裴東鋒，卜明新，周寶玉，朱姜峰

(國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司邯鄲供電分公司，河北 邯鄲 056002)

電網(wǎng)集中調(diào)控模式下，遠(yuǎn)方遙控操作已成為主要的倒閘操作模式。為保證安全開展，國(guó)網(wǎng)公司頒布系列規(guī)程文件，明確規(guī)定調(diào)控中心遠(yuǎn)方操作應(yīng)具有完善的防誤閉鎖措施和可靠的設(shè)備狀態(tài)確認(rèn)方式[1]。目前，國(guó)內(nèi)外電力調(diào)度機(jī)構(gòu)大多應(yīng)用OPEN3000、D5000等自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)完成遠(yuǎn)方遙控操作，但主站防誤閉鎖功能基本缺失。同時(shí)，站端傳統(tǒng)防誤系統(tǒng)無(wú)法自動(dòng)實(shí)時(shí)校核遠(yuǎn)方遙控操作。因此，遙控過(guò)程中任一步驟出現(xiàn)錯(cuò)誤都有可能導(dǎo)致誤操作事件的發(fā)生，危及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，有必要研發(fā)和應(yīng)用智能防誤閉鎖功能，提升遠(yuǎn)方遙控操作技術(shù)水平，改進(jìn)遙控操作安全管控模式，切實(shí)提升電網(wǎng)倒閘操作效率和安全穩(wěn)定水平。

1 總體功能設(shè)計(jì)

集中遙控操作智能防誤閉鎖系統(tǒng)基于電網(wǎng)接線模型分析和防誤規(guī)則框架自定義技術(shù)研發(fā)，利用安全隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)管理信息大區(qū)(Ⅲ區(qū))的智能防誤操作票系統(tǒng)和生產(chǎn)控制大區(qū)(Ⅰ區(qū))的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)(D5000系統(tǒng))間的數(shù)據(jù)交互。其中智能防誤操作票系統(tǒng)包括調(diào)度指令票和監(jiān)控操作票2個(gè)系統(tǒng)?？傮w架構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)構(gòu)建了遙控操作專項(xiàng)路徑和專門界面，實(shí)現(xiàn)了調(diào)度指令智能解析、遙控項(xiàng)目安全校驗(yàn)、操作過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、控制結(jié)果自動(dòng)研判，技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖1 集中遙控操作智能防誤閉鎖技術(shù)總體架構(gòu)

圖2 集中遙控操作智能防誤閉鎖技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)

a.調(diào)度員下達(dá)指令后，將在Ⅲ區(qū)依據(jù)調(diào)度指令自動(dòng)解析的監(jiān)控操作票，傳送至I區(qū)EMS系統(tǒng)，經(jīng)一致性校驗(yàn)、防誤安全校驗(yàn)、模擬預(yù)演通過(guò)后，才開放相應(yīng)設(shè)備遙控權(quán)限，自動(dòng)調(diào)閱相關(guān)設(shè)備畫面。

b.遙控操作過(guò)程中，對(duì)每臺(tái)受控設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)安全校核。校核正確，逐設(shè)備開放遙控權(quán)限，上一設(shè)備操作到位，下一設(shè)備遙控權(quán)限方可開放，其中任一臺(tái)設(shè)備操作不到位，則中止操作。校核錯(cuò)誤，閉鎖遙控權(quán)限，禁止執(zhí)行。

c.遙控操作完畢，自動(dòng)報(bào)告執(zhí)行結(jié)果，并將控制信息返回給監(jiān)控操作票和調(diào)度指令票系統(tǒng)，相關(guān)設(shè)備恢復(fù)閉鎖狀態(tài)。

2 核心技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

2.1 一致性校驗(yàn)

