隨著智能變電站技術(shù)的不斷發(fā)展，投入使用的智能變電站越來(lái)越多，智能變電站也成為了中國(guó)電網(wǎng)的重要組成部分。與常規(guī)站不同，智能站中，由于光纖、軟硬壓板的廣泛應(yīng)用，使得大部分的二次信息不再以實(shí)體電路形式展現(xiàn)在操作人員面前，而是存儲(chǔ)在SCD（system configuration description）文件中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

二次檢修安全措施作為運(yùn)行設(shè)備與檢修設(shè)備之間的安全防線,對(duì)二次檢修期間保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行具有重要作用。當(dāng)智能站進(jìn)行二次檢修時(shí)，容易因工作不到位而導(dǎo)致運(yùn)行設(shè)備繼電保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)等重大電網(wǎng)事故發(fā)生。目前采用傳統(tǒng)的人工擬票，容易出現(xiàn)編制錯(cuò)誤，并且編制效率低下，無(wú)法保證二次檢修安措的正確性和有效性。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了基于專家系統(tǒng)的智能變電站二次檢修安措票自動(dòng)生成技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)分析智能站安全措施票的制定原則，構(gòu)建典型安措規(guī)則庫(kù)，解析SCD文件，構(gòu)建配置數(shù)據(jù)庫(kù)，最后由安措票自動(dòng)生成技術(shù)完成對(duì)檢修IED（intelligent electronic device）二次信息的規(guī)則匹配，自動(dòng)生成檢修安措票。

該技術(shù)為智能站的智能化運(yùn)維提供了新的探索，為解決人工擬票所帶來(lái)的工作量大、工作復(fù)雜易出錯(cuò)等問(wèn)題提供了新的方案，提高了二次運(yùn)維檢修人員的工作效率，保證了二次檢修安全措施工作的有效性和正確性。

1 智能站二次檢修安措

1.1 智能站與傳統(tǒng)站二次檢修安措的區(qū)別

傳統(tǒng)站中，二次回路以實(shí)體電路形式存在，檢修過(guò)程中遵循“明顯電氣開(kāi)斷點(diǎn)”的原則。在檢修過(guò)程中，退出與檢修回路相關(guān)的硬壓板，會(huì)產(chǎn)生明顯的電氣開(kāi)斷點(diǎn)，保證檢修過(guò)程中，為運(yùn)行設(shè)備不因檢修操作而誤動(dòng)作，通常采用“短電流，斷電壓，拆跳閘”的方法作為二次回路的安全隔離措施。

與傳統(tǒng)站不同，智能站中廣泛應(yīng)用數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，因此無(wú)法再遵循“明顯電氣開(kāi)斷點(diǎn)”的原則進(jìn)行隔離檢修。通常采用投入裝置檢修硬壓板，拔出裝置背板光纖，退出裝置GOOSE（generic object oriented substation event）發(fā)送/接收軟壓板等安全措施進(jìn)行檢修隔離。

1.2 智能站安措隔離措施

智能站安措隔離措施主要有以下幾種。

• 1）退出保護(hù)裝置的保護(hù)功能軟壓板，該裝置將退出相應(yīng)的保護(hù)功能。
• 2）退出保護(hù)裝置上的GOOSE發(fā)送軟壓板，該裝置將不再對(duì)外發(fā)送相應(yīng)GOOSE信號(hào)。
• 3）退出保護(hù)裝置上的GOOSE接收軟壓板，該裝置將不再處理其他裝置所發(fā)送的相應(yīng)GOOSE信號(hào)。
• 4）退出智能終端的出口硬壓板，形成明顯開(kāi)斷點(diǎn)，將一次設(shè)備與二次控制回路可靠開(kāi)斷。
• 5）退出保護(hù)裝置上的SV（sampled value）接收軟壓板，該裝置相應(yīng)的回路采樣值不再顯示，該回路的采樣值不參與邏輯計(jì)算。
• 6）投入裝置檢修硬壓板，該裝置置位檢修狀態(tài)。

