李廣淵，顧 穎，郭小江

(國網(wǎng)冀北電力有限公司北京超高壓公司,北京 房山 102488)

一鍵順控技術(shù)是近幾年在變電站興起的倒閘操作模式，該種倒閘操作模式，具備操作項(xiàng)目軟件預(yù)制、操作任務(wù)模塊式搭建、設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)判別、防誤聯(lián)鎖智能校核、操作步驟一鍵啟動(dòng)和操作過程自動(dòng)順序執(zhí)行等功能。一鍵順控技術(shù)有利于提升倒閘操作的安全性，有利于減人增效，有利于杜絕操作中的人為失誤，因而在國家電網(wǎng)有限公司系統(tǒng)得到了快速推廣，截至2021年4月，國家電網(wǎng)有限公司系統(tǒng)共建設(shè)變電站一鍵順控1154座，完成一鍵順控技術(shù)改造3026座，一鍵順控技術(shù)仍在蓬勃發(fā)展中。

目前隔離開關(guān)的“雙位置確認(rèn)”主要有行程開關(guān)法、壓力傳感器法、姿態(tài)測量法，視頻圖像識(shí)別以上方法均可以反映設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，因而在一鍵順控改造獲得了運(yùn)用。但是這些方法共同的特點(diǎn)是驗(yàn)收時(shí)依賴于設(shè)備的實(shí)際位置改變。因而設(shè)備驗(yàn)收依賴于停電計(jì)劃，500 kV變電站由于在系統(tǒng)中處在核心地位，停電為部分停電，依據(jù)輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)于停電試驗(yàn)，試驗(yàn)周期最長為基準(zhǔn)周期的1.5倍再加1。輸變電設(shè)備基準(zhǔn)周期為3年的，在危及運(yùn)行的異常缺陷且最后一次評(píng)價(jià)為正常狀態(tài)的停電例行試驗(yàn)周期可以延長，但試驗(yàn)周期最長不超過5.5年。這樣變電站全部設(shè)備停電一輪的設(shè)備基本上5～6年，專門為一鍵順控驗(yàn)收申請(qǐng)停電受制于電力系統(tǒng)的停電計(jì)劃平衡和停電窗口，很難實(shí)現(xiàn)，相比一鍵順控的改造進(jìn)度而言，驗(yàn)收進(jìn)度高度滯后，制約了一鍵順控技術(shù)的應(yīng)用。但目前國內(nèi)外還沒有在一次設(shè)備帶電的情況下，進(jìn)行一鍵順控系統(tǒng)功能邏輯、位置判據(jù)驗(yàn)證的相關(guān)研究。因而研制一種不依賴于停電的驗(yàn)收平臺(tái)，很有必要。

1 基于視頻圖像識(shí)別的500 kV智能變電站一鍵順控系統(tǒng)簡介

某500 kV變電站是連接天津和冀北電網(wǎng)的樞紐站，為一個(gè)智能站，安裝兩組120 MVA主變，500 kV系統(tǒng)為3/2斷路器接線，HGIS設(shè)備；220 kV為雙母線雙分段設(shè)備，GIS設(shè)備；66 kV單母線接線帶無功補(bǔ)償設(shè)備，全部為敞開式設(shè)備。在2020年9月開始進(jìn)行一鍵順控改造，施工改造完成過后，由于受停電窗口影響，未能及時(shí)進(jìn)行停電驗(yàn)收。該站改造的一鍵順控系統(tǒng)，是基于視頻圖像識(shí)別的500 kV智能變電站一鍵順控系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 某站基于圖像識(shí)別的的500 kV智能變電站一鍵順控系統(tǒng)

這套系統(tǒng)由順控主機(jī)、智能防誤主機(jī)、主要判據(jù)和輔助判據(jù)組成，順控主機(jī)實(shí)現(xiàn)操作項(xiàng)目軟件預(yù)制、操作任務(wù)模塊式搭建操作步驟一鍵啟動(dòng)和操作過程自動(dòng)順序執(zhí)行，智能防誤主機(jī)實(shí)現(xiàn)操作任務(wù)的智能防誤校核，該系統(tǒng)設(shè)備位置的主要判據(jù)來源于監(jiān)控系統(tǒng)的遙測和遙信，在變電站投產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)行了調(diào)試和運(yùn)行，確保其正確性。設(shè)備位置的輔助判據(jù)來源于高清視頻和智能機(jī)器人聯(lián)合自動(dòng)巡檢系統(tǒng)平高，屬于基于圖像識(shí)別的輔助判據(jù)。4個(gè)模塊通過變電站的MMS網(wǎng)連接。