應(yīng)用該系統(tǒng)執(zhí)行遙控操作時(shí)，需要在處于Ⅰ區(qū)的調(diào)度指令票、監(jiān)控操作票和處于Ⅲ區(qū)的D5000系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，必須保證各環(huán)節(jié)、各系統(tǒng)間接收和讀取信息的一致性，才能保證操作執(zhí)行正確，因此需要對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行一致性校驗(yàn)，只有控制對(duì)象的廠站名、設(shè)備名、設(shè)備ID和現(xiàn)有D5000系統(tǒng)中完全一致，控制請(qǐng)求命令才有效，否則直接返回錯(cuò)誤信息，禁止控制。

2.1.1 下發(fā)操作指令語(yǔ)義識(shí)別規(guī)范

約定監(jiān)控操作票格式，通過(guò)Ⅰ/Ⅲ區(qū)數(shù)據(jù)交互，將票面列出的操作設(shè)備信息對(duì)應(yīng)到EMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)生成控制文件。

2.1.2 控制結(jié)果反饋語(yǔ)義識(shí)別規(guī)范

遙控操作全部執(zhí)行完成后，將每臺(tái)設(shè)備遙控操作結(jié)果反饋給智能防誤操作票系統(tǒng)，對(duì)于控制失敗設(shè)備需要返回具體錯(cuò)誤信息。

一致性校驗(yàn)功能由服務(wù)程序負(fù)責(zé)完成，服務(wù)程序布置在固定服務(wù)器，輪詢固定文件夾，獲取由Ⅲ區(qū)上送的文件，以設(shè)備ID為索引獲取廠站ID、廠站中文名和設(shè)備中文名，進(jìn)行校驗(yàn)。

2.2 安全防誤校驗(yàn)

變電站集中監(jiān)控的范圍，從幾個(gè)變電站擴(kuò)大到一個(gè)地區(qū)變電站群的集中監(jiān)控，操作范圍從分站操作擴(kuò)大到分區(qū)操作[2]，客觀上要求完善集中監(jiān)控功能，具備遠(yuǎn)方操作模擬預(yù)演、拓?fù)浞勒`校核等手段，確保操作指令傳輸各環(huán)節(jié)安全、準(zhǔn)確、可靠，嚴(yán)防遙控誤操作[3]。應(yīng)用該系統(tǒng)后，校核結(jié)果正確后，開放遙控權(quán)限，允許執(zhí)行遙控操作。校核結(jié)果錯(cuò)誤時(shí)，閉鎖遙控權(quán)限，禁止執(zhí)行遙控操作。防誤校核內(nèi)容包括“遙控前設(shè)備是否允許進(jìn)行遙控操作”和“遙控后設(shè)備是否遙控操作到位”，校核邏輯綜合判定反映電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀實(shí)時(shí)信息設(shè)備遙信位置、遙測(cè)值(有功功率、無(wú)功功率、電流、電壓)等加以實(shí)現(xiàn)[4]，相關(guān)校核邏輯策略可結(jié)合實(shí)際電網(wǎng)接線情況進(jìn)行逐站、逐設(shè)備自定義維護(hù)。

下面以110 k V電壓等級(jí)電網(wǎng)設(shè)備接線為例，介紹拓?fù)浞勒`規(guī)則如下:啟動(dòng)某一斷路器的遙控操作后，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行拓?fù)浞勒`功能，以該斷路器兩側(cè)為起點(diǎn)，開始逐元件搜索斷路器兩側(cè)連接范圍內(nèi)電氣設(shè)備運(yùn)行情況，搜索至邊界設(shè)備時(shí)停止，并依據(jù)搜索情況判定斷路器遙控條件。根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)的調(diào)度管轄范圍和設(shè)備接線特性將電氣設(shè)備斷開點(diǎn)、變壓器110 k V主進(jìn)斷路器、220 k V變電站的110 k V母線定義為搜索邊界設(shè)備，將220 k V變電站的110 k V母線定義為電源點(diǎn)。

2.2.1 斷路器遙控前防誤校核

2.2.1.1 斷路器遙控合閘條件判別

對(duì)于空載和非空載線路，斷路器遙控合閘后的位置判定條件是不同的，因此斷路器合閘前，首先對(duì)斷路器電壓遙測(cè)值U i進(jìn)行判斷，若|U i|＜1，判斷該線路斷路器合閘后為空載線路；若|U i|＞1，則該線路斷路器合上后非空載線路。執(zhí)行完畢該判定之后，系統(tǒng)再檢驗(yàn)斷路器是否滿足遙控合閘條件，具體如下。

