一種變電站二次防誤功能實現方法

鄺代華

一種變電站二次防誤功能實現方法

鄺代華

（珠海優特電力科技股份有限公司，廣東 珠海 519000）

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

變電站；二次防誤；建模；規則；狀態采集

0 引言

微機防誤閉鎖系統作為變電站系統的重要一環，已成為防止電氣誤操作的關鍵技術手段，在防止電氣誤操作、保障作業現場人身安全及電網安全方面起到了一定作用，但已有的微機防誤閉鎖系統只是針對一次設備操作防誤，鮮見針對二次防誤的技術手段。變電站內二次設備數量和種類多，二次設備操作如果出現差錯，容易造成繼電保護拒動或誤動的嚴重電網事故，國內因二次誤操作導致的電網事故屢見不鮮，近年二次防誤相關研究逐漸得到關注和重視[1-5]。隨著遠方單步遙控、程序化操作等模式得到深化推進，二次防誤逐步成為防止電網電氣誤操作關注的重點，也是防誤技術的發展方向。為保障變電站安全穩定運行，需要對二次防誤進行研究，力求實現二次防誤功能的實用化。

目前，國內部分學者對變電站內設備二次防誤進行了研究，如依據主動防誤技術原則，綜合考慮一、二次設備運行情況，采用就地防誤技術，建立涵蓋變電站內所有電氣設備的防誤系統。國內現有關于變電站設備二次防誤的研究[6-10]仍存在不足，如未考慮一次設備操作至運行狀態時判別二次設備狀態，同時忽略了二次設備與一次設備操作聯動 防誤。

因此，為實現變電站內二次防誤功能，本文首先對變電站內各二次裝置、二次設備類型、功能進行分析，然后對二次設備進行數據建模，采集二次設備實際狀態，制定二次防誤規則[11-12]，在防誤系統中通過設備模擬操作預演等環節來實現二次防誤功能，最后通過實踐應用表明，變電站防誤閉鎖系統（以下簡稱防誤系統）中集成二次防誤功能，可避免因二次設備狀態或操作異常引起繼電保護拒動、誤動的嚴重電網事故，能提高電網安全運行水平，為設備安全操作提供有效技術支撐。

1 二次設備建模

二次設備建模主要實現在防誤系統中以數學模型方式定義二次設備對象，描述二次設備對象的基本屬性，形成二次設備對象之間及與一次設備對象的映射關系，并在防誤系統中建立二次設備的相關圖模和數據模型，作為后續二次防誤功能實現的一個關鍵數據源。

二次新增設備類型如圖1所示。

圖1 二次新增設備類型

針對變電站內各個二次裝置的不同功能，在防誤系統中對各個裝置具體的功能類型進行定義，防誤系統根據不同的二次裝置功能類型，通過軟件自動匹配相關的二次防誤規則進行計算。本文設置二次裝置類型表示例見表1。

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

二次裝置和二次設備的功能類型定義為二次裝置和二次設備的數據配置服務。本文通過定義二次裝置、二次設備數據結構，對二次裝置類型、對應一次設備、對應二次裝置等重要屬性進行配置，建立各二次設備與一次設備、各二次設備與二次裝置之間的對應關系。二次裝置表示例見表3，二次設備表示例見表4。

表1 二次裝置類型表示例

將一個變電站內全部二次裝置和二次設備數據屬性分析配置完成后，最終匯總成一個全站二次防誤數據表，該數據表包含各二次裝置與一次設備的關聯關系、二次設備與一次設備的關聯關系、二次設備與二次裝置的關聯關系，構成全站二次設備關系網絡，形成二次防誤功能實現的基礎。全站二次設備關系網絡結構如圖2所示。

表2 二次設備類型表示例

表3 二次裝置表示例

表4 二次設備表示例

圖2 全站二次設備關系網絡結構

2 保護投入及操作原則制定

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

表5 線路保護投入條件示例

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 母差保護投入條件示例

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

表9 一次設備操作二次裝置投入條件示例

二次設備操作原則為當一次設備處于運行狀態，即線路隔離開關和斷路器均處于合位時，二次設備的操作導致保護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，二次設備操作原則禁止此類操作。

3 二次設備圖模生成

防誤系統導入變電站全站二次防誤數據表，系統自動解析數據表中各二次裝置和二次設備數據信息，并根據不同設備類型生成全站圖模。二次設備圖模生成后，在防誤系統中以圖形化方式展示二次設備實際狀態，并可在防誤系統中進行圖形化模擬預演操作。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 二次設備狀態采集

二次防誤功能軟件實現依賴二次設備的實際狀態，防誤系統中通過多種方式獲取二次設備實時狀態，為二次防誤功能實現提供數據依據。

變電站綜合自動化系統中已采集全站軟壓板、切換把手和異常信號三類二次設備實時狀態，防誤系統與變電站綜合自動化系統經通信實現信息共享，獲取這三類二次設備實時狀態。

對于變電站內各系統均未采集的硬壓板、空氣開關設備，提供兩種方案實現狀態采集。方案一為通過防誤系統狀態設置功能，根據各二次設備當前實際所處狀態，人工在防誤系統中設置對應狀態，二次設備的狀態改變通過在防誤系統中模擬預演操作后狀態更新回傳方式實現。