一鍵順控圖像識(shí)別系統(tǒng)由高清攝像機(jī)、硬盤錄像機(jī)、順控視頻分析主機(jī)、轉(zhuǎn)換裝置（通信網(wǎng)管）、正向隔離裝置、測控裝置組成，通過圖像識(shí)別完成輔助判據(jù)確認(rèn)。

2 聯(lián)合驗(yàn)收平臺(tái)設(shè)計(jì)的目的、設(shè)計(jì)原則及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

一鍵順控系統(tǒng)驗(yàn)收的目的在于驗(yàn)收設(shè)備位置雙確認(rèn)的正確性，驗(yàn)收五防規(guī)則的完善性，驗(yàn)證一鍵順控發(fā)生的連續(xù)性，驗(yàn)證一鍵順控倒閘操作任務(wù)完成的流暢度，驗(yàn)證一鍵順控倒閘操作票的正確性。依據(jù)一鍵順控形成合理的倒閘操作流程。因而一鍵順控平臺(tái)在設(shè)計(jì)上應(yīng)滿足高效性與安全性，高效性是指的通過平臺(tái)實(shí)現(xiàn)不依賴于停電的驗(yàn)收，安全性指的是在驗(yàn)收過程中保證系統(tǒng)的、網(wǎng)絡(luò)的、人身的安全。

考慮以上要求，采用虛實(shí)結(jié)合的驗(yàn)收方式，一鍵順控系統(tǒng)的順控主機(jī)、智能防誤主機(jī)、圖像識(shí)別采用工程設(shè)備，設(shè)備位置所需的遙測遙信，圖像姿態(tài)則采用虛擬仿真的形式。

考慮網(wǎng)絡(luò)安全要求，構(gòu)建虛擬以太網(wǎng)，順控主機(jī)、智能防誤主機(jī)、圖像識(shí)別系統(tǒng)與仿真測試系統(tǒng)不能利用智能站現(xiàn)有的MMS網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)通過離線組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能站MMS仿真系統(tǒng)、順控輔助判據(jù)驗(yàn)證系統(tǒng)與一鍵順控系統(tǒng)的相互組網(wǎng)，滿足智能站一鍵順控系統(tǒng)離線驗(yàn)收硬件條件，搭建聯(lián)合驗(yàn)收平臺(tái)。

圖2 一鍵順控功能離線驗(yàn)收平臺(tái)搭建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.1 MMS仿真測試系統(tǒng)

結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及成果，智能變電站一鍵順控功能測試驗(yàn)收平臺(tái)的研發(fā)應(yīng)設(shè)計(jì)智能變電站MMS仿真測試系統(tǒng)使之為一鍵順控驗(yàn)證提供完整的與實(shí)際變電站運(yùn)行特性一致的仿真環(huán)境。

2.1.1 基于DOM的SCD文件解析

SCD為變電站IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中substation configuration description的縮寫，即全站系統(tǒng)配置文件。SCD文件采用XML語言進(jìn)行編寫，對(duì)于XML文件的解析目前有兩種方案。一種是DOM方案，另一種是SAX方案。前者的優(yōu)點(diǎn)是訪問方便，缺點(diǎn)是占用內(nèi)存較大；后者的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)存占用小，缺點(diǎn)是訪問不方便。考慮到SCD文件本身不會(huì)特別大，所以本方案采用DOM方案進(jìn)行解析。

2.2.2 基于MMS協(xié)議的多裝置仿真技術(shù)

制造報(bào)文規(guī)范（MMS）是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的應(yīng)用層的通信標(biāo)準(zhǔn),適用于多種工業(yè)領(lǐng)域。最新國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61850作為未來電力系統(tǒng)無縫通信體系的基礎(chǔ),其底層映射到MMS，IEC 61850只應(yīng)用了MMS基礎(chǔ)規(guī)范的其中一部分，因此MMS仿真測試系統(tǒng)采用基于MMS協(xié)議的多裝置仿真技術(shù)。