遙控合閘條件判別:擬遙控?cái)嗦菲鞯耐負(fù)浞勒`搜索范圍內(nèi)接地隔離開關(guān)均在斷位(無(wú)接地線)，無(wú)禁止合閘類標(biāo)識(shí)牌時(shí)，系統(tǒng)允許遙合斷路器，否則系統(tǒng)會(huì)發(fā)出禁止合閘信息，并提示告警原因。說(shuō)明:斷路器遙控合閘時(shí)，系統(tǒng)判斷各設(shè)備位置時(shí)只采該設(shè)備的遙信信息，設(shè)備合位為1，設(shè)備分位為0。

對(duì)于變電站斷路器Kzi，將它的第j條完整連通回路標(biāo)記為L(zhǎng)Zij，則該回路的狀態(tài)判斷為:

式中:Fzi為斷路器遙合判定結(jié)果；Dij表示搜索范圍內(nèi)地線(接地開關(guān))情況，該回路無(wú)接地線或者接地開關(guān)均在分位時(shí)Dij=0，否則Dij=1；Eij表示搜索范圍內(nèi)掛牌情況，該回路無(wú)禁止合閘類標(biāo)識(shí)牌時(shí)Eij=0，否則Eij=1。因此，斷路器允許遙控合閘校核條件為:Fzj=0。

2.2.1.2 斷路器遙控分閘條件判別

斷路器遙控分閘前，系統(tǒng)先根據(jù)斷路器電流遙測(cè)值Ii判定是否為空載線路，若|Ii|＜10，判斷該線路為空載線路，若|Ii|＞10，則判斷該線路非空載線路。執(zhí)行完畢該判定之后，系統(tǒng)再檢驗(yàn)斷路器是否滿足遙控分閘條件。

遙控分閘條件判別:判斷為空載線路時(shí)斷路器可直接遙控分閘；非空載線路斷路器分閘后需保證斷路器兩側(cè)均不會(huì)造成設(shè)備停電，對(duì)擬遙控非空載斷路器進(jìn)行拓?fù)浞勒`搜索，斷路器兩側(cè)均存在220 k V變電站的110 k V母線作為搜索邊界時(shí)，系統(tǒng)允許遙分?jǐn)嗦菲鳎駝t系統(tǒng)發(fā)出禁止分閘信息，并提示告警原因。

非空載線路斷路器遙控分閘時(shí)，系統(tǒng)判斷各斷路器位置時(shí)綜合遙信和遙測(cè)信息，滿足Zi=W∩(CP∪CQ)∩CI=1的條件時(shí)，判定斷路器在合位，否則Zi=0時(shí)，判定斷路器在分位；系統(tǒng)判斷各隔離開關(guān)位置時(shí)只采該隔離開關(guān)的遙信信息，設(shè)備合位為1，設(shè)備分位為0。

2.2.2 斷路器遙控后防誤校核

2.2.2.1 斷路器遙控合閘到位校核

系統(tǒng)對(duì)斷路器遙控執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行校核，合閘到位判斷條件為Zi=1。

對(duì)空載斷路器，校核條件為斷路器合位和電壓遙測(cè)值正常，即:

對(duì)非空載斷路器，校核條件為斷路器合位、電流和有功無(wú)功遙測(cè)值正常，即:

2.2.2.2 斷路器遙控分閘到位校核

斷路器遙控分閘后，系統(tǒng)會(huì)對(duì)執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行校核，分閘到位判斷條件為Zi=0。

對(duì)空載斷路器，校核條件為斷路器分位和電壓遙測(cè)值為0，即:

對(duì)非空載斷路器，校核條件為斷路器分位、電流和有功無(wú)功遙測(cè)值為0，即:

