鄺代華

一種變電站二次防誤功能實現(xiàn)方法

鄺代華

（珠海優(yōu)特電力科技股份有限公司，廣東 珠海 519000）

變電站二次設(shè)備如果出現(xiàn)誤操作，極易引起繼電保護(hù)拒動、誤動，從而引發(fā)電網(wǎng)事故。目前，變電站二次設(shè)備防誤措施相對缺失，因此本文提出一種變電站二次設(shè)備操作防誤實現(xiàn)方法，通過綜合分析變電站內(nèi)各二次設(shè)備類型、功能，從二次設(shè)備建模、二次設(shè)備狀態(tài)采集、二次防誤規(guī)則、二次防誤算法等方面闡述二次防誤功能的實現(xiàn)思路，給出一種二次防誤解決方案。工程實際應(yīng)用表明，在變電站防誤閉鎖系統(tǒng)中集成二次防誤功能，能夠避免二次設(shè)備的誤操作，提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平，為設(shè)備安全操作提供有效的技術(shù)保障。

變電站；二次防誤；建模；規(guī)則；狀態(tài)采集

0 引言

微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)作為變電站系統(tǒng)的重要一環(huán)，已成為防止電氣誤操作的關(guān)鍵技術(shù)手段，在防止電氣誤操作、保障作業(yè)現(xiàn)場人身安全及電網(wǎng)安全方面起到了一定作用，但已有的微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)只是針對一次設(shè)備操作防誤，鮮見針對二次防誤的技術(shù)手段。變電站內(nèi)二次設(shè)備數(shù)量和種類多，二次設(shè)備操作如果出現(xiàn)差錯，容易造成繼電保護(hù)拒動或誤動的嚴(yán)重電網(wǎng)事故，國內(nèi)因二次誤操作導(dǎo)致的電網(wǎng)事故屢見不鮮，近年二次防誤相關(guān)研究逐漸得到關(guān)注和重視[1-5]。隨著遠(yuǎn)方單步遙控、程序化操作等模式得到深化推進(jìn)，二次防誤逐步成為防止電網(wǎng)電氣誤操作關(guān)注的重點，也是防誤技術(shù)的發(fā)展方向。為保障變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對二次防誤進(jìn)行研究，力求實現(xiàn)二次防誤功能的實用化。

目前，國內(nèi)部分學(xué)者對變電站內(nèi)設(shè)備二次防誤進(jìn)行了研究，如依據(jù)主動防誤技術(shù)原則，綜合考慮一、二次設(shè)備運(yùn)行情況，采用就地防誤技術(shù)，建立涵蓋變電站內(nèi)所有電氣設(shè)備的防誤系統(tǒng)。國內(nèi)現(xiàn)有關(guān)于變電站設(shè)備二次防誤的研究[6-10]仍存在不足，如未考慮一次設(shè)備操作至運(yùn)行狀態(tài)時判別二次設(shè)備狀態(tài)，同時忽略了二次設(shè)備與一次設(shè)備操作聯(lián)動 防誤。

因此，為實現(xiàn)變電站內(nèi)二次防誤功能，本文首先對變電站內(nèi)各二次裝置、二次設(shè)備類型、功能進(jìn)行分析，然后對二次設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，采集二次設(shè)備實際狀態(tài)，制定二次防誤規(guī)則[11-12]，在防誤系統(tǒng)中通過設(shè)備模擬操作預(yù)演等環(huán)節(jié)來實現(xiàn)二次防誤功能，最后通過實踐應(yīng)用表明，變電站防誤閉鎖系統(tǒng)（以下簡稱防誤系統(tǒng)）中集成二次防誤功能，可避免因二次設(shè)備狀態(tài)或操作異常引起繼電保護(hù)拒動、誤動的嚴(yán)重電網(wǎng)事故，能提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平，為設(shè)備安全操作提供有效技術(shù)支撐。

1 二次設(shè)備建模

二次設(shè)備建模主要實現(xiàn)在防誤系統(tǒng)中以數(shù)學(xué)模型方式定義二次設(shè)備對象，描述二次設(shè)備對象的基本屬性，形成二次設(shè)備對象之間及與一次設(shè)備對象的映射關(guān)系，并在防誤系統(tǒng)中建立二次設(shè)備的相關(guān)圖模和數(shù)據(jù)模型，作為后續(xù)二次防誤功能實現(xiàn)的一個關(guān)鍵數(shù)據(jù)源。