2.2.3 基于圖模一體化的穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)潮流計(jì)算

位置雙確認(rèn)要求測試系統(tǒng)仿真模擬出倒閘操作后的潮流數(shù)據(jù)，電力系統(tǒng)潮流計(jì)算屬于穩(wěn)態(tài)分析范疇，不涉及系統(tǒng)元件的動(dòng)態(tài)特性和過渡過程。因此其數(shù)學(xué)模型不包含微分方程，采用高階非線性方程。通過對(duì)電力二次設(shè)備建模，包括電流互感器、電壓互感器、開關(guān)算法、信號(hào)轉(zhuǎn)換器等，二次算法模型，負(fù)責(zé)從潮流計(jì)算獲取一次數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為監(jiān)控后臺(tái)需要的數(shù)據(jù)。負(fù)責(zé)接收遙控指令下發(fā)給潮流計(jì)算模塊，潮流計(jì)算模塊重新調(diào)整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，計(jì)算潮流數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上送算法模型，最終通過MMS協(xié)議上送給一鍵順控主機(jī)。

圖3 變電站實(shí)際設(shè)備與測試系統(tǒng)對(duì)照?qǐng)D

某變電站在2015年投產(chǎn)，變電站監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試與變電站實(shí)際設(shè)備信號(hào)完全一致，以此為基準(zhǔn)，通過MMS仿真測試系統(tǒng)與變電站監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，確保虛擬遙信、遙測的完全正確實(shí)時(shí)上行以及一鍵順控主機(jī)對(duì)于MMS仿真測試系統(tǒng)的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)“一鍵順控票”的逐項(xiàng)、逐條的驗(yàn)證，保證一鍵順控操作票的測試驗(yàn)證結(jié)果與站內(nèi)現(xiàn)場實(shí)際操作結(jié)果一致。

2.2 雙位置確認(rèn)的驗(yàn)收

2.2.1 斷路器的雙確認(rèn)

依據(jù)國家電網(wǎng)“在運(yùn)變電站一鍵順控改造技術(shù)規(guī)范”，斷路器的雙確認(rèn)采用遙測+遙信的方式。

開關(guān)分位：區(qū)監(jiān)控開關(guān)分位，本間隔三相電流由有電流（＞門檻值）變無電流（＜門檻值）。

開關(guān)合位：區(qū)監(jiān)控開關(guān)合位，本間隔三相電流由無電流（＜門檻值）變有電流（＞門檻值）

因而斷路器的雙確認(rèn)驗(yàn)收可由MMS仿真系統(tǒng)模擬。

2.2.2 隔離開關(guān)的雙確認(rèn)

依據(jù)國家電網(wǎng)“變電站一鍵順控技術(shù)導(dǎo)則”隔離開關(guān)的雙確認(rèn)采用遙信+圖像識(shí)別輔助判據(jù)遙信判斷依據(jù)。

隔離開關(guān)分位：區(qū)監(jiān)控隔離開關(guān)分位，公用測控隔離開關(guān)分位由0→1，公用測控隔離開關(guān)合位由1→0。

隔離開關(guān)合位：區(qū)監(jiān)控隔離開關(guān)合位，公用測控隔離開關(guān)分位由1→0，公用測控隔離開關(guān)合位由0→1。

特別指出，對(duì)于GIS隔離開關(guān)圖像識(shí)別輔助判據(jù)來源于DVR的圖像識(shí)別。

在隔離開關(guān)的合分過程中，當(dāng)ABC三項(xiàng)任意一項(xiàng)失敗時(shí)，狀態(tài)節(jié)點(diǎn)輸出均為1，故此時(shí)只要SCADA信號(hào)輸入為分時(shí)直接輸出001，SCADA信號(hào)輸入為合時(shí)直接輸出011。表1中“任何一項(xiàng)失敗”4種分類為詳細(xì)解釋，輸出僅有001和011。

表1 “任何一項(xiàng)失敗”4種分類為詳細(xì)解釋，輸出僅有001和011

隔離開關(guān)的雙確認(rèn)驗(yàn)收采用MMS仿真系統(tǒng)模擬遙信變位，GIS隔離開關(guān)（DS）姿態(tài)模擬器模擬圖像識(shí)別的模式。

2.3 GIS隔離開關(guān)（DS）姿態(tài)模擬器的研制

以前在工程應(yīng)用中，基于圖像識(shí)別的的500 kV智能變電站一鍵順控系統(tǒng)的圖像識(shí)別成功率不高，分析原因，一是隔離開關(guān)的分閘樣本不足，由于電氣設(shè)備大部分時(shí)間為運(yùn)行狀態(tài)，因而隔離開關(guān)分閘的樣本數(shù)量遠(yuǎn)少于合閘的樣本數(shù)量。二是圖像識(shí)別易受天氣、日照等影響，包括早晨、中午、黃昏、夜晚、陰天、雨天、霧天、雪天，設(shè)備位置呈現(xiàn)不同形態(tài)，影響到圖像識(shí)別成功率。歸根結(jié)底的原因仍是樣品不足。

