云五防智能調度系統開發與應用研究

沈磊，劉嘉寶，丁一，方雨康，卞欣

（國網上海電力公司市北供電公司，上海 200072）

為了防止電力生產中由于誤操作引起的安全事故，我國早在20 世紀90 年代就提出了“五防”要求。傳統的防誤閉鎖方式主要有機械程序鎖、電氣回路聯鎖和微機五防系統。隨著智能變電站的發展，與變電站監控系統集成一體的在線式防誤系統逐漸被采用，該方案發揮了監控系統的網絡優勢，增強了可靠性和可擴展性。文獻則考慮了調度遠方操作的安全防誤，開發了智能防誤操作系統，實現了操作票的全過程規范化管理。

但是現有的五防系統的約束只針對單個變電站或單個設備，而電力生產中日常工作通常包括變電站、配電站、箱式變電站、線路設備等一系列操作。調度人員或操作人員對電網全局實時信息的不了解，可能造成事故，威脅人身、電網安全。

因此，本文提出了一種“全網五防”的管理要求，相比之前的五防系統有2 個方面的提升：

（1）從變電站內的五防提升到全網性質的五防；

（2）從操作人員層面的防誤提升到“擬票—審核—發令—操作”的全過程防誤。

本文開發的云五防智能調度系統建立了一套全網五防規則庫作為“擬票—審核—發令—操作”全過程管理中的安全防誤依據，并融合云計算技術和二維碼驗證技術，將防誤系統布置在云端，調度員和操作人員均可以通過客戶端掌握全網電氣設備的實時狀態和操作票的實時進程，提升了倒閘操作全過程的安全性和可靠性，對電網信息化建設具有現實意義。

1 平臺總體架構

傳統的電網工作，需要由調度員發令通知現場操作人員進行設備操作，調度員和操作人員根據預先準備好的正確操作票進行操作。在發令和操作的過程中，調度員要實時監控、實時記錄操作過程。

云五防智能調度系統在不改變調度管理模式和站內五防基礎上，通過云計算實現全網“五防”，并根據實際情況結合不同形式的軟硬閉鎖方式，構成統一的云五防系統，提高電網整體調度工作效率。

云五防智能調度系統軟件架構如圖1 所示。

圖1 軟件整體架構

基于meteor 框架云平臺的移動端和調度端通過JavaScript 語言編寫，數據庫通過mongodb 實現，后臺和服務器端（云平臺服務器）使用node.js 進行編寫；云平臺服務器包含發令匯報模塊、圖形拓撲、邏輯模塊、操作票審核模塊、智能鎖硬閉鎖模塊和二維碼軟閉鎖模塊。

2 云平臺主要功能

2.1 云平臺移動端

現場操作人員使用云平臺移動端，操作過程中用云平臺輔助工作。軟件有如下功能：

（1）軟件自動接收由調度員發送的電子操作票，軟件自動識別操作任務。調度員完成發令后，操作工作詳情將通過云平臺服務記錄并上傳至調度員的云平臺調度端軟件。

（2）云平臺移動端上可以查看相關拓撲圖，實時查看其他相關設備狀態。

（3）云平臺移動端進行操作前要先通過閉鎖模塊驗證，掃描對應操作步驟二維碼，解鎖相應的云五防閉鎖。若掃描錯誤，則解鎖失敗或者報警提醒，并通知調度員。

（4）云平臺移動端在進行相關操作時，軟件將根據圖形拓撲和邏輯判斷模塊，自動判斷操作是否符合五防標準，若不符合條件則解鎖失敗或者報警提醒，并通知調度員，防止出現操作人員誤操作。

軟件端基本操作功能如圖2 所示。

圖2 軟件端基本操作功能

2.2 云平臺調度端

調度員使用云平臺調度端輔助調度工作，通過連接云平臺的電腦進行調度。云平臺調度端有如下功能：

（1）調度員導入操作票，調度端將操作票發送到服務器，通過詞條檢索和拓撲圖關聯，審核操作票正誤。

（2）調度員根據操作任務，將對應相關任務發送給指定操作人員。操作人員移動端收到相應任務。

（3）調度員在發令操作時，云平臺服務器根據圖形拓撲和邏輯判斷模塊自動判斷操作是否符合五防標準，若不符合五防規則并報警提醒，并通知調度員。

（4）調度員在調度端對云平臺進行維護工作，對圖形拓撲、邏輯判斷等關鍵模塊進行簡單維護。

調度端基本操作功能如圖3 所示。

圖3 調度端基本操作功能

3 云平臺模塊設計思路

3.1 圖形拓撲模塊

圖形拓撲模塊主要分為元器件管理和圖形拓撲界面。通過元器件類型庫將文字字段和圖形相關聯，在進行每個邏輯判斷前，元器件將根據元器件類型選擇五防判斷依據，生成規則行。元器件列表包含所有拓撲的名稱、圖示、類型，可更改元器件狀態及位置或編輯對應元器件狀態。

