基于SG-CIM框架的變電操作票分層系統研究

汪 晨，余嘉文，陳 強

（國網蕪湖供電公司，安徽蕪湖 241000）

電力工業是我國國民經濟的重要支柱，穩定運行的電力工業可有效促進國民經濟的發展，并提升電網的穩定性及安全性。面對不斷改變的運行與設備維修方法，為實現電力系統穩定運行，需實時對電力系統進行倒閘操作[1-2]。電力系統倒閘操作次數過多，其中錯誤的操作將導致變電操作事故，不利于電力系統安全運行。為避免錯誤變電操作導致的事故，應采取準確的操作票生成方式與操作票管理執行方式[3]。所以，變電站變電操作票系統被廣泛應用。對此，相關研究人員也進行了大量的研究。

傳統變電站操作票大多采用手寫方式完成，此方法不僅效率低，而且易出現錯開票導致誤操作的現象。隨著計算機技術的不斷發展，研究人員開發了變電站操作系統，但操作人員不能隨意更改規則，導致普遍適用性不高。

為此，該文引入SG-CIM 框架，采用面向對象的理念，描述所需執行變電任務操作的電力系統及變電資源，并對所需變電設備資源實行編碼，通過編碼獲取所需變電設備的特定屬性；通過操作票分層校驗功能實現變電站業務精準操作。仿真結果表明，該文系統可提升出票正確率，降低電力系統事故發生率，提升電網運行的安全性。

1 基于SG-CIM的變電設備資源編碼

國家電網公司公共信息模型SG-CIM（State Grid Common Information Model）是一種對電力系統業務與資源予以表達的一種模型[4]。以國家電網公司現實業務為依據，將SG-CIM 分為資產、電網及設備等十多個主題域。根據不同電網公司實際業務可繼續在每個主題域內劃分二級主題域。

在SG-CIM 框架中，設備域對電力公司各類設備進行描述。其中，包含在網運行電力設備、在電力系統內不同環節運用的設備以及其他設備[5]。以變電設備的現實特性與管理需求為依據，擴展設備域中二級主題域變電設備。擴展變電設備類，其特定屬性代碼、屬性名與數據類別如表1 所示。

表1 變電設備類特定屬性

基于SG-CIM 框架，并以《GB/T 7027—2003 信息類別劃分與編碼的方法和基礎準則》為依據，遵循邏輯規則對變電設備資源信息合理反饋，實現變電設備資源的編碼，具體包括設備類型、資料信息與設備名稱等。

為實現其與變電操作票分層系統互聯，變電設備資源編碼可應用16 字節ID 數字，由32 位字符串構成。變電設備是資源ID 的唯一確準設備，基于資源ID 實現變電操作票分層系統的信息交互，以此進行變電操作規則的分層與校驗。

2 系統分層校驗功能分析

2.1 操作規則分層

在變電設備資源編碼基礎上，結合變電操作的危險性，將變電操作規則劃分為三層。

1）第一層操作規則：變電操作后導致的電力系統故障。通常情況下為違背“五防”的操作。必須謹慎校驗此類操作，其操作需符合基礎變電操作條件，否則不可進行操作[6-7]。其校驗表達式為：

式中，εn代表直流，μn代表基波，t代表電力系統中諧波分量的正弦相和余弦相振幅。

此層變電操作規則為：①拉合隔離開關時不可帶負荷；②掛接地線或合接地刀閘時不可帶電；③不可帶接地線合閘或接地刀閘。此層操作規則為通用變電操作規則，對各種接線操作均適合。

2）第二層操作規則：變電操作之后未導致電力系統故障，導致之后變電操作出現誤差，或違背變電工作規定對一次設備進行操作[8]。此時，可通過幅值函數確定變電后的誤差，即：

