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調控/集控遙控操作安全約束系統

2015/10/08

    1.前言

    在當前調控一體的模式下,變電運行管理模式的集約化和無人值守變電站的普遍化,推動了變電倒閘操作的遠方控制,越來越多的操作將在調控中心的SCADA系統上直接通過遙控方式完成。為了防止誤操作,電力生產部門制定了嚴格的調度規程和操作票管理制度,即便如此,在全國范圍內每年仍然會發生多起誤操作事故。因此,除了規章制度之外,還必須有先進、有效、實用的管理工具來加強電網的安全運行。同時,目前擬票、審票和執行只能依賴自身的經驗來判斷,缺乏一套可靠的系統來保駕護航。
    調控一體模式下的遠方控制,面向的是整個電網。因此,針對于該模式下的防誤范疇不僅僅是五防范圍,而是整個電網。所以,除本站的防誤外,還應避免出現諸如對側接地本側送電、倒換電源時對側情況不清導致的誤停電等電網層的防誤,同時應與調度令結合起來,防止誤接令導致誤遙控的發生。
    針對這些問題,本公司開發了電力調度集控操作智能約束防誤系統。本系統是基于實際電網模型和實時數據基礎之上對遙控或指令下達過程進行安全防誤分析的軟件系統。在充分共享SCADA系統實時數據基礎之上將接受調度指令、操作票智能生成、操作流程控制和智能約束有機結合起來,并能對基于IEC61970標準的電網模型和SVG圖形的進行轉換,為遙控操作人員提供一個操作簡單、易于維護、功能齊全的針對遙控操作的智能輔助決策系統。
    2.系統構架
    2.1 系統軟件結構
 
       如上圖所示,該系統中的操作安全約束分析中心處理機,是整個實現約束操作的控制中心,SCADA系統在下發遙控命令前,要先通過約束中心處理機校驗,校驗通過后方能下發遙控。同時,在原SCADA電網模型描述庫基礎之上,增加了操作規則描述庫和與操作票相關的術語和語句模型庫以及操作票庫,將操作票的生成和業務流程與實際遙控操作結合起來,操作票各步驟的操作設備同電網模型中的操作設備相對應,從而實現在有票操作下的操作票約束。而且在調控一體的模式下,操作約束中心處理機能接受調度下達的指令,從而根據調度下達的指令唯一鎖定操作設備和操作類型,達到防止誤接令的目的。
      系統由智能分析約束、模擬操作環境約束、智能操作指令票功能、自定義編輯器以及其它一些配置程序組成,用系統提供的軟件,可以完成擬票、審票、模擬、操作下令校驗,并能對操作票進行統計、查詢等。
    2.2 系統硬件構架
 
 
  