二次新增設(shè)備類型如圖1所示。

圖1 二次新增設(shè)備類型

針對變電站內(nèi)各個二次裝置的不同功能，在防誤系統(tǒng)中對各個裝置具體的功能類型進(jìn)行定義，防誤系統(tǒng)根據(jù)不同的二次裝置功能類型，通過軟件自動匹配相關(guān)的二次防誤規(guī)則進(jìn)行計算。本文設(shè)置二次裝置類型表示例見表1。

針對變電站內(nèi)各種典型二次設(shè)備（硬壓板、軟壓板、空氣開關(guān)、切換把手和異常信號），分析其實際應(yīng)用中的功能，進(jìn)行具體的二次設(shè)備功能類型定義，防誤系統(tǒng)根據(jù)不同的二次設(shè)備類型，通過軟件自動匹配相關(guān)的二次防誤規(guī)則進(jìn)行計算。本文設(shè)置二次設(shè)備類型表示例見表2。

二次裝置和二次設(shè)備的功能類型定義為二次裝置和二次設(shè)備的數(shù)據(jù)配置服務(wù)。本文通過定義二次裝置、二次設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對二次裝置類型、對應(yīng)一次設(shè)備、對應(yīng)二次裝置等重要屬性進(jìn)行配置，建立各二次設(shè)備與一次設(shè)備、各二次設(shè)備與二次裝置之間的對應(yīng)關(guān)系。二次裝置表示例見表3，二次設(shè)備表示例見表4。

表1 二次裝置類型表示例

將一個變電站內(nèi)全部二次裝置和二次設(shè)備數(shù)據(jù)屬性分析配置完成后，最終匯總成一個全站二次防誤數(shù)據(jù)表，該數(shù)據(jù)表包含各二次裝置與一次設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系、二次設(shè)備與一次設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系、二次設(shè)備與二次裝置的關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)成全站二次設(shè)備關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，形成二次防誤功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)。全站二次設(shè)備關(guān)系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

表2 二次設(shè)備類型表示例

表3 二次裝置表示例

表4 二次設(shè)備表示例

圖2 全站二次設(shè)備關(guān)系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2 保護(hù)投入及操作原則制定

二次防誤主要解決一次設(shè)備無保護(hù)操作至運(yùn)行狀態(tài)、二次設(shè)備操作影響運(yùn)行中的設(shè)備兩大關(guān)鍵問題。解決問題的前提是明確保護(hù)功能投入的原則，分析何種二次設(shè)備操作會影響保護(hù)功能投入條件，通過分析各種繼電保護(hù)裝置工程應(yīng)用時的功能投入情況，得出保護(hù)功能投入的關(guān)鍵組成條件。下面以220kV線路保護(hù)為例進(jìn)行說明。線路保護(hù)、智能終端、合并單元、母差保護(hù)投入條件示例分別見表5～表8。

表5 線路保護(hù)投入條件示例

表6 智能終端投入條件示例

表7 合并單元投入條件示例

表8 母差保護(hù)投入條件示例

220kV以上電壓等級繼電保護(hù)裝置雙套配置，任一套繼電保護(hù)裝置滿足投入條件是允許一次設(shè)備操作至運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵條件，因此可得出線路送電操作時線路保護(hù)功能投入的具體原則。一次設(shè)備操作二次裝置投入條件示例見表9。

表9 一次設(shè)備操作二次裝置投入條件示例

二次設(shè)備操作原則為當(dāng)一次設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)，即線路隔離開關(guān)和斷路器均處于合位時，二次設(shè)備的操作導(dǎo)致保護(hù)投入條件均不滿足表9中邏輯條件一和邏輯條件二，此時為誤操作，二次設(shè)備操作原則禁止此類操作。

3 二次設(shè)備圖模生成

防誤系統(tǒng)導(dǎo)入變電站全站二次防誤數(shù)據(jù)表，系統(tǒng)自動解析數(shù)據(jù)表中各二次裝置和二次設(shè)備數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)不同設(shè)備類型生成全站圖模。二次設(shè)備圖模生成后，在防誤系統(tǒng)中以圖形化方式展示二次設(shè)備實際狀態(tài)，并可在防誤系統(tǒng)中進(jìn)行圖形化模擬預(yù)演操作。二次圖模生成流程示意圖如圖3所示。

圖3 二次圖模生成流程示意圖

4 二次設(shè)備狀態(tài)采集

二次防誤功能軟件實現(xiàn)依賴二次設(shè)備的實際狀態(tài)，防誤系統(tǒng)中通過多種方式獲取二次設(shè)備實時狀態(tài)，為二次防誤功能實現(xiàn)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