此種狀況下可繼續執行操作，此層變電操作規則為：①無法使用隔離開關為母線充電；②斷路器閉合時，連接斷路器兩端隔離開關均需保持在閉合處；③解合環時無法使用隔離開關；④若存在母線進出線間隔，在停電狀態下，拉隔離開關先后順序，為先非母線側后母線側，在送電狀態下與之相反；⑤當隔離開關處于非等電位操作狀態下時，間隔相等的斷路器需處于斷開處；⑥若存在分段間隔或母聯，且兩母線分別為一個含電一個不含電，在停電狀態下，需先拉不含電母線側隔離開關，再拉含電母線側隔離開關，在送電狀態下與之相反。其中，僅適合應用在母線接線中；此規則對于此種接線為通用規則，而其他規則或可用于各種接線方式，故此層規則同樣為通用變電操作規則。

3）第三層操作規則：變電操作后未導致電力系統故障，卻違背操作票寫票規則或二次設備操作規則。此類規則針對一次設備操作前或后，需進行檢驗項或不同二次設備情況等[9-10]。具有一定規律的檢驗項規則為通用變電操作規則。具體為：①檢驗斷路器確準已經斷開或閉合需在對斷路器進行分或合操作后；②分或合操作接地刀閘或隔離開關后，需對接地刀閘或隔離開關確準已經斷開或閉合實行檢驗；③完成掛接地線操作后，需對接地線確準實行檢驗；④需驗明某地點不含電壓，再操作掛接地線或合接地刀閘。除此之外，操作票內所包含其余檢驗項為特殊變電操作規則，同操作任務的關系緊密。

2.2 系統開票模式

文中研究的變電操作票分層系統中以點圖開票作為其開票模式。點圖開票過程如圖1 所示。

圖1 點圖開票過程圖

用戶通過圖形界面對操作狀況與設備進行選取，通過文中系統進行校驗，若與變電操作規則需求不符，則予以提示，若符合變電操作規則需求則校驗通過，由此生成采用操作語言描繪的操作項。

2.3 分層校驗過程

為通過點圖開票模式實現研究系統的分層校驗功能，設計一種分層校驗的點圖開票模式，以變電操作規則為依據，實現分層校驗功能，如圖2 所示。

圖2 分層校驗過程圖

具體過程為：

1）當第一層未通過校驗時，提示有誤情況包括：

①拉合隔離開關時帶負荷，此時負荷量為：

式中，a(i)為實際負荷值，b(i)為預測負荷值。

②掛接地線或合接地刀閘時帶電，隔離開關設備沒有斷開名稱，此時設備斷開判斷通過式（4）進行判斷，即：

其中，r=1代表未斷開狀態，r=0 代表斷開狀態。

③接地線合閘或帶接地刀閘，處于閉合狀態接地線或接地刀閘名稱。

2）當第二層未通過校驗時，提示有誤情況包括：①應用隔離開關為母線充電；②斷路器閉合時，連接斷路器兩端隔離開關均需保持在閉合處；③采用隔離開關解合環；④在送電狀態下，合隔離開關先后順序為先母線側后非母線側，在停電狀態下，拉隔離開關的先后順序為先非母線側后母線側；⑤當隔離開關處于非等電位操作狀態下時，需先斷開處于閉合處同間隔斷路器；⑥在送電狀態下，需先閉合含電母線側隔離開關，再閉合無電母線側隔離開關，在停電狀態下，需先拉無電母線側隔離開關，再拉含電母線側隔離開關。

3）當第三層未通過校驗時，提示有誤情況包括：①在某一次設備斷開前，未實施操作為某二次設備分合；②在某一次設備閉合前，未實施操作為某二次設備分合，此為驗電項；③當某一次設備斷開時，未實施操作為某二次設備分合，此為檢驗項；④當某一次設備閉合后，未實施操作為某二次設備分合，此為檢驗項。