1.3 典型二次安措票

依照國(guó)家電網(wǎng)公司所頒布的Q/GDW 11357—2014《智能變電站繼電保護(hù)和電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置現(xiàn)場(chǎng)工作保安規(guī)定》，得到典型二次安措票范例如下：

• 1）退出檢修相關(guān)的保護(hù)功能軟壓板。
• 2）退出檢修相關(guān)GOOSE接收/發(fā)送軟壓板。
• 3）退出檢修相關(guān)的出口硬壓板。
• 4）退出檢修相關(guān)的SV接收軟壓板。
• 5）投入檢修裝置的檢修硬壓板。
• 6）斷開(kāi)檢修相關(guān)的CT、PT回路連接片。

對(duì)于無(wú)法通過(guò)投或退軟壓板實(shí)現(xiàn)隔離的SV、GOOSE的光纖回路，可選擇拔掉光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)。以上智能站的安措隔離措施和典型二次安措票是形成智能站安措規(guī)則庫(kù)的基礎(chǔ)。

2 專家系統(tǒng)檢修安措規(guī)則庫(kù)

2.1 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是指某專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，計(jì)算機(jī)利用專業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，對(duì)人類專家求解能力進(jìn)行建模，模仿人類專家解決復(fù)雜的專業(yè)問(wèn)題，并達(dá)到人類專家水準(zhǔn)。基于專家系統(tǒng)的智能變電站檢修安措票自動(dòng)生成技術(shù)的總體方案如圖1所示。

圖1 總體方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

圖1所示，知識(shí)庫(kù)有兩部分內(nèi)容，一部分是推理過(guò)程中所遵從的智能站的一般知識(shí)和形成安措票的專家?guī)欤窃撔袠I(yè)專家多年工作經(jīng)驗(yàn)和研究所得出的結(jié)論；另一部分是SCD文件解析得到的系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)，是智能變電站二次部分的整體結(jié)構(gòu)，推理機(jī)制通過(guò)分析配置數(shù)據(jù)內(nèi)檢修間隔與運(yùn)行間隔的關(guān)系，匹配規(guī)則庫(kù)中的規(guī)則，給出相應(yīng)的操作意見(jiàn)。

2.2 專家系統(tǒng)安措規(guī)則庫(kù)的構(gòu)建

智能站設(shè)備檢修一般按間隔進(jìn)行，通常是對(duì)整個(gè)間隔范圍內(nèi)的IED進(jìn)行檢修。檢修過(guò)程中，若安全措施不當(dāng)，則運(yùn)行設(shè)備可能會(huì)誤動(dòng)作。

智能站安措票編制時(shí)，需根據(jù)檢修任務(wù)，按安措規(guī)則對(duì)檢修裝置進(jìn)行隔離操作，保證檢修設(shè)備在檢修期間不會(huì)對(duì)運(yùn)行設(shè)備產(chǎn)生影響。智能站中，由于光纖、軟硬壓板等的廣泛使用，檢修裝置的有效隔離不再單純依靠退出相關(guān)硬壓板產(chǎn)生明顯的電氣開(kāi)斷點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，智能站的安措隔離措施如1.2節(jié)所述。

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司所提出的《智能變電站繼電保護(hù)和電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置現(xiàn)場(chǎng)工作保安規(guī)定》，整理并制定了智能站二次安全措施規(guī)則如下。

• 規(guī)則 1：退出檢修設(shè)備保護(hù)功能壓板。
• 規(guī)則2：退出檢修設(shè)備與運(yùn)行設(shè)備的起失靈軟壓板。
• 規(guī)則3：退出運(yùn)行設(shè)備與檢修設(shè)備之間的失靈聯(lián)跳軟壓板。
• 規(guī)則4：退出運(yùn)行設(shè)備與檢修設(shè)備的其他的跳閘軟壓板。
• 規(guī)則5：退出檢修設(shè)備出口硬壓板。
• 規(guī)則6：退出運(yùn)行設(shè)備對(duì)檢修設(shè)備的SV接收軟壓板。
• 規(guī)則7：投入所有檢修設(shè)備的檢修壓板等。

