缺失，在可靠性分析方面的相關研究還比較少，相關文獻多從組織形式和安全規(guī)范方面進行定性分析。

在核電站和航空航天等安全性要求較高的工業(yè)領域HRA（人為可靠性分析）的研究在20世紀50年代就已經(jīng)展開，到20世紀80年代，已經(jīng)形成一系列分析方法，如SLIM-MAUD，HCR等，這些方法主要利用結構化建模和數(shù)學計算等方法得到精確的分析結果，在人工操作差錯機理分析和認知過程建模方面普遍存在著不足，這一時期出現(xiàn)的方法被稱為第一代HRA方法。隨著心理學、認知科學等領域的發(fā)展，研究人員在分析過程中建立了人類認知過程模型，通過分析環(huán)境條件、操作員本身和設備自身狀態(tài)等人工操作差錯誘因來描述人工操作差錯產(chǎn)生機理。這一類方法如ATHEANA和CREAM等，被稱為第二類方法。在電力系統(tǒng)中，人工操作可靠性一般僅限于簡單分析和事故統(tǒng)計，系統(tǒng)的人工操作可靠性分析研究還比較少。

為此，在深入分析變電站人員運行操作模式的基礎上，結合CREAM（認知可靠性和誤差分析模型），提出適用于變電站人工操作可靠性分析的方法。

1 變電站人工操作

變電站運行人員的行為主要分為值班監(jiān)視和運行操作兩大部分。值班監(jiān)視包括遙測、遙信的收集上傳和接收執(zhí)行集控中心下發(fā)的遙控、遙調指令以及巡檢人員的定期站內巡視、維護。運行操作主要有一次設備部分：如斷路器、刀閘的分合控制，復雜的倒母操作等；二次設備部分：保護裝置的軟壓板投退、定值區(qū)切換，修改定制后的定值校驗等。

在所有操作行為中，電氣倒閘操作是變電站運行人員必須履行的基本工作職責，也是安全要求最高的環(huán)節(jié)。倒閘操作通常情況下是經(jīng)過對斷路器、隔離開關的開合，以及接地短路線的掛接或拆除（接地刀閘的合入或拉開）來實現(xiàn)，出現(xiàn)在變電站施工安裝、檢修試驗、運行方式調整、事故處理等場合。

為了確保人工操作的可靠性，電力系統(tǒng)廣泛使用操作票制度。操作票是電氣操作的書面依據(jù)，是防止誤操作（如誤拉、誤合、帶負荷拉、合隔離開關、帶地線合閘等）的主要措施。從認知模型來看，操作票規(guī)定了復雜操作行為的順序，通過“監(jiān)護人唱票、操作人復誦”的電氣倒閘操作模式，增強了操作人員的短時記憶，加上多人合作配合確保操作可靠。目前，研究人員正嘗試使用調度自動化系統(tǒng)自動生成操作票，根據(jù)操作規(guī)則要求通過計算機預演和推理生成來代替有經(jīng)驗的運行人員編制，可以保證操作票正確可靠。

隨著智能電網(wǎng)戰(zhàn)略推進，變電站逐漸實現(xiàn)數(shù)字化與智能化，無人值守變電站和程序化操作及遠動執(zhí)行裝置的出現(xiàn)也改變了傳統(tǒng)變電站人員操作方式。一方面，智能電子設備和變電站監(jiān)測系統(tǒng)的運行大大減少了變電站所需的運行人員，以程序和先進機械裝置代替部分人工操作，可提高運行可靠性；另一方面，遇到復雜故障或突發(fā)事故時，大量信息涌入集控平臺，給運行人員帶來沉重的認知負擔，智能電網(wǎng)下更高的電能需求也對變電站人員提出了更高的要求。

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為并不是孤立的隨機行為，而是受行為所處的環(huán)境所限。該模型中認知功能分為觀察、解釋、計劃和執(zhí)行4類。認知控制模型也分為混亂、機會、策略、戰(zhàn)略4部分。每1類控制模式對應著1個認知行為差錯概率區(qū)間，如表1所示。

表1 控制模式和誤失概率

Hollnagel將情境環(huán)境分為9類（見表2），稱為CPC（通用效能條件），并給出了分析CPC如何聯(lián)合影響控制模式的映射，見圖1?？刂颇Ｊ饺Q于CPC的聯(lián)合影響程度；從控制模式可以推斷出基本的HEP（人工操作誤失概率）區(qū)間。這種方法稱為基本法。

圖1 確定控制模式的映射

在電力系統(tǒng)長期運行實踐中，為確保操作可靠，已總結出一些有效的措施方法，如操作票制度等。CREAM方法是一種通用人工操作可靠性分析方法，每項CPC都有許多評判標準，并不完全適用于電力系統(tǒng)。結合變電站操作實際，對9項通用效能條件作如下修改：

（1）對于第3項CPC條件，值班監(jiān)視主要評價變電站自動化系統(tǒng)智能化狀況，運行操作主要考慮量測設備、指示設備情況。

（2）第4項CPC條件改為“操作票生成”，分為無操作票、人工生成操作票和程序生成操作票3類級別。

（3）電力系統(tǒng)中實時性和非實時性操作可用時間差別很大。第6項CPC條件主要考慮實時性操作要求，除了事故處理，非實時的操作一般認為可用時間充足。

（4）考慮實際情況，變電站安全規(guī)章中規(guī)定部分操作必須由多人完成。據(jù)此，第9項CPC級別只有3個等級。

表2 CPC類別層級

3 案例分析

以寧波220 kV慈溪變倒閘操作為例，假設因為出線故障，需要進行緊急事故處理，需將此線路改為檢修狀態(tài)。值班人員需依次拉開線路閘刀和母線側閘刀，然后拉開線路側接地閘刀。該倒閘操作發(fā)生在夜間，在沒有操作票的條件下，2名運行人員中經(jīng)驗豐富者負責監(jiān)護，另1人負責操作，合作完成倒閘操作。

由2名專家和1名老調度員獨立對此操作的外部環(huán)境進行評價，綜合匯總情況如表3所示。

表3 綜合匯總CPC

查映射圖可以推斷此次倒閘操作的控制模式為機會的，進而根據(jù)CPC的各個值可知此次操作的HEP為2%左右。

結合2001—2005年我國輸變電設備主要可靠性指標平均值和北京供電公司1990—2002年誤操作事故次數(shù)統(tǒng)計可知，220 kV等級輸變電設備的可用系數(shù)平均在99%以上，統(tǒng)計的HEP值在1%以下。與案例的分析對比可以看出，文中介紹的方法可以充分考慮到環(huán)境影響因素，反映真實的人工操作可靠性水平。

另一方面，從具體的通用效能條件中也可以看出影響HEP的主要因素，如引入操作票系統(tǒng)智能生成操作票，不僅可以在操作可用時間限制的條件下保證操作的充分性，也可以提高多人合作的效率。在此條件下的HEP下降到0.5%左右。通過此方法，可以了解環(huán)境因素中的“短板”，并提出對應的改進措施。

4 結語

針對變電站人工操作模式的內容和特點，結合CREAM模型，提出了一種適用于變電站人工操作可靠性分析的改進方法。案例分析表明，該方法通過定性與定量結合的分析方式，得出在特定環(huán)境下的人工操作誤失概率，方法有效，并可以提出針對性的方法提高人工操作可靠性，提高變電站安全運行水平。

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（本文編輯：楊勇）

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，碩士，工程師，從事電網(wǎng)調度運行管理工作。