變電站綜合自動化系統(tǒng)中已采集全站軟壓板、切換把手和異常信號三類二次設(shè)備實時狀態(tài)，防誤系統(tǒng)與變電站綜合自動化系統(tǒng)經(jīng)通信實現(xiàn)信息共享，獲取這三類二次設(shè)備實時狀態(tài)。

對于變電站內(nèi)各系統(tǒng)均未采集的硬壓板、空氣開關(guān)設(shè)備，提供兩種方案實現(xiàn)狀態(tài)采集。方案一為通過防誤系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)置功能，根據(jù)各二次設(shè)備當(dāng)前實際所處狀態(tài)，人工在防誤系統(tǒng)中設(shè)置對應(yīng)狀態(tài)，二次設(shè)備的狀態(tài)改變通過在防誤系統(tǒng)中模擬預(yù)演操作后狀態(tài)更新回傳方式實現(xiàn)。

方案二為加裝傳感器等輔助設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)采集，傳感器與硬壓板、空氣開關(guān)設(shè)備一對一配置，獲取硬壓板與空氣開關(guān)的物理投退狀態(tài)，并將狀態(tài)實時上送至防誤系統(tǒng)。傳感器采集二次設(shè)備狀態(tài)示意圖如圖4所示。

圖4 傳感器采集二次設(shè)備狀態(tài)示意圖

全站二次設(shè)備狀態(tài)均正常采集后，二次防誤軟件完成數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

5 二次防誤規(guī)則建立

本文通過分析一次設(shè)備與二次設(shè)備、二次設(shè)備與二次設(shè)備之間的內(nèi)在運(yùn)行約束機(jī)制，根據(jù)實際運(yùn)行需要分為專家?guī)欤ǖ湫蛶欤┖陀脩舳ㄖ茙?。專家?guī)旎谝弧⒍卧O(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程及本文上述保護(hù)投入及操作原則進(jìn)行規(guī)則定制，重點針對一、二次設(shè)備操作及狀態(tài)互校核展開，包括一次設(shè)備模擬預(yù)演操作判別二次設(shè)備狀態(tài)邏輯，二次設(shè)備模擬預(yù)演操作判別二次設(shè)備操作順序邏輯，二次設(shè)備模擬預(yù)演操作判別一次設(shè)備狀態(tài)邏輯。根據(jù)一次設(shè)備運(yùn)行方式的不同再區(qū)分不同場景下的規(guī)則要求。用戶定制庫根據(jù)變電站實際運(yùn)行需求，進(jìn)行特殊情況規(guī)則定制。最終實現(xiàn)二次防誤規(guī)則覆蓋各種一、二次操作場景。二次防誤規(guī)則建立過程示意圖如圖5所示。

防誤系統(tǒng)專家知識庫中已預(yù)先定義二次防誤規(guī)則，當(dāng)一次設(shè)備、二次設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化時，觸發(fā)防誤規(guī)則計算，檢查一、二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)改變是否滿足防誤規(guī)則約束，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不滿足防誤規(guī)則約束時，二次防誤算法計算結(jié)果禁止操作并進(jìn)行相應(yīng)提示。本文所建立的變電站二次防誤規(guī)則說明見表10。

圖5 二次防誤規(guī)則建立過程示意圖

表10 二次防誤規(guī)則說明

6 二次防誤規(guī)則存儲

防誤系統(tǒng)中二次防誤規(guī)則以產(chǎn)生式的形式進(jìn)行描述，產(chǎn)生式系統(tǒng)是基于產(chǎn)生式規(guī)則表示知識的知識庫系統(tǒng)，是目前知識庫系統(tǒng)中使用最為普遍的一種，有如下特點：

1）產(chǎn)生式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)求解問題的過程與人類求解問題的過程相似，可模擬人類求解問題的思維過程。

2）可把產(chǎn)生式當(dāng)做系統(tǒng)中的一個基本知識，結(jié)構(gòu)單一，從而將產(chǎn)生式系統(tǒng)看作一種基本模式。

產(chǎn)生式知識庫由兩部分組成：規(guī)則庫和動態(tài)數(shù)據(jù)庫。規(guī)則庫是產(chǎn)生式規(guī)則的集合，規(guī)則的形式為IF（條件）THEN（結(jié)論）。條件表示激活該產(chǎn)生式規(guī)則的前提，結(jié)論表示條件滿足時要做的動作。規(guī)則的意義是如果（IF）條件滿足，則（THEN）系統(tǒng)執(zhí)行動作或得出結(jié)論。

動態(tài)數(shù)據(jù)庫用于存放求解問題的已知條件和推理過程的中間結(jié)果，數(shù)據(jù)庫中的已知條件信息可以是永久的，中間結(jié)果則僅與當(dāng)前求解問題有關(guān)。