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

圖4 傳感器采集二次設備狀態示意圖

全站二次設備狀態均正常采集后，二次防誤軟件完成數據準備。

5 二次防誤規則建立

本文通過分析一次設備與二次設備、二次設備與二次設備之間的內在運行約束機制，根據實際運行需要分為專家庫（典型庫）和用戶定制庫。專家庫基于一、二次設備的標準作業流程及本文上述保護投入及操作原則進行規則定制，重點針對一、二次設備操作及狀態互校核展開，包括一次設備模擬預演操作判別二次設備狀態邏輯，二次設備模擬預演操作判別二次設備操作順序邏輯，二次設備模擬預演操作判別一次設備狀態邏輯。根據一次設備運行方式的不同再區分不同場景下的規則要求。用戶定制庫根據變電站實際運行需求，進行特殊情況規則定制。最終實現二次防誤規則覆蓋各種一、二次操作場景。二次防誤規則建立過程示意圖如圖5所示。

防誤系統專家知識庫中已預先定義二次防誤規則，當一次設備、二次設備狀態發生變化時，觸發防誤規則計算，檢查一、二次設備運行狀態改變是否滿足防誤規則約束，當設備運行狀態不滿足防誤規則約束時，二次防誤算法計算結果禁止操作并進行相應提示。本文所建立的變電站二次防誤規則說明見表10。

圖5 二次防誤規則建立過程示意圖

表10 二次防誤規則說明

6 二次防誤規則存儲

防誤系統中二次防誤規則以產生式的形式進行描述，產生式系統是基于產生式規則表示知識的知識庫系統，是目前知識庫系統中使用最為普遍的一種，有如下特點：

1）產生式系統結構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）可把產生式當做系統中的一個基本知識，結構單一，從而將產生式系統看作一種基本模式。

產生式知識庫由兩部分組成：規則庫和動態數據庫。規則庫是產生式規則的集合，規則的形式為IF（條件）THEN（結論）。條件表示激活該產生式規則的前提，結論表示條件滿足時要做的動作。規則的意義是如果（IF）條件滿足，則（THEN）系統執行動作或得出結論。

動態數據庫用于存放求解問題的已知條件和推理過程的中間結果，數據庫中的已知條件信息可以是永久的，中間結果則僅與當前求解問題有關。

參考前述二次防誤功能要求，二次防誤規則可表述為“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，某些二次設備要投入或退出”。如：線路送電操作需要合線路隔離開關，要求有一套完整線路保護系統在投入狀態，同時要求母差保護投入?；诖艘螅到y的規則如下。

規則1：

IF 合斷路器 AND 斷路器是線路斷路器

THEN 線路轉熱備

規則2：

IF 線路轉熱備AND 線路有單套保護AND線路保護未投入

THEN 禁止設備無保護投運

規則3：

IF 線路轉熱備 AND 線路有雙套保護 AND雙套保護系統未投入

THEN 禁止設備無保護投運

規則4：

IF 功能壓板投入 AND 出口壓板投入

THEN 保護投入

7 二次防誤算法

二次防誤算法引擎是二次防誤規則驗證的核心算法對象，它接收防誤系統接口發送過來的一、二次設備操作請求，根據系統拓撲和設備運行狀態信息，搜索計算二次防誤規則庫中各相關規則，如果操作違反某條防誤規則，引擎將結果反饋給人機系統。

二次設備防誤算法引擎核心是一個知識推理機，根據當前操作，從二次防誤規則庫遍歷規則進行計算，直到無新結果產生。最終匯總所有違反防誤規則的結果輸出給人機系統，如果無違反防誤規則的結果，則返回人機系統操作允許。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節所述合隔離開關操作，先計算規則1，如規則1條件滿足，確認為線路轉熱備操作，規則1的輸出送至動態數據庫中暫存；然后計算規則2，如規則2條件成立，將規則2結果輸出至動態數據庫中，以此類推，直至無新結果產生，最終確認一、二次設備操作是否符合二次防誤規則要求。

8 實例應用

本文通過編寫一次與二次、二次與二次、二次與一次之間設備防誤邏輯規則庫，采用所述二次防誤技術，開發二次防誤軟件模塊實現二次防誤功能。該軟件模塊獨立于一次防誤功能，為一、二次設備操作提供完善的防誤校核功能。防誤系統圖形化展示一、二次設備狀態，模擬預演開票涉及壓板、空氣開關、把手操作時，可直接點選相應的二次設備進行開票操作，并實時反饋該模擬預演操作是否違反二次防誤規則。

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

圖7 二次防誤功能示例

在防誤系統模擬預演通過后，進行一、二次設備操作序列傳計算機鑰匙操作，一、二次設備操作結果回傳并記錄和匯報操作結果，同時防誤系統根據實際操作結果更新一、二次設備實時狀態顯示。

二次防誤功能已應用于國內多座變電站，通過現場工程的應用，二次防誤技術得到了實踐檢驗，可完善防誤校核的全面性，并滿足變電站實際運行要求。同時，可將變電站站端二次防誤校核結果與一次防誤校核結果合成遙信狀態上送至調控主站系統，提高系統的應用價值。試點應用二次設備防誤系統功能框架如圖8所示。

圖8 二次設備防誤系統功能框架

9 結論

本文綜合考慮二次設備建模、二次設備狀態采集、定義二次防誤規則、完成二次防誤算法，研發了變電站二次防誤系統，結合試點部署應用使二次防誤技術得到實踐檢驗，擴展了防誤功能體系，提升了防誤系統的全面性，能夠防止一、二次設備操作不當引起的繼電保護誤動或拒動的電網事故，提高電網安全運行水平，增強電網精益化和智能化調控能力，具有廣泛的應用前景。

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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，主要從事微機保護和變電站綜合自動化設備、二次防誤系統的開發工作。