  如上圖所示,系統由一臺服務器、一臺工作站構成,系統處于SCADA系統的安全I區,其雙網的結構也保證了系統運行的可靠性。
    3.系統主要應用功能
    3.1 基于IEC61970的電網模型和SVG圖形的轉化
    本系統能對基于IEC61970的電網模型和SVG圖形進行轉化,供本系統使用。在轉化的過程中支持差異轉化和完全導入兩種模式,從而極大的降低了維護工作量,提高了本系統的實用性。
    3.2 系統應用環境的劃分
    模擬環境:主要完成擬票、模擬操作或審核工作,該環境是脫離了采集量實時刷新的靜態環境,可獲取數據斷面,也可進行運行方式調整,以方便操作者進行擬票、審核工作。
    實時操作環境:是實際下令操作的環境,數據隨實時采集量刷新。變電操作規程中規定,一般計劃性操作必須先擬定操作票,并按操作票進行操作,而針對單步驟操作或緊急事故處理時可不進行擬票即可操作。因此,在系統中設計如下工作模式。
    1.有票操作模式
    有票操作任務模式下,必須按照正在執行的操作票中的步驟和順序進行操作,否則禁止操作。支持多個操作票同時進行。當然正在執行的操作票可以由本系統接受到調度正令后自動智能生成,提高了生成效率的同時,也防止出現未按調度指令執行的誤操作的發生。
    2.無票操作模式;
   可賦予某人員權限,將系統切換到無票操作狀態下進行。無票操作下,雖然沒有票的約束,但同樣有智能防誤分析的約束,在緊急情況下,更應避免誤操作,避免由于誤操作而擴大事故的影響。
    3.3 自適應的智能防誤分析
    自適應的智能防誤分析建立在完善準確的電網模型之上,同時也是在通用性的專家知識庫的基礎之上,利用設備特征進行設備功能類型的辨識,利用采集量進行設備運行狀態的智能辨識,在智能推理模型基礎之上形成防誤判斷結論。不依賴于電網、接線形式或運行方式,維護人員不再為由于新增變電站、變電站擴容或變電站改造而為制定每個設備防誤規則增加大量的工作量。
   3.3.1 面向全網的實時綜合型分析防誤功能
   除了五防規定的五種情況外,系統還能約束更多的危及電網安全的誤操作,例如:誤跨電壓等級電磁環網、誤使母線失壓、誤使變電站失壓、誤停保電設備、誤解列、非同期合環、非同期并列等,這些誤操作同樣對電網、設備和人身安全存在很大的危害及安全隱患。它們都是基于全網分析下的利用實時數據的防誤類型。
    3.3.2 本體狀態防誤功能
   主要是指操作設備本體處于某種狀態而應禁止的操作,例如:設備處于停役狀態、掛有禁止操作牌、本身就處于操作目的狀態等等,同時可通過離線標志性設置,使設備處于限制操作或非限制操作的狀態,例如:在做遙控實驗時,我們可以給在權限允許下在該設備掛“試驗”牌,表示該設備可不受約束的操作(即:非限制性操作)。
    3.3.3 關系狀態型防誤功能
   其解決的防誤問題的范疇是指:對設備的操作是否是誤操作,取決于其相關設備是否處于某種狀態。例如:拉開隔離開關(刀閘)時,其被隔離的斷路器必須處在分位;合隔離開關(刀閘)或斷路器時,被隔離的設備或被斷路的設備不能處于“接地”狀態、“檢修”狀態、“故障”狀態、“有人工作”狀態等等。同時還包含邊界性防誤,由于建立電網模型是電網中的某個管轄范圍,存在著建模邊界,建模邊界的對側信息是未知的,因此是較容易出現誤操作的可能,可通過提醒或對側狀態信息的確認達到防誤的目的。
    3.3.4 操作過程防誤功能
   在操作過程中違反操作流程,某項操作步驟沒完成,而進行下一步操作,可通過實時數據進行操作步驟是否完成的校驗,從而實現對跨步操作、操作已操作完成的設備、誤選操作設備等誤操作的情況。
    3.3.5 管理規則和權限性防誤規則
    主要限制由于管理規定而禁止的操作行為。例如:不當值的人員,沒有權限進行操作;操作人員非職權范圍內的設備,無權進行操作;非調度下令的可操作設備無權進行操作等等。
    3.4 掛牌或掛地線等離線信息的防誤分析
    標識牌主要起到視覺上的警示作用,但在防誤分析中,不僅僅起到警示作用,還應起到記錄和防誤分析條件的作用。因此,掛牌操作必須納入到防誤分析中去,其中包括兩方面的內容:
    1.掛、拆標識牌的防誤,例如:設備非冷備用或安全隔離狀態時禁止掛地線、掛檢修牌或有人工作牌,設備掛有“有人工作牌”時禁止拆除地線等。
    2.由于標識牌的存在而禁止設備操作的防誤,例如某設備(特別是T接線路),當設備某側未安全隔離時的情況下就掛地線或合地刀;接地未拆除時,合刀閘或開關等誤操作。
    3.5 操作管理安全性約束
    3.5.1 管理規則和權限性約束
    主要限制由于管理規定而禁止的操作行為,針對工作人員的崗位可賦予工作人員的不同權限,電網管轄范圍等。例如:非當值的人員,沒有權限進行操作;操作人員非職權范圍內的設備,無權進行操作;操作需要有監護許可才能進行操作;非調度下令的可操作設備無權進行操作;當某個有權限的操作人員開始執行某操作票后,該操作票中的設備不再允許其他人操作等等。
    系統能自劃分角色,并給不同角色賦予不同的權限,也可定義為防止特殊情況發生時應急使用的“超級權限”。
    3.5.2 交接班約束
   交接班代表著權限的移交,每次交接班必須至少有一正值和副值,只有當值人員才有操作權限。正值和副值分別賦予不同的權限,一般為正值有審核權限和監護權限,副值有操作權限。權限能根據要求進行定義。
    3.5.3 流程控制約束
   大多數的計劃性操作,系統根據調度的預令,約束集控的擬票人員,只允許根據調度指令來擬票。當系統接到調度的正令后,系統將約束集控操作人員按照調度正令進行操作,否則將進行閉鎖。
   在一般的操作票流程中,系統約束操作人員必須按照擬票、審票、執行的流程進行,對于已經終結的操作票,將加蓋相應的電子章。在此流程過程中,擬票和審票不能是同一個人,而且在操作票的每一個流程階段都進行相應的安全校核,確保操作的安全準確性。
    3.6 語音提醒防誤
   防誤校驗結果均通過文字和TTS語音進行提示,語音是使人員被動接收信息的方式,操作人員和監護人員必須聽,因此避免了習慣性“確認”和誤看文字內容而造成的誤操作。
    3.7 智能操作票子系統
   主要完成操作票的智能生成、校驗和管理工作,即可單步操作生成操作步驟,也可在形成任務模型的基礎之上,自動生成各操作步驟、操作術語和語句描述方式。可根據當地習慣和規定對各類模型進行定制,操作票編號可在編號規則的基礎之上自動生成,可智能生成逐項令票和綜合令票。
    3.8 遙控接口方案
   系統可同各個提供外部實時數據和遙控命令接口的SCADA廠家進行接口,接口方案如下:
  
  
    在SCADA的遙控選擇對話框中,增加遙控校驗開鎖按鈕,缺省情況下,開鎖按鈕有效,其它按鈕無效。點擊此按鈕發送開鎖命令到約束服務器,約束服務器返回校驗結果。SCADA側根據返回結果,決定是否可繼續完成SCADA側的遙控工作,可繼續遙控時,遙控對話框其他相關按鈕變為有效,方可進行SCADA遙控的流程。
    4.系統的擴展應用
    隨著無線網絡和手持移動智能終端(PDA)等技術的日益成熟,我們亦能將該系統進行擴展,使其對現場就地操作進行智能的安全約束。現場操作人員手持PDA進行就地操作時,PDA將通過無線網絡與監控中心的操作智能約束防誤系統的主服務器進行通訊,共享了遠方服務器上的操作智能約束防誤服務,使得現場操作的安全約束分析的基礎從單一的變電站擴展到所管轄的電網,進一步提升了現場操作的安全性。
    5.總結
    隨著調控一體的不斷推行,遠方操作將越來越多,本系統將有力地對遠方操作進行安全約束分析,它以實時數據和準確的電網拓撲模型為基礎,以自適應的智能防誤分析為核心,結合調度指令輔以流程約束,對遙控操作進行準確全面的安全約束分析,從而提高電力生產的安全性,進一步加強了電網的穩定運行。

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