參考前述二次防誤功能要求，二次防誤規(guī)則可表述為“在某某情況下，某些二次裝置要投入或退出”或者“在某某情況下，某些二次設(shè)備要投入或退出”。如：線路送電操作需要合線路隔離開關(guān)，要求有一套完整線路保護(hù)系統(tǒng)在投入狀態(tài)，同時要求母差保護(hù)投入?；诖艘?，系統(tǒng)的規(guī)則如下。

規(guī)則1：

IF 合斷路器 AND 斷路器是線路斷路器

THEN 線路轉(zhuǎn)熱備

規(guī)則2：

IF 線路轉(zhuǎn)熱備AND 線路有單套保護(hù)AND線路保護(hù)未投入

THEN 禁止設(shè)備無保護(hù)投運(yùn)

規(guī)則3：

IF 線路轉(zhuǎn)熱備 AND 線路有雙套保護(hù) AND雙套保護(hù)系統(tǒng)未投入

THEN 禁止設(shè)備無保護(hù)投運(yùn)

規(guī)則4：

IF 功能壓板投入 AND 出口壓板投入

THEN 保護(hù)投入

7 二次防誤算法

二次防誤算法引擎是二次防誤規(guī)則驗證的核心算法對象，它接收防誤系統(tǒng)接口發(fā)送過來的一、二次設(shè)備操作請求，根據(jù)系統(tǒng)拓?fù)浜驮O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，搜索計算二次防誤規(guī)則庫中各相關(guān)規(guī)則，如果操作違反某條防誤規(guī)則，引擎將結(jié)果反饋給人機(jī)系統(tǒng)。

二次設(shè)備防誤算法引擎核心是一個知識推理機(jī)，根據(jù)當(dāng)前操作，從二次防誤規(guī)則庫遍歷規(guī)則進(jìn)行計算，直到無新結(jié)果產(chǎn)生。最終匯總所有違反防誤規(guī)則的結(jié)果輸出給人機(jī)系統(tǒng)，如果無違反防誤規(guī)則的結(jié)果，則返回人機(jī)系統(tǒng)操作允許。二次防誤算法流程如圖6所示。

圖6 二次防誤算法流程

如第6節(jié)所述合隔離開關(guān)操作，先計算規(guī)則1，如規(guī)則1條件滿足，確認(rèn)為線路轉(zhuǎn)熱備操作，規(guī)則1的輸出送至動態(tài)數(shù)據(jù)庫中暫存；然后計算規(guī)則2，如規(guī)則2條件成立，將規(guī)則2結(jié)果輸出至動態(tài)數(shù)據(jù)庫中，以此類推，直至無新結(jié)果產(chǎn)生，最終確認(rèn)一、二次設(shè)備操作是否符合二次防誤規(guī)則要求。

8 實例應(yīng)用

本文通過編寫一次與二次、二次與二次、二次與一次之間設(shè)備防誤邏輯規(guī)則庫，采用所述二次防誤技術(shù)，開發(fā)二次防誤軟件模塊實現(xiàn)二次防誤功能。該軟件模塊獨(dú)立于一次防誤功能，為一、二次設(shè)備操作提供完善的防誤校核功能。防誤系統(tǒng)圖形化展示一、二次設(shè)備狀態(tài)，模擬預(yù)演開票涉及壓板、空氣開關(guān)、把手操作時，可直接點選相應(yīng)的二次設(shè)備進(jìn)行開票操作，并實時反饋該模擬預(yù)演操作是否違反二次防誤規(guī)則。

二次防誤功能在示范工程中得到了驗證，實現(xiàn)了一、二次設(shè)備聯(lián)動防誤邏輯校核功能，覆蓋變電站各種運(yùn)行方式。二次防誤功能示例如圖7所示。

圖7 二次防誤功能示例

在防誤系統(tǒng)模擬預(yù)演通過后，進(jìn)行一、二次設(shè)備操作序列傳計算機(jī)鑰匙操作，一、二次設(shè)備操作結(jié)果回傳并記錄和匯報操作結(jié)果，同時防誤系統(tǒng)根據(jù)實際操作結(jié)果更新一、二次設(shè)備實時狀態(tài)顯示。

二次防誤功能已應(yīng)用于國內(nèi)多座變電站，通過現(xiàn)場工程的應(yīng)用，二次防誤技術(shù)得到了實踐檢驗，可完善防誤校核的全面性，并滿足變電站實際運(yùn)行要求。同時，可將變電站站端二次防誤校核結(jié)果與一次防誤校核結(jié)果合成遙信狀態(tài)上送至調(diào)控主站系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的應(yīng)用價值。試點應(yīng)用二次設(shè)備防誤系統(tǒng)功能框架如圖8所示。