2.4 分層校驗功能實現

分層校驗功能為系統分層校驗功能研究重點，也是提升系統操作精度的關鍵[11]。依次完成三層校驗功能，實現分層校驗功能的實現。

1）第一層校驗功能實現：通過電網接線分析方式，以開關設備狀況為依據，合并不含阻抗連通設備為同一節點，并歸結存在支路連通節點為同一子系統[12]。對設備含電、等電位及子系統內是否具有閉合/負荷/電源接地刀閘等模塊進行分析，分析此類模塊是否違背第一層變電操作規則。其判斷公式為：

2）第二層校驗功能實現：基于第一層校驗功能實現中接線分析方式，實行第二層校驗功能實現。通過變電設備類特定屬性中設備類別，對設備存在接線形式內特殊屬性予以指定，通過屬性代碼一項對同為一種間隔屬性設備進行指定，提升校驗規則判斷的簡便性[13-14]。

3）第三層校驗功能實現：分為兩個方面，其一為操作某一次設備前與后需操作的二次設備。在規則庫內對操作一次設備前后的二次設備狀況予以規定。在對一次設備實行操作時，通過此表找出將要實行操作的一次設備，并搜尋同其有關的二次設備，對比系統運行實時庫內此二次設備狀況與表內此二次設備狀況，對此二次設備狀況能否與操作一次設備前后要求狀況相一致進行判定，以此為用戶提供是否校驗有關二次設備指示信息；其二為通用操作規則的驗電項與檢驗項。在對一次設備進行操作時，程序將自行對此一次設備類別實行判定，依據各種設備類別采取適合的校驗方式[15]。如在對地刀、隔離開關及斷路器操作后，程序將提醒用戶后續應執行檢驗項，另外程序會判別當地刀合閉時是否已對其執行驗電項操作，若沒有執行此操作便會提醒用戶需先執行驗電項操作[16]。

3 實例分析

3.1 實驗環境

實驗采用Access 2018 作為實驗樣本數據庫，通過Visual C++8.0 開發一個變電操作片系統。以某地220 kV 變電站為例，對該系統性能予以檢測。

3.2 實驗參數

實驗具體參數如表2 所示。

表2 實驗參數

記錄5月～7月實驗變電站應用變電操作打票系統情況，并分析此階段變電站出現的變電操作事故情況，對比2 月～4 月該變電站的操作事故情況。

3.3 實驗結果分析

3.3.1 不同系統變電操作票出票準確率分析

為了驗證文中系統的科學有效性，實驗對比了文中系統、智能型操作票系統以及專家操作票系統的出票準確率，實驗結果如圖3 所示。

圖3 不同系統變電操作票出票準確率對比

分析圖3 可以看出，在相同條件下采用3 種系統出票的準確率存在一定差距。其中，文中系統的出票準確率最高可達約98%，智能型操作票系統最高約為78%，專家操作票系統的出票準確率最高約為77%，相比之下，文中系統的出票準確率分別提高了約20%和21%。這是由于文中系統對變電設備資源進行編碼，將其進行分類處理，進而提高了出票的準確率。

3.3.2 不同系統變電操作票系統能耗分析

為了進一步驗證文中系統的可行性，實驗分析了文中系統、智能型操作票系統以及專家操作票系統運行時所需要的能耗，實驗結果如圖4 所示。

圖4 不同系統變電操作票系統能耗對比

分析圖4 可以看出，采用3 種系統進行變電操作票系統出票的能耗不同。其中，文中系統在操作時的耗電量與理想耗電量走勢大致吻合，而其他兩種系統的耗電量與理想耗電量差距較大，存在一定波動，且均高于理想耗電量，驗證了文中系統所需能耗最低。

4 結論

文中設計基于SG-CIM 框架的變電操作票分層系統，分別從系統SG-CIM 框架編碼功能與系統分層校驗功能進行探討，以三層變電操作規則為基礎，結合點圖開票模式，創建分層校驗點圖開票過程，提升系統整體校驗精度。仿真結果表明，文中系統可有效提高變電操作票系統出票準確率最高可達97%，且降低了變電操作票系統的事故次數，是一種較為理想的操作票系統。