集控站遥控操作约束

遥控操作安全约束系统简介
1 前言
随着电网规模的不断扩大和电力自动化水平的不断提高，各地区越来越多地采取控制中心的模式，这种控制中心有些由调度中心肩负，有些已分划为多个集控中心，以下简称为控制中心。控制中心肩负着对所辖区域电网中各变电站的运行状况监视和操作任务，而之所以称之为控制或集控中心，其主要的任务是实现对区域电网的集中控制。随着站端自动化水平的不断提高，尤其是无人值守综合自动化变电站的不断普及，越来越多的操作任务可在控制中心监控系统上直接通过遥控方式完成。
目前各地控制中心监控系统基本是延续了原调度自动化SCADA系统各类功能，提供了能够满足控制中心进行遥控操作的功能，但此功能基本是一种无约束的操作。这种无约束的操作为遥控操作带来很大的误操作隐患。这些隐患可能包括：除电力五防规定中的误选操作设备、带地刀合闸、带电挂接地线或合接地刀闸、带负荷拉合刀闸外，还包括跨步操作、上步没有实际操作完成而操作下一步、违反刀闸操作顺序规定、设备各侧开关操作顺序规定等。同时，在实际遥控时，不易判断出操作后的可能对电网带来的影响，是造成误操作的最大隐患。
针对这些问题， 本公司开发了一套遥控操作安全约束系统（OS2000）。本系统是基于实际电网模型和实时数据基础之上对遥控或指令下达过程校验、控制的安全软件。在充分共享SCADA系统实时数据基础之上将操作票智能生成系统、操作流程控制系统和智能约束系统有机结合起来，以技术条件为遥控操作人员提供一个操作简单、易于维护、功能齐全的操作防误工具，使电网操作进行预先计算控制，最终形成合理安全的操作规则，再以此进行电网操作。
2 系统逻辑构成
如图（一）所示，该系统中的操作约束中心处理机，是整个实现约束操作的控制中心，SCADA系统在下发遥控命令前，要先通过约束中心处理机校验，校验通过后方能下发遥控。同时，在原SCADA电网模型描述库基础之上，增加了操作规则描述库和与操作票相关的术语和语句模型库以及操作票库，将操作票的生成和业务流程与实际遥控操作结合起来，操作票各步骤的操作设备同电网模型中的操作设备相对应，从而实现在有票操作下的操作票约束。
3 系统模块简介和运行环境
系统分为操作安全约束分析子系统、在线拟票子系统、规则维护子系统、下令流程控制子系统和操作票管理子系统以及操作票模版定制工具、建模工具，在下面章节中将进行详细介绍。
3.1操作安全约束分析子系统
整个系统的核心部分，用以校核操作是否安全，给出辅助决策，其主要校核功能分为四个方面。
3.1.1基于拓扑的面向电网的安全约束功能
其主要目的是通过电网实际接线方式和运行方式，以及二次设备的配置情况，分析操作前后的运行状态，根据运行方式合理性给出约束条件或操作提醒。
它的分析以电网为研究对象，五防中的带地线合闸、带电合地刀以及带负荷拉刀闸为误操作，进行无条件闭锁，当然它的分析不以单个变电站为分析对象，它将五防闭锁分析扩展到全网。另外将一些停电、送电、合环、解环等操作作为提示信息，由用户判断操作是否准确，防止误停电等操作的发生。
3.1.2自定义条件约束功能
对一些特殊设备的操作，可通过自定义条件逻辑来对设备的操作进行约束，其主要目的是满足设备操作的特殊性，其判别依据是用户自定义的逻辑单元，任何可操作设备都可通过逻辑表达式定义约束其操作的逻辑单元，逻辑单元的参数可是任何采集的遥信或遥测量，用户可根据需求和操作原则自编写操作逻辑，来形成对操作的约束。
当进行某设备的某种操作时，系统利用当前状态通过逻辑计算得到得约束结果来判断是否允许操作，如图（三）所示。
3.1.3挂牌约束
可在一次接线图上各类设备图符上（含二次空开、保险、压板等）挂各种指示牌，例如：接地牌、检修牌、操作牌等，当设备挂接地牌和检修牌时，系统自动进行拓扑辨识（拓扑着色）和五防约束，认为该设备处于接地状态，按接地状态进行操作约束，满足开关或设备无地刀时的接地和检修操作。
3.1.4操作票约束
防止出现跨步、误选操作设备等操作错误。
3.2在线拟票子系统
对应一些常规的多步操作，一般要先书写指令票，再根据操作规程中规定进行实际下令。本系统在一次接线图上直接生成操作票，无需人工编写，通过点击操作设备形成操作步骤，可将操作步骤与实际操作的设备模型对应，因此不仅提高了操作票的生成效率，同时在形成票时可根据实时电网运行方式判断各操作步骤的合理性。各操作步骤在拟票过程中与所涉及的操作设备形成一一对应关系，因此解决了操作票步骤描述的识别问题，为得出准确的约束结果提供了可能。
在线操作票功能，充分利用了SCADA系统中丰富的设备模型信息、图形信息和实时采集量值，大大降低了额外的维护量，由于信息来源的一致性，使操作票步骤中的设备信息描述更加准确，同时本系统中所设计用户可自定义标准语句模型和术语库，操作票中各类步骤描述有极强扩展性和适应性，提高了拟票效率，使操作票更加规范、标准。
用户可以在系统界面上一个个点选操作设备选择操作步骤，一步步拟票，也可以点选操作设备选择操作任务，自动生成操作步骤，形成操作票。
3.3规则维护子系统
规则维护子系统是本系统的数据维护中心，主要用来编辑设备操作对应的语句模型、自定义特殊的安全约束规则、定义各类设备的综合令、任务令的拆解步骤以及二次设备的配置等等。同时也可对票号规则、人员权限密码进行配置。
3.4工作流程控制子系统
3.4.1指令票工作流程
常规多步倒闸操作，要通过指令票的流程来控制操作，如图（四）所示，“拟票”、“审核”和“审批”是操作票流程中的三个环节，在各环节“上传”时，均有“约束检查”，这样不仅利用了操作票制度和流程的严紧性，同时，通过系统自动的约束检查，使操作票更加安全可靠。