這就需要研制不依賴于倒閘操作的三維的GiS隔離開關(guān)（DS）姿態(tài)模擬器，給圖像識(shí)別系統(tǒng)提供盡可能多的學(xué)習(xí)樣本，做到多角度、多場景、多環(huán)境模擬一次設(shè)備分合位置姿態(tài)變化，提高圖像識(shí)別成功率。

一鍵順控驗(yàn)收中隔離開關(guān)位置雙確認(rèn)的驗(yàn)收方法為：一鍵順控主機(jī)進(jìn)行模擬倒閘操作——智能變電站MMS仿真系統(tǒng)向順控主機(jī)提供隔離開關(guān)變位的仿真信息，DS姿態(tài)模擬器提供隔離開關(guān)位置模擬的圖像識(shí)別信息，該圖像識(shí)別信息經(jīng)過視頻主機(jī)，轉(zhuǎn)化為開關(guān)量，從而完成隔離開關(guān)模擬變位的判斷。

研制的GIS成套電氣裝置中DS姿態(tài)視頻模擬器有操作手柄、面板、分合閘位置指示、拐臂機(jī)構(gòu)、阻尼器、限位器、固定螺絲等零件構(gòu)成，安裝在GIS成套電氣裝置中DS的機(jī)構(gòu)葙正面，運(yùn)維人員轉(zhuǎn)動(dòng)手柄進(jìn)行操作，可以模擬產(chǎn)生和GIS成套電氣裝置中DS分合閘高度相似位置的指示，DVR采集到模擬的刀閘位置后，由視頻主機(jī)計(jì)算并由測控裝置上傳轉(zhuǎn)化開關(guān)量，作為一鍵順控的刀閘輔助判據(jù)，供一鍵順控裝置判斷。

DS姿態(tài)視頻模擬器不影響設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行，不會(huì)降低設(shè)備的性能，可提供聯(lián)合驗(yàn)收平臺(tái)不依賴倒閘操作的刀閘位置輔助判據(jù)，圖4所示。

圖4 隔離開關(guān)位置雙確認(rèn)的驗(yàn)收邏輯

3 聯(lián)合驗(yàn)收平臺(tái)的測試

2021年11月2日，聯(lián)合驗(yàn)收平臺(tái)在500 kV某變電站進(jìn)行了驗(yàn)收測試。

首先進(jìn)行分步測試，重點(diǎn)測試MMS仿真系統(tǒng)和圖像識(shí)別系統(tǒng)輔助判據(jù)，圖5所示。

圖5 GIS成套電氣裝置中DS姿態(tài)視頻模擬器

3.1 一鍵順控MMS仿真測遙測遙信測試流程

順控主機(jī)與仿真測試系統(tǒng)通過MMS協(xié)議連接；順控主機(jī)開始順控操作，并下發(fā)投退軟壓板、開關(guān)分合遙控指令；

測試主機(jī)接收遙控指令，并進(jìn)行邏輯判斷；

測試主機(jī)改變潮流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

測試主機(jī)上送遙信、遙測數(shù)據(jù)；

順控主機(jī)接收數(shù)據(jù)，并進(jìn)行順控邏輯驗(yàn)證；

順控主機(jī)下發(fā)下一個(gè)遙控操作，依次往復(fù)，直至順控執(zhí)行完畢。

3.2 輔助判據(jù)圖像識(shí)別系統(tǒng)測試

綜自系統(tǒng)（順控后臺(tái)主機(jī)），預(yù)置信號(hào)采用基于UDP協(xié)議，通過9300端口，以E文件方式，通過正向隔離裝置內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)口0，將分合閘位置信息傳送到Ⅳ區(qū)順控視頻分析主機(jī)（順控視頻分析主機(jī)通過交換機(jī)接入正向隔離外網(wǎng)網(wǎng)口0）。

順控視頻分析主機(jī)接受到隔離開關(guān)分合遙信預(yù)置信號(hào)，根據(jù)聯(lián)動(dòng)方案，調(diào)用攝像機(jī)，觀察隔離開關(guān)外觀全景，確保操作前狀態(tài)清晰可見，后臺(tái)同步錄像。