圖形拓撲界面顯示與操作任務對應的電系圖。若執行操作任務，圖形拓撲界面執行情況進行自動更改。為了達到防止誤調度和防誤操作的目的。圖形拓撲界面通過操作員或調度員執行每步操作任務前，邏輯判斷模塊先進行五防邏輯判斷，判斷通過后，相應操作人員將收到或執行操作指令。

3.2 邏輯判斷模塊

“云五防智能調度系統”將站內外設備放在同一個五防系統中。操作票的操作順序必須按照相應的規則。邏輯判斷模塊根據圖形拓撲界面和“五防”操作規程寫成規則行。并將規則行儲存在規則管理庫中。規則行內的信息包括：操作設備對象、操作設備狀態、條件設備對象、條件設備狀態、錯誤提示字段等。

在操作員或調度員執行每步操作任務前，邏輯判斷模塊先從圖形拓撲界面查詢相關元器件狀態，再進行五防邏輯判斷，生成對應規則行，當判斷通過后，相應操作人員將收到或執行操作指令，邏輯判斷模塊流程如圖4 所示。

圖4 邏輯判斷模塊

3.3 操作票審核模塊

操作票在電網工作中起著至關重要的作用，決定了電氣設備運行狀態，所以操作票的正確性關系著操作人員和現場設備的安危。云五防智能調度系統具有操作票自動檢查功能。在模擬狀態下，根據導入操作票，對每條操作任務依次根據圖形拓撲模塊和邏輯判斷模塊進行判斷，若出現了不符合“五防”規定的操作，直接向調度員反饋錯誤信息并標注。若全部審核通過，則成功上傳操作票。

4 云五防閉鎖方案

變電站中傳統的五防裝置主要有機械五防和微機五防。而街坊站或線路上缺少五防裝置，更需加裝云五防閉鎖裝置。

云五防閉鎖主要通過二維碼和智能鎖具實現。若現場設備不具備安裝智能鎖具條件，則通過軟件進行二維碼軟閉鎖，實現提醒和警示功能。操作人員現場操作時通過掃描相對應已許可的電氣設備獲得操作權限。若掃描錯誤二維碼則不可以操作且發出告警提醒。

智能鎖具可靠性較高，已經被廣泛應用于自提柜、共享單車等產業。云五防硬閉鎖通過智能鎖具實現，云平臺通過對智能鎖具進行管理，保證操作人員只能在正確的電氣設備進行操作。

4.1 智能鎖硬閉鎖模塊

在變電站中在原有開關柜基礎上加裝智能鎖具，并將智能鎖具管控并入到變電站一體化系統中。對于自動化程度相對較低的配電站或街坊站，可在開關柜上直接加裝電子智能鎖，由云平臺進行統一管理。

智能鎖硬閉鎖模塊分為搶修授權和正常操作授權兩種模式。搶修授權僅當電網設備遇到故障時，需要緊急對故障設備間進行短暫處理，由調度員臨時解開智能鎖硬閉鎖模塊。正常操作授權即調度員根據操作票發令操作后，云平臺對操作進行邏輯判斷。智能鎖硬閉鎖流程圖如圖5 所示。

圖5 智能鎖硬閉鎖流程圖

4.2 二維碼軟閉鎖模塊

線路上的桿上閘刀或柱上變壓器，數量繁多，操作條件復雜，安全距離有些不能滿足要求，不具備安裝智能鎖的條件，故采用軟閉鎖模塊實現二維碼校驗。平臺將核對二維碼信息，提示調度員和操作人員是否可以進行操作。

5 結語

本文提出了全網云五防的概念，基于云計算部分，結合二維碼和智能鎖技術，開發了云五防智能調度系統。將傳統的“五防”規則拓展到全網，并根據實際情況設計了對應的軟硬閉鎖功能，有效地防止了調度人員誤調度和操作人員誤操作。同時應用云服務器，實現了操作票電子化，實現了云五防計算，將電網調度工作云端化和電子化，為未來大數據提供了數據支撐。優化了調度工作，提高了工作效率，增加了電網安全，提出了泛在電力物聯網的一種建設思路。