為了讓計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別規(guī)則，采用產(chǎn)生式規(guī)則編程對(duì)規(guī)則進(jìn)行處理，決策規(guī)則可定義為if- Conditions then-Result，只有if所帶條件部分滿足時(shí)，then之后的操作語(yǔ)句才會(huì)被激活。條件部分由多個(gè)條件共同構(gòu)成，條件之間關(guān)系僅用“與（and）”極性表示，結(jié)論部分保持惟一。

例如對(duì)規(guī)則2的編程如下：

if(<裝置i為檢修裝置>and<裝置j為運(yùn)行裝置>and<裝置i和裝置j相關(guān)聯(lián)>and<該回路為啟動(dòng)失靈回路>) then(斷開(kāi)起動(dòng)失靈回路/退出裝置i的啟動(dòng)失靈壓板；優(yōu)先級(jí)別為2000+i*10)；由此所構(gòu)建的智能站安措規(guī)則庫(kù)，是推理機(jī)制推理的主要依據(jù)。

3 智能變電站配置數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

3.1 SCD文件讀取和解析

SCD文件作為能夠反映智能變電站系統(tǒng)配置信息的核心文件，文件中詳細(xì)描述了智能變電站內(nèi)所有IED的實(shí)例配置和通信參數(shù)信息、IED之間的通信配置以及變電站一次系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等。智能變電站配置數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建實(shí)際是對(duì)SCD文件中二次信息的提取和補(bǔ)充。

選用DOM方法和TinyXML解析工具對(duì)SCD文件進(jìn)行讀取和解析。

3.2 IED虛回路信息配置

IED虛回路信息配置中存儲(chǔ)著IED與IED之間的虛回路連接關(guān)系信息。

以IED1為例，遍歷所有IED下的Input節(jié)點(diǎn)，搜索外部引用ExtRef中的iedNam為IED1，則該IED為IED1的發(fā)送關(guān)聯(lián)IED，對(duì)該IED的接收數(shù)據(jù)集與IED1的發(fā)送數(shù)據(jù)集進(jìn)行匹配，得到IED1發(fā)送虛回路數(shù)據(jù)；對(duì)IED1的Input節(jié)點(diǎn)進(jìn)行ExtRef的逐個(gè)搜索，得到IED1的接收關(guān)聯(lián)IED，對(duì)IED1的接收數(shù)據(jù)集與所搜索的IED的發(fā)送數(shù)據(jù)集進(jìn)行匹配，得到IED1接收虛回路數(shù)據(jù)。對(duì)所有的IED都進(jìn)行此項(xiàng)操作，最終得到IED的虛回路信息配置。遍歷每個(gè)IED得到所有的IED虛回路信息構(gòu)建IED虛回路信息配置。

3.3 屏柜信息配置

在現(xiàn)有SCD文件中，對(duì)于屏柜內(nèi)的裝置信息、光纖信息、回路端子信息、硬壓板信息、和空開(kāi)信息等均未描述，而這部分信息詳細(xì)反映了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，是檢修安措方案制定過(guò)程中不可缺少的一部分，因此需要對(duì)這部分信息進(jìn)行補(bǔ)充。

屏柜信息配置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 屏柜信息配置結(jié)構(gòu)

由IED虛回路信息配置和屏柜信息配置共同形成了智能變電站配置數(shù)據(jù)庫(kù)。

4 安措票自動(dòng)生成技術(shù)

安措票自動(dòng)生成技術(shù)通過(guò)對(duì)配置數(shù)據(jù)庫(kù)的遍歷，得到檢修相關(guān)信息，并在在規(guī)則庫(kù)中進(jìn)行匹配，最后將匹配結(jié)果按優(yōu)先級(jí)別進(jìn)行排列，自動(dòng)生成所需的安措票，步驟如下。