順控后臺(tái)下達(dá)操作信號(hào)，隔離開關(guān)進(jìn)行變位，隔離開關(guān)變位后，同時(shí)順控后臺(tái)發(fā)送變位信號(hào)至順控視頻主機(jī)。

順控視頻分析主機(jī)接收到遙信隔離開關(guān)分合變位信號(hào)，根據(jù)聯(lián)動(dòng)方案，調(diào)用攝像機(jī)，對(duì)隔離開關(guān)進(jìn)行視頻分析。分析結(jié)果通過通信網(wǎng)管轉(zhuǎn)換，采用無源接點(diǎn)返回測控裝置，并保持隔離開關(guān)狀態(tài)，返回隔離開關(guān)信號(hào)

現(xiàn)場實(shí)際會(huì)對(duì)一組開關(guān)隔離開關(guān)使用不止一個(gè)攝像頭進(jìn)行分析，包括室外開關(guān)隔離開關(guān)和室內(nèi)開關(guān)分合指示器。

支持對(duì)多個(gè)攝像頭的分析結(jié)果進(jìn)行組合判斷：所有分析結(jié)果成功且一致時(shí)，組合輸出結(jié)果（分、合）；存在任何一個(gè)分析失敗或者結(jié)果不一致時(shí)，組合輸出結(jié)果（失?。?。

輔助判定反饋給綜自系統(tǒng)，如果與主判據(jù)匹配，則綜自系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行后續(xù)操作，否則綜自系統(tǒng)會(huì)彈出告警，人工介入。

3.3 分步測試后，進(jìn)行綜合測試

綜合測試由一鍵順控主機(jī)、智能防誤主機(jī)、MMS仿真測試系統(tǒng)、圖像識(shí)別別系統(tǒng)、刀閘姿態(tài)模擬器等離線協(xié)同完成。操作人員使用一鍵順控主機(jī)選擇當(dāng)前設(shè)備態(tài)及目標(biāo)設(shè)備態(tài)，調(diào)用一鍵順控主機(jī)內(nèi)提前預(yù)制的操作票，經(jīng)智能防誤主機(jī)和一鍵順控主機(jī)防誤雙校核后，由一鍵順控主機(jī)將操作指令通過MMS仿真測試系統(tǒng)下發(fā)指令上傳虛擬遙測遙信信息，刀閘姿態(tài)模擬器發(fā)生虛擬位置改變，實(shí)現(xiàn)一鍵順控主機(jī)主機(jī)完成操作序列。

以某站的5011間隔和2211間隔進(jìn)行綜合測試，操作任務(wù)為5011斷路器由運(yùn)行轉(zhuǎn)冷備用，5011斷路器由冷備用轉(zhuǎn)運(yùn)行，2211由運(yùn)行轉(zhuǎn)冷備用；2211由冷備用轉(zhuǎn)運(yùn)行，如圖6所示。

圖6 5011開關(guān)由運(yùn)行轉(zhuǎn)冷備用順控典型操作任務(wù)

經(jīng)過測試，虛實(shí)結(jié)合的500 kV智能變電站一鍵順控聯(lián)合驗(yàn)收平臺(tái)完全符合要求，用于某站工程驗(yàn)收實(shí)際，在11月完成一鍵順控改造，順利投產(chǎn)，如圖7所示。

圖7 5011-2隔離開關(guān)雙確認(rèn)虛擬測試平臺(tái)驗(yàn)證結(jié)果

4 結(jié)束語

對(duì)于基于圖像識(shí)別的的500 kV智能變電站而言，能夠通過MMS仿真測試系統(tǒng)與圖像識(shí)別系統(tǒng)線下組網(wǎng)和研制刀閘姿態(tài)模擬器構(gòu)建實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的500 kV智能變電站一鍵順控聯(lián)合驗(yàn)收平臺(tái)，其驗(yàn)收效果和系統(tǒng)停電實(shí)傳相同。

虛實(shí)結(jié)合的500 kV智能變電站一鍵順控聯(lián)合驗(yàn)收平臺(tái)，不依賴于系統(tǒng)停電，大大加快了基于圖像識(shí)別的一鍵順控技術(shù)改造的驗(yàn)收進(jìn)度，從而對(duì)于一鍵順控改造的投產(chǎn)進(jìn)度給與有力推進(jìn)。

一鍵順控系統(tǒng)技術(shù)改造應(yīng)用中需要進(jìn)一步完善規(guī)范，及時(shí)應(yīng)對(duì)一鍵順控操作對(duì)于倒閘操作“八要八步”的沖擊。