图（四）

3.4.2 模拟操作工作流程
在实际操作前可进行模拟操作，根据当前电网对各操作步骤进行模拟操作一遍，满足电力系统操作前先模拟操作的要求。

图（五）
3.4.3实际下令流程
在进行下令前，可先进行模拟下令，打开已“审批”完成的操作票，系统将自动进行模拟操作，给用户以提示判断是否应该下令操作。

图（六）
在控制流程的过程中，每前进一步，均有“约束检查”，其主要原因是，电网状态不断的发生变化，拟票时满足的条件，在操作时不一定满足，每次“约束检查”都是利用了当前的实时数据，“约束检查”条件同电网实际状态的一致性。
3.5操作票管理子系统
3.5.1操作票执行登记
在执行登记界面中，自动列出所有已通过审查、待执行的操作票，选中后，完成执行登记，存在执行开始和执行结束两种状态（在登记表中以颜色和不同的图标进行区分）；在执行登记界面中，同时提供操作票分组和操作票步骤分组的功能，分组原则是操作票之间的执行顺序有严格的要求或操作步骤之间的执行顺序有严格的要求。
3.5.2操作票作废
在操作票流转审核过程中以及操作票的执行管理界面中，用户都可以选择具体操作票进行作废，作废后的操作票保留在库中，通过查询和统计应用可以进行分类检索。
3.5.3操作票跨项闭锁或提示
对于在执行中归到同一组中的操作票或操作步骤，由系统进行严格的防跨项闭锁或提示确认。
3.5.4操作票执行监护
在执行监护界面中，实时反映正在执行的操作票和其具体步骤的执行情况信息，监护过程中调度员可随时监视操作票的具体步骤是否操作到位，以便明确操作完成情况。
3.5.5操作票归档
在一张操作票或一组操作票的执行全部完成，并得到监护调度员的签名确认后，将操作票按照操作票时间进行归档，通过操作票查询统计功能可以进行检索和统计。
3.5.6操作票统计分析
对于所有已归档或已作废的操作票，提供用户按照以下条件进行检索和统计：按月统计、按时间段统计、按任务票编号统计、按操作对象统计、按状态（未审核、执行中、已执行、已作废）统计，或按照上述条件进行组合查询。
提供用户按照时间段、操作人员（全部或具体人员）、操作次数范围、操作合格率、调度员千项操作无差错等指标进行综合统计，支持统计结果自动存档，可以作为后续考核的基础。
3.6操作票模版定制工具
提供对操作票模版进行定制的功能。
3.7拓扑建模和图形绘制工具
系统采用面向对象的电网拓扑建模方式，通过本工具，可快速建立电网模型数据库，和各设备之间的连接关系，绘制各索引图、厂站图和间隔图。
 可根据要求定义所需图元；
 以间隔为单位的组合图元进行绘图的方式；
 向导式生成设备编号、名称和连接点编号；
 可自动建立图形设备之间的连接关系，使拓扑建模更为准确；
 完全的图模一体化设计，绘图同时填写数据库；
 可打印输出接线图；
 图形可缩放、拖动图形；
 可拖动图形组合单元，但连接关系不变，方便对图形布局的调整。
 可自定义电压等级颜色，设备自动根据电压等级着色。
 建立了丰富的图元，包括发电机、变压器、线路、电容器、电抗器、母线、开关、刀闸、地刀、推车开关、引线、避雷器、CT、PT、空开、二次保险、压板、熔断丝、负荷开关等电网中所需设备图元，图元可根据要求进行设计，并可满足新设备类型图元的增加。
 系统预置了各类间隔组合图元，包括单母线开关间隔、双母线开关间隔、推车开关间隔、母联间隔、母联兼旁路间隔、分段间隔、环形接线等多种类型的图元组，新的间隔类型可定义形成，满足类型的扩展性。通过间隔组图元的拖放绘制图形，使绘制接线图更为简捷、方便、和标准。
 系统提供丰富的图元的对齐、翻转、转动方式，方便图形的调整；
 任何图元可定义热点，方便建立索引图和关联图；
 图形可以分层、分页绘制；
 可自定义改变背景色。