上述各式中:Zi為斷路器位置的真值判斷；W為Ki斷路器的位置，合位取1，分位取0；CU為Ki斷路器電壓Ui是否有值的判斷，若|Ui|＞1，則CU=1，否則CU=0；CP為Ki斷路器無(wú)功Pi是否有值的判斷，若|Pi|＞1，則CP=1，否則CP=0；CQ為Ki斷路器有功Qi是否有值的判斷，若|Qi|＞1，則CQ=1，否則CQ=0；CI為Ki斷路器電流Ii是否有值的判斷，若|Ii|＞10，則CI=1，否則CI=0。根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際統(tǒng)計(jì)，Ui的臨界值取1 k V，Pi和Qi的臨界值分別取1 MW和1 Mvar，Ii的臨界值取10 A。

2.3 遙控智能執(zhí)行

服務(wù)端程序讀取控制文件，經(jīng)校驗(yàn)通過(guò)后，將設(shè)備ID、當(dāng)前狀態(tài)、控制目標(biāo)結(jié)果等通過(guò)消息發(fā)送各客戶端程序，客戶端所在的工作站通過(guò)配置文件的方式讀取。客戶端所在的工作站收到消息后D5000系統(tǒng)自動(dòng)彈出遙控操作執(zhí)行界面，在畫面最上層顯示，并根據(jù)智能防誤操作票系統(tǒng)發(fā)送的控制序列請(qǐng)求信息，將需要控制的設(shè)備對(duì)象及其控制狀態(tài)，按照操作步驟和順序成列表形式在執(zhí)行界面上半部分顯示，將當(dāng)前準(zhǔn)備執(zhí)行或正在執(zhí)行的畫面自動(dòng)調(diào)出，在遙控執(zhí)行界面下半部分顯示。該界面下具備“單步”和“連續(xù)”2種操作模式，操作人員可根據(jù)需要靈活選擇應(yīng)用。

選擇“單步”模式執(zhí)行遙控操作時(shí)，操作人先點(diǎn)擊“遙控預(yù)置”按鈕，輸入用戶名和密碼后，將遙控請(qǐng)求發(fā)送至另一臺(tái)D5000監(jiān)控機(jī)，監(jiān)護(hù)人核對(duì)內(nèi)容無(wú)誤輸入用戶名和密碼后監(jiān)護(hù)通過(guò)，操作人點(diǎn)擊“遙控執(zhí)行”按鈕即可啟動(dòng)遙控操作。同一操作任務(wù)包括多臺(tái)設(shè)備時(shí)，在一臺(tái)設(shè)備執(zhí)行完畢之后，點(diǎn)擊“下一個(gè)”按鈕，即可按順序啟動(dòng)下一設(shè)備遙控操作，無(wú)需操作人和監(jiān)護(hù)人重復(fù)輸入用戶名和密碼，即一項(xiàng)遙控操作任務(wù)包含多臺(tái)設(shè)備時(shí)，只需輸入一次口令，遙控過(guò)程中只需進(jìn)行簡(jiǎn)單人工干預(yù)操作。

選擇“連續(xù)”模式執(zhí)行遙控操作時(shí)，操作人和監(jiān)護(hù)人分別輸入用戶名和密碼，點(diǎn)擊“遙控執(zhí)行”按鈕啟動(dòng)遙控操作后，無(wú)需再進(jìn)行人工干預(yù)操作，即可將全部設(shè)備遙控執(zhí)行完畢，即一項(xiàng)遙控操作任務(wù)，只需輸入一次口令，遙控過(guò)程中無(wú)需進(jìn)行人工干預(yù)操作。

遙控過(guò)程中，系統(tǒng)檢測(cè)到某一步驟操作不到位時(shí)，不允許執(zhí)行下一設(shè)備遙控操作，“下一步”按鈕呈灰色不可選擇執(zhí)行的狀態(tài)，此時(shí)允許監(jiān)護(hù)人點(diǎn)擊“遙控預(yù)置”按鈕重新啟動(dòng)一次當(dāng)前設(shè)備的遙控操作。若當(dāng)前設(shè)備確實(shí)無(wú)法執(zhí)行遙控操作時(shí)，點(diǎn)擊“遙控取消”即可結(jié)束本次遙控操作任務(wù)。

