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主站式一體化綜合防誤解決方案

2015/10/08

    1.概述

    電網規模不斷擴大,各級電網調度所管轄的變電站越來越多,其工作的強度也越來越大,導致電力生產過程中的安全問題日益突出。而隨著調控一體管理模式的逐步推行,各級電力生產從管理到運行都在向一體化方向發展,電力系統的操作也應面向全網進行安全約束分析,防止諸如對側接地本側送電的誤操作,單一變電站的五防系統顯然無法滿足當前的電力安全生產運行的需要。而且電力生產的防誤手段應深入電力生產的各個層面:調度層、集控層、變電站層等。每個層面都需要統一的防誤技術和手段,并且對于各個層面需要建立協調機制,上層能對下層進行在線監管,下層能對上層實時反饋,特別是一些標識牌、地線等離線信息的反饋,從而防止諸如:誤聽調度令、不按調度令執行等上下級溝通協調上出現的電力惡性事故。
    本文將介紹面向電力生產一體化的綜合防誤解決方案,在此方案中,電力生產的各個層面將具備一體化的智能防誤分析模型,并建立各個層面的協調機制,全面的提升電力生產的安全性。
    2.各層面的防誤解決方案
    地區級的電力生產主要有三個層面:調度層、集控層和變電站層,在此方案中,分別構建面向三個層面的防誤分析系統,從而提高各個層面的電力生產的安全性。
    如上圖所示,在調度層構建調度指揮下令系統,來約束調度員的擬令、下令過程,減少調度員在進行調度生產時的人為失誤,提高調度層面的電力生產的安全性。
    在集控層構建遙控操作安全約束系統,基于實際電網模型和實時數據的基礎之上,對遙控操作進行校驗和控制。在充分共享SCADA系統實時數據的基礎之上,將操作票智能生成系統、操作流程控制系統和智能約束系統有機結合起來,為遙控操作人員提供一個操作簡單、易于維護、功能齊全的操作防誤工具,對電網操作進行預先計算控制,最終形成合理安全的操作規則。
    針對變電站后臺操作,此方案中構建了變電站后臺操作安全約束系統,除了利用實際的變電站模型和實時數據以外,還將通過調度層實時獲取變電站邊界電網特征,以達到對變電站后臺操作進行全網實時在線防誤分析的目的,使變電站后臺操作的防誤分析由面向單間隔、單變電站上升到面向全網,使防誤分析更加的準確可靠,進一步提高了變電站后臺操作的安全性。
    針對變電站的就地操作,此方案以無線網絡為基礎,用移動智能終端(PDA)作為終端節點,使安全防誤分析無處不在,操作人員可隨時隨地的共享到面向全網在線安全防誤分析服務;同時采用無線射頻(RFID)技術智能識別設備,防止誤入操作間隔、跨步操作等誤操作的發生,使靠近設備的操作愈發的安全。
    3.一體化的電力操作協調機制
    此方案中,首先在電力生產的各個層面上提高電力生產的安全性,同時各個層面也需要建立協調機制。在目前調控一體的管理模式下,對于調度和集控,可利用局域網進行調度指令和實際操作的交互;對于調度和變電站,可以構建合適的專用網絡進行調度指令和實際操作的交互。在這兩方面,都可通過調度指令鎖定需操作的設備,避免操作錯誤,并通過實際操作的回令操作,確定哪些設備操作完成,從而彌補各個電力生產環節中的協調問題,從整體上提高電力生產的安全性。
    3.1 網絡架構
    本防誤解決方案涉及了三個電力生產層面,其中調度層需要將指令下發到集控層、變電站層,因此需要在調度指揮下令系統和遙控操作安全約束系統、變電站后臺操作安全約束系統之間分別構建專用網絡。由于目前正逐步推行調控一體的管理模式,調度層和集控層在同一個局域網內,也就是說調度指揮下令系統與遙控操作安全約束系統之間無需再構建專用的網絡。
    如上圖所示,調度下令指揮服務可通過DTU(數據傳輸單元)與變電站后臺操作安全約束服務進行通信,通過局內的專網與集控層的遙控操作安全約束服務進行數據交互。變電站的后臺操作安全約束服務與移動智能終端之間通過變電站內的無線局域網進行通信。
    3.2.各層面的數據交互
    從電力操作的角度來說,調度下令、集控的遙控操作、變電站的后臺操作、變電站的就地操作都是其中的一個環節,構建一個整體的綜合防誤體系時,不能當做孤立的環節進行處理,需要考慮其相互之間的聯系和相應的數據流轉。
 