1）構(gòu)建IED狀態(tài)-關(guān)聯(lián)矩陣。IED狀態(tài)-關(guān)聯(lián)矩陣中描述了IED所處狀態(tài)以及IED之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

矩陣中對(duì)角上元素表示IED狀態(tài)，其中

2）提取檢修相關(guān)信息。由檢修任務(wù)中確定檢修IED，對(duì)檢修IED按保護(hù)裝置-合并單元-智能終端等進(jìn)行排列，依次對(duì)IED在系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)庫(kù)中遍歷搜尋其相關(guān)信息，將所得結(jié)果按一定的規(guī)則排列并存儲(chǔ)。為方便規(guī)則匹配，對(duì)所提取的檢修相關(guān)信息中的安措操作對(duì)象（軟硬壓板、空開(kāi)、回路端子等）進(jìn)行編碼，編碼信息見(jiàn)表1。

表1 回路編碼表

3）規(guī)則匹配。按所排列的順序依次對(duì)待檢修IED的每條信息在規(guī)則庫(kù)中進(jìn)行規(guī)則匹配，得到安措規(guī)則，每條安措規(guī)則下均含有優(yōu)先級(jí)別信息，按優(yōu)先級(jí)別對(duì)所得安措規(guī)則進(jìn)行有序排列，得到所需的安措票。安措票自動(dòng)生成技術(shù)流程圖如圖3所示。

圖3 安措票自動(dòng)生成技術(shù)流程圖

5 防誤校驗(yàn)與模擬預(yù)演

5.1 防誤校驗(yàn)

防誤校驗(yàn)在操作項(xiàng)未知的情況下進(jìn)行，從首項(xiàng)操作逐一進(jìn)行，由已驗(yàn)證的操作項(xiàng)代入驗(yàn)證下一操作項(xiàng)。校驗(yàn)具體操作項(xiàng)時(shí)，先校驗(yàn)變電站數(shù)據(jù)是否有效，后由預(yù)置的典型操作順序庫(kù)判斷該項(xiàng)操作項(xiàng)目是否滿足當(dāng)前典型操作順序，校驗(yàn)完所有操作項(xiàng)后，仍需在系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)中進(jìn)行查漏，檢索檢修間隔二次回路等數(shù)據(jù)是否有遺漏的必須項(xiàng)。若防誤校驗(yàn)結(jié)果存在錯(cuò)項(xiàng)或漏項(xiàng)，則需要專業(yè)人士對(duì)該安措票進(jìn)行部分的修正，修正后重新進(jìn)行防誤校驗(yàn)，直至通過(guò)。

5.2 模擬預(yù)演

對(duì)于已進(jìn)行防誤校驗(yàn)的合格票，進(jìn)行模擬預(yù)演，針對(duì)合格票中的操作項(xiàng)進(jìn)行自動(dòng)預(yù)演展示，除了以列表化的顏色變化表現(xiàn)當(dāng)前的預(yù)演步驟外，還在檢修對(duì)象二次回路圖上動(dòng)態(tài)展示過(guò)程的變化。

6 案例分析

以東崗變系統(tǒng)崗內(nèi)Ⅰ路間隔檢修為例。一次主接線方式如圖4所示。

220kV電壓等級(jí)的繼電保護(hù)及相關(guān)的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等均采用雙重化原則配置，兩套保護(hù)之間不存電氣聯(lián)系或信號(hào)傳遞，二者獨(dú)立工作，互不干擾。為了不重復(fù)分析，本文以第一套保護(hù)為例展開(kāi)。