圖8 二次設(shè)備防誤系統(tǒng)功能框架

9 結(jié)論

本文綜合考慮二次設(shè)備建模、二次設(shè)備狀態(tài)采集、定義二次防誤規(guī)則、完成二次防誤算法，研發(fā)了變電站二次防誤系統(tǒng)，結(jié)合試點部署應(yīng)用使二次防誤技術(shù)得到實踐檢驗，擴(kuò)展了防誤功能體系，提升了防誤系統(tǒng)的全面性，能夠防止一、二次設(shè)備操作不當(dāng)引起的繼電保護(hù)誤動或拒動的電網(wǎng)事故，提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平，增強(qiáng)電網(wǎng)精益化和智能化調(diào)控能力，具有廣泛的應(yīng)用前景。

[1] 李鵬, 衛(wèi)星, 郭利軍, 等. 智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)維防誤技術(shù)研究及應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2017, 45(19): 123-129.

[2] 周鄴飛, 梁鋒, 許祖鋒. 基于三態(tài)拓?fù)溆嬎愕淖冸娬痉勒`操作研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2011, 39(18): 145-149.

[3] 王永明. 智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的二次設(shè)備防誤技術(shù)[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2020, 44(14): 94-100.

[4] 周凱, 曹林, 胡志堅, 等. 基于決策樹和支持向量機(jī)的智能變電站二次系統(tǒng)防誤方法[J]. 電氣工程學(xué)報, 2023, 18(1): 118-125.

[5] 李功新, 王東, 吳競, 等. 一種變電站二次防誤系統(tǒng)的設(shè)計與研究[J]. 計算技術(shù)與自動化, 2020, 39(2): 93-97.

[6] 吳忠強(qiáng), 程洪強(qiáng). 考慮狀態(tài)受限的微電網(wǎng)二次電壓與頻率固定時間控制[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2023, 38(15): 4107-4119.

[7] 張旭升, 李江林, 趙國喜. 智能變電站二次安措防誤系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2017, 45(11): 141-146.

[8] 呂航, 龔嘯, 丁杰, 等. 基于二次回路建模的保護(hù)運(yùn)維技術(shù)[J]. 電氣技術(shù), 2023, 24(6): 64-68.

[9] 李忠文, 程志平, 張書源, 等. 考慮經(jīng)濟(jì)調(diào)度及電壓恢復(fù)的直流微電網(wǎng)分布式二次控制[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2021, 36(21): 4482-4492.

[10] 蔡建逸, 林裕新, 吳澤鑫, 等. 配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)異動感知及自適應(yīng)糾正的防誤方法[J]. 電氣技術(shù), 2022, 23(3): 92-97.

[11] 申國華. 變電站微機(jī)防誤系統(tǒng)二次設(shè)備操作規(guī)則庫的實現(xiàn)及應(yīng)用[J]. 貴州電力技術(shù), 2009(4): 40-41.

[12] 呂晟, 張帆. 智能變電站二次防誤關(guān)鍵點分析及措施[J]. 電力設(shè)備管理, 2020(10): 54-55.

A method for the implementation of secondary anti-maloperation in substations

KUANG Daihua

(Zhuhai Unitech Power Technology Company, Zhuhai, Guangdong 519000)

If the secondary equipment in a substation malfunctions, it is highly likely to cause relay protection to refuse to operate and cause power grid accidents. However, there is a relatively lack of error prevention measures for secondary equipment in substations. Therefore, this article proposes a method for implementing error prevention in the operation of secondary equipment in substations. By comprehensively analyzing the types and functions of the secondary equipment in the substation, this method elaborates on the implementation ideas of the secondary error prevention function form secondary equipment modeling, secondary equipment status collection, secondary error prevention rules, and secondary error prevention algorithms, and a solution for secondary error prevention is proposed. Through practical engineering applications, it has been shown that integrating secondary error prevention function in the substation error prevention and locking system can avoid the misoperation of secondary equipment, enhance the safe operation level of the power grid, and provide effective technical support for the safe operation of equipment.

substation; secondary anti-maloperation; modeling; rules; status collection

2023-08-09

2023-09-28

鄺代華（1981—），男，本科，湖南省郴州市人，工程師，主要從事微機(jī)保護(hù)和變電站綜合自動化設(shè)備、二次防誤系統(tǒng)的開發(fā)工作。