3 案例應(yīng)用分析

在圖3運(yùn)行方式下，110 k V黃明變電站采用單母分段接線方式，由110 k V肖黃線供全站負(fù)荷，110柏黃線充電備用，對(duì)黃明變電站肖黃線151斷路器遙控分閘時(shí)，啟動(dòng)151斷路器的遙控操作后，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行拓?fù)浞勒`功能，以151斷路器兩側(cè)為起點(diǎn)，開始逐元件搜索斷路器兩側(cè)連接范圍內(nèi)電氣設(shè)備運(yùn)行情況，151-5隔離開關(guān)側(cè)搜索至肖城站110 k V 2號(hào)母線時(shí)停止。151-1隔離開關(guān)側(cè)搜索至黃明變電站2號(hào)主變圧器、1號(hào)主變圧器、152斷路器時(shí)停止。

圖3 典型電網(wǎng)運(yùn)行方式

此時(shí)，因151-1隔離開關(guān)側(cè)未搜索到電源點(diǎn)，遙控分閘黃明變電站肖黃線151斷路器后會(huì)造成黃明變電站110 k V 1號(hào)母線、2號(hào)母線、1號(hào)主變圧器、2號(hào)主變圧器停電，則禁止遙控分閘黃明變電站151斷路器，并進(jìn)行告警提示。

4 應(yīng)用效果分析

目前，智能防誤閉鎖系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)系統(tǒng)倒方式、線路停送電等操作任務(wù)。截至2019年8月31日，已執(zhí)行調(diào)度指令3 561項(xiàng)，監(jiān)控操作票4 903張，正確率均達(dá)到100%。

a.有效解決無(wú)約束式遙控功能安全隱患。該系統(tǒng)具備完善的遙控權(quán)限管理機(jī)制和遙控操作防誤閉鎖技術(shù)，能夠安全可靠的實(shí)現(xiàn)調(diào)度指令票、遙控操作票、遙控執(zhí)行的人機(jī)聯(lián)合安全把關(guān)，強(qiáng)制性的實(shí)現(xiàn)了“調(diào)度指令票內(nèi)容”-“監(jiān)控操作票內(nèi)容”-“實(shí)際遙控設(shè)備”三者的一致性，實(shí)現(xiàn)“調(diào)度下令”-“監(jiān)控接令”-“遙控執(zhí)行”的全過(guò)程安全管控，完全杜絕了遙控操作誤填票、誤選擇、誤執(zhí)行的安全隱患，確保遠(yuǎn)方遙控操作的安全性和正確性。

b.大幅提升遙控操作效率。能夠自動(dòng)識(shí)別和解析調(diào)度指令，自動(dòng)生成監(jiān)控操作票和D5000系統(tǒng)識(shí)別的程序，無(wú)需人工填寫遙控操作票。操作過(guò)程中操作人和監(jiān)護(hù)人只需分別輸入1次口令，即可完成多臺(tái)設(shè)備的遠(yuǎn)方遙控操作，倒閘操作效率大幅提升。

5 結(jié)束語(yǔ)

為有效防止遙控誤操作的發(fā)生，通過(guò)闡述泛在電力物聯(lián)網(wǎng)背景下，應(yīng)用基于電網(wǎng)接線模型分析和防誤規(guī)則框架的智能防誤閉鎖技術(shù)實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)，為遠(yuǎn)方遙控操作安全開展提供了一種解決思路和技術(shù)方案，不僅通過(guò)遙控操作權(quán)限管理和安全防誤校核，確保了遠(yuǎn)方遙控操作的正確性和安全性，而且通過(guò)對(duì)調(diào)度下令到遙控操作整個(gè)過(guò)程的閉環(huán)管理和自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用，大幅提高了遙控操作效率。