1）構(gòu)建IED狀態(tài)-關(guān)聯(lián)矩陣

確認(rèn)檢修任務(wù)為崗內(nèi)Ⅰ路間隔檢修，確定檢修范圍為崗內(nèi)Ⅰ路第一套保護(hù)裝置（IED1），崗內(nèi)Ⅰ路第一套合并單元（IED2），崗內(nèi)Ⅰ路第一套智能終端（IED3），根據(jù)IED的狀態(tài)及IED之間的連接關(guān)系，對(duì)所有IED進(jìn)行構(gòu)建相關(guān)IED狀態(tài)-關(guān)聯(lián)矩陣如圖5所示。

圖5所示的IED狀態(tài)-關(guān)聯(lián)矩陣中IED1～I(xiàn)ED3分別表示崗內(nèi)Ⅰ路間隔內(nèi)的第一套保護(hù)裝置，第一套合并單元和第一套智能終端；IED4表示母線第一套保護(hù)裝置，IED5表示母線第一套合并單元，其他表示與崗內(nèi)Ⅰ路間隔無(wú)關(guān)聯(lián)關(guān)系的IED。矩陣對(duì)角上元素表示為該IED的狀態(tài)，非對(duì)角上元素表示兩個(gè)IED之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。由矩陣可知，檢修間隔為崗內(nèi)Ⅰ路間隔，與檢修間隔相關(guān)聯(lián)的運(yùn)行IED有母線第一套保護(hù)裝置和母線第一套合并單元。

2）提取檢修相關(guān)信息

對(duì)檢修IED按IED1-IED2-IED3排序。

圖4 一次主接線方式

圖5 IED狀態(tài)-關(guān)聯(lián)矩陣

以IED1為例進(jìn)行信息提取，在系統(tǒng)的配置數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行遍歷，得到如下信息，分別見(jiàn)表2和表3。

表2 IED1虛回路信息配置

表3 IED1屏柜信息補(bǔ)充

表2中描述了IED1與其他IED所關(guān)聯(lián)的二次虛回路信息。表3中描述了IED1的屏柜信息。同理，依次得到IED2和IED3配置信息。

3）規(guī)則匹配

操作意見(jiàn)：退出IED1上對(duì)IED4的起失靈軟壓板；優(yōu)先級(jí)別值：2000（規(guī)則優(yōu)先級(jí)別）+1（IED優(yōu)先級(jí)別）=2001。

匹配結(jié)束，執(zhí)行下一條信息的規(guī)則匹配。

其他的信息規(guī)則匹配過(guò)程，這里就不再贅述。對(duì)所有檢修IED的配置信息進(jìn)行遍歷并進(jìn)行規(guī)則匹配后，得到每條配置信息的操作意見(jiàn)，按照優(yōu)先級(jí)別值按從小到到排列，刪除優(yōu)先級(jí)別值為零的操作意見(jiàn)，最終得到檢修所需的安措票見(jiàn)表4。

表4 崗內(nèi)Ⅰ路間隔檢修安措票

表4所得為崗內(nèi)Ⅰ路間隔檢修安措票，該安措票通過(guò)防誤校驗(yàn)確定無(wú)錯(cuò)項(xiàng)或漏項(xiàng)，最后經(jīng)模擬預(yù)演，確定該票為合格票，可進(jìn)行開(kāi)票操作。

結(jié)論

本文通過(guò)分析智能站安全措施票的制定原則，構(gòu)建典型安措規(guī)則庫(kù)，解析SCD文件，構(gòu)建配置數(shù)據(jù)庫(kù)，由安措票自動(dòng)生成技術(shù)完成對(duì)檢修IED二次信息的規(guī)則匹配，自動(dòng)生成檢修安措票，最后通過(guò)防誤校驗(yàn)和模擬預(yù)演驗(yàn)證所生成安措票的合理性，必要時(shí)經(jīng)人為干預(yù)。

該技術(shù)不僅減少了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)還減少了因人為因素所產(chǎn)成的工作失誤，為解決人工擬票所帶來(lái)的工作量大，易出錯(cuò)等問(wèn)題提供了新的解決方案，也為智能變電運(yùn)維提供了安全可靠的技術(shù)支持。