    如上圖所示,
    調度層的調度指揮下令服務與集控層的遙控安全約束服務之間交互的數據如下:
    1.調度指揮下令服務將下達的調度指令數據傳送到集控層的遙控安全約束服務,集控的遙控安全約束服務自動解析該指令,集控進行遙控操作時,只能按照解析該指令后的實際操作步驟執行,從而防止了遙控時誤選操作設備、跨步操作等誤操作的發生,同時解決了調度員電話下錯令、集控操作人員聽錯令、集控操作人員不按照調度令執行的問題;
    2.集控層的遙控安全約束服務直接把操作結果發送給調度指揮下令服務,使調度人員掌握準確的集控層操作信息,如:操作結束時間、操作人等信息。這樣,調度人員記錄的信息和集控操作人員記錄的信息能保持一致,避免管理上的混亂。調度層的調度指揮下令服務與變電站層的后臺操作安全約束服務之間交互的數據如下;
    3.調度指揮下令服務將下達的調度指令數據傳送到變電站層的后臺操作安全約束服務,變電站后臺操作安全約束服務自動解析調度令,變電站后臺操作時將只能按照解析調度令后的實際操作步驟執行,從而防止了后臺操作時誤選操作設備、跨步操作的發生,同時解決了調度員電話下錯令、變電站后臺操作人員聽錯令、變電站后臺操作人員不按照調度令執行的問題;
    4.調度指揮下令服務將變電站的外網特征發送給變電站層的后臺操作安全約束服務,使變電站后臺操作安全約束服務的分析具備全網的分析特征,有效的防止如倒電源誤停電、誤停站外的一級、二級負荷、對側線路接地本側送電等惡性事故的發生,從而將針對間隔、變電站的防誤上升到針對全網的防誤分析。
    5.變電站后臺操作安全約束服務將直接把操作結果發送給調度指揮下令服務,使得調度人員掌握準確的變電站后臺操作信息,如操作結束時間、操作人等信息,使得調度人員記錄的信息和變電站后臺操作人員記錄的相關信息能完全一致,避免管理上的混亂。
    由于PDA和變電站后臺操作安全約束服務之間構成了局域網,相當于PDA是變電站后臺操作安全約束服務的一個客戶端,它將共享變電站后臺操作安全約束服務的所有數據,同時PDA將現場掛接地線、標識牌等信息通過無線局域網傳送到變電站后臺操作安全約束服務上,進一步轉發至調度,實現離線信息的在線同步,并以此作為分析校驗的一個基礎信息,為實現地線、標識牌的在線管理提供了可能。
    4.關鍵技術
    4.1.一體化的圖模
    一體化的圖模是一體化綜合防誤解決方案的基礎,以IEC61970為基礎,而IEC 61970系列標準的意義在于:
    (1)便于來自不同廠家的EMS系統內部各應用的集成;
    (2)便于EMS系統與調度中心內部其它系統的互聯;
    (3)便于不同調度中心EMS系統之間的模型交換。
    本體系中的一體化圖模除以IEC61970為基礎外,還具備如下特征:
    1.包容性:滿足多個不同的應用,如SCADA、高層應用、調度下令等;
    2.準確性:具備準確的數據參數和拓撲連接關系、名稱、編號等;
    3.統一性:在各個層面的防誤分析中,都將利用同一個電網模型,保證其防誤分析的一體化;
    4.差異性:主要是應用上的差異性,各個不同的應用對于電網模型的應用有交集也有差異。
    4.2.一體化通用智能防誤
    一體化通用智能分析型防誤是一體化安全生產的核心,在各個層面的電力生產中,它都將得到統一的應用。它建立在基于IEC61970標準的電網拓撲模型基礎之上,模擬人腦的思維和分析過程(即:獲取知識過程——辨識過程——推理過程——判別過程),因此智能分析型防誤和常規的邏輯規則式型防誤完全不同,并不是針對每個變電站中的每個設備定義防誤邏輯規則式,而是在建立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。
其包含的功能主要分為幾個層面的防誤:
    (1)本體狀態防誤
    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,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)。
    (2)關系狀態型防誤
    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)綜合分析型防誤
    除了五防規定的五種情況外,應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、設備和人身安全有很大的危害。它是基于全網分析下的防誤類型。
    (4)操作流程型防誤
    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,因此可通過實時數據進行操作步驟是否完成的校驗。
同時,含涵蓋了在操作過程中,由于某些不確定因素(例如:開關誤動)而產生的電網狀態的變化而對原本是非誤操作和變為誤操作的操作步驟進行閉鎖。
    (5)管理規則和權限性防誤
    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;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等等。
    一體化通用智能分析型防誤,涵蓋了多種層次的防誤范疇,形成更為全面的防誤策略,且不依賴于電網、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。
    5.總結
    一體化的綜合防誤解決方案在提高地區級電力生產安全性的同時,著重加強了各個層面之間的交互和協調,從整體上提高了電力生產的安全性。在此方案中,以一體化的圖模為基礎,將一體化的通用智能分析型防誤手段貫穿于電力生產的各個環節,從而在降低了系統維護工作量的同時,提高了電力生產的效率和安全性。

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