4.1 遥控操作安全约束系统的四大创新（与同类产品比较）
1、防误操作手段。目前国内针对防误操作的其他产品包括变电站的五防系统，它主要以单个变电站为研究对象，因此是一个局部的防误操作系统。本系统以电网为研究对象，分析操作和下令时对所辖整个电网的影响，应用于调度中心、集控中心等下令和遥控操作的部门，而且是建立在所辖电网实时数据基础之上的，具有更强的算法分析手段。
2、在线式操作票生成。在操作票方面，国内有很多操作票生成系统，普遍是基于传统的拟票方式和使用方式，目标是形成文字描述性的操作票。该系统改变了传统操作票的拟票方式和使用方式，在电力系统图形拓扑模型和实际数据校验的基础之上进行操作票的拟定，不仅操作迅速，而且描述标准、可靠，最为突出的是，该系统形成的操作票不仅仅是文字描述，而且在实际操作过程中与电网进行实时校验，对实际操作产生约束，避免各类误选设备、跨步操作、遗漏等问题。
3、实时性。同某些离线系统比较，该系统最大化的共享实时系统（SCADA）资源，时刻保持信息与scada信息的同步。无需再额外增加硬件设备进行信号的采集。所有校验是基于实际电网和电网当前状态进行校验，具有及强的实时应用价值，避免由于电网发生突变而带来的误操作。
4、智能性。遥控安全约束系统从电网运行方式上智能提取设备特征，进行约束判断，所以它无需用户对基本约束规则进行维护录入，极大的降低了用户维护工作量；

因此，遥控操作安全约束系统将监控系统（SCADA）和实际操作的智能监护有机结合起来，利用并弥补了SCADA偏重与监视功能而对操作安全约束的不足，同时将电力系统操作规程的操作流程融入到监控系统中，形成具有遥控操作安全约束的监控系统，为计算机遥控的安全操作提供了先进科学的手段。

5 总结
上述四种约束与控制流程紧密结合，使操作人员必须严格遵循操作规程中所规定的流程；其中的“约束检查”充分考虑了操作设备和电网的相关性，从操作设备前后的状态、操作后所导致的结果以及是否符合操作规则等各个角度，分析操作对电网所带来的影响，并利用这些信息对设备形成闭锁或给操作人员以适当的提醒，大大降低了误操作的可能。
该系统将监控系统（SCADA）、实际操作的安全防护和操作业务流程有机的结合起来，弥补了原监控系统（SCADA）偏重于监视功能而对操作控制防护的不足，形成具有遥控操作安全约束的控制中心监控系统，为具有遥控职责的调度中心或正在发展中的集控中心的操作管理和遥控安全操作提供了一种解决方案。