电力调控物联网集中遥控操作智能防误系统设计及应用

裴东锋，卜明新，周宝玉，朱姜峰

(国网河北省电力有限公司邯郸供电分公司，河北 邯郸 056002)

电网集中调控模式下，远方遥控操作已成为主要的倒闸操作模式。为保证安全开展，国网公司颁布系列规程文件，明确规定调控中心远方操作应具有完善的防误闭锁措施和可靠的设备状态确认方式[1]。目前，国内外电力调度机构大多应用OPEN3000、D5000等自动化系统来完成远方遥控操作，但主站防误闭锁功能基本缺失。同时，站端传统防误系统无法自动实时校核远方遥控操作。因此，遥控过程中任一步骤出现错误都有可能导致误操作事件的发生，危及电网安全稳定运行。因此，有必要研发和应用智能防误闭锁功能，提升远方遥控操作技术水平，改进遥控操作安全管控模式，切实提升电网倒闸操作效率和安全稳定水平。

1 总体功能设计

集中遥控操作智能防误闭锁系统基于电网接线模型分析和防误规则框架自定义技术研发，利用安全隔离技术实现管理信息大区(Ⅲ区)的智能防误操作票系统和生产控制大区(Ⅰ区)的智能电网调度控制系统(D5000系统)间的数据交互。其中智能防误操作票系统包括调度指令票和监控操作票2个系统。总体架构如图1所示。

该系统构建了遥控操作专项路径和专门界面，实现了调度指令智能解析、遥控项目安全校验、操作过程实时监控、控制结果自动研判，技术应用设计流程如图2所示。

图1 集中遥控操作智能防误闭锁技术总体架构

图2 集中遥控操作智能防误闭锁技术应用设计

a.调度员下达指令后，将在Ⅲ区依据调度指令自动解析的监控操作票，传送至I区EMS系统，经一致性校验、防误安全校验、模拟预演通过后，才开放相应设备遥控权限，自动调阅相关设备画面。

b.遥控操作过程中，对每台受控设备进行实时安全校核。校核正确，逐设备开放遥控权限，上一设备操作到位，下一设备遥控权限方可开放，其中任一台设备操作不到位，则中止操作。校核错误，闭锁遥控权限，禁止执行。

c.遥控操作完毕，自动报告执行结果，并将控制信息返回给监控操作票和调度指令票系统，相关设备恢复闭锁状态。

2 核心技术的实现

2.1 一致性校验

应用该系统执行遥控操作时，需要在处于Ⅰ区的调度指令票、监控操作票和处于Ⅲ区的D5000系统之间进行数据交互，必须保证各环节、各系统间接收和读取信息的一致性，才能保证操作执行正确，因此需要对控制对象进行一致性校验，只有控制对象的厂站名、设备名、设备ID和现有D5000系统中完全一致，控制请求命令才有效，否则直接返回错误信息，禁止控制。

2.1.1 下发操作指令语义识别规范

约定监控操作票格式，通过Ⅰ/Ⅲ区数据交互，将票面列出的操作设备信息对应到EMS系统的数据库生成控制文件。

2.1.2 控制结果反馈语义识别规范

遥控操作全部执行完成后，将每台设备遥控操作结果反馈给智能防误操作票系统，对于控制失败设备需要返回具体错误信息。

一致性校验功能由服务程序负责完成，服务程序布置在固定服务器，轮询固定文件夹，获取由Ⅲ区上送的文件，以设备ID为索引获取厂站ID、厂站中文名和设备中文名，进行校验。

2.2 安全防误校验

变电站集中监控的范围，从几个变电站扩大到一个地区变电站群的集中监控，操作范围从分站操作扩大到分区操作[2]，客观上要求完善集中监控功能，具备远方操作模拟预演、拓扑防误校核等手段，确保操作指令传输各环节安全、准确、可靠，严防遥控误操作[3]。应用该系统后，校核结果正确后，开放遥控权限，允许执行遥控操作。校核结果错误时，闭锁遥控权限，禁止执行遥控操作。防误校核内容包括“遥控前设备是否允许进行遥控操作”和“遥控后设备是否遥控操作到位”，校核逻辑综合判定反映电网运行现状实时信息设备遥信位置、遥测值(有功功率、无功功率、电流、电压)等加以实现[4]，相关校核逻辑策略可结合实际电网接线情况进行逐站、逐设备自定义维护。

下面以110 k V电压等级电网设备接线为例，介绍拓扑防误规则如下:启动某一断路器的遥控操作后，系统自动执行拓扑防误功能，以该断路器两侧为起点，开始逐元件搜索断路器两侧连接范围内电气设备运行情况，搜索至边界设备时停止，并依据搜索情况判定断路器遥控条件。根据地区电网的调度管辖范围和设备接线特性将电气设备断开点、变压器110 k V主进断路器、220 k V变电站的110 k V母线定义为搜索边界设备，将220 k V变电站的110 k V母线定义为电源点。

2.2.1 断路器遥控前防误校核

2.2.1.1 断路器遥控合闸条件判别

对于空载和非空载线路，断路器遥控合闸后的位置判定条件是不同的，因此断路器合闸前，首先对断路器电压遥测值U i进行判断，若|U i|＜1，判断该线路断路器合闸后为空载线路；若|U i|＞1，则该线路断路器合上后非空载线路。执行完毕该判定之后，系统再检验断路器是否满足遥控合闸条件，具体如下。

遥控合闸条件判别:拟遥控断路器的拓扑防误搜索范围内接地隔离开关均在断位(无接地线)，无禁止合闸类标识牌时，系统允许遥合断路器，否则系统会发出禁止合闸信息，并提示告警原因。说明:断路器遥控合闸时，系统判断各设备位置时只采该设备的遥信信息，设备合位为1，设备分位为0。

对于变电站断路器Kzi，将它的第j条完整连通回路标记为LZij，则该回路的状态判断为:

式中:Fzi为断路器遥合判定结果；Dij表示搜索范围内地线(接地开关)情况，该回路无接地线或者接地开关均在分位时Dij=0，否则Dij=1；Eij表示搜索范围内挂牌情况，该回路无禁止合闸类标识牌时Eij=0，否则Eij=1。因此，断路器允许遥控合闸校核条件为:Fzj=0。

2.2.1.2 断路器遥控分闸条件判别

断路器遥控分闸前，系统先根据断路器电流遥测值Ii判定是否为空载线路，若|Ii|＜10，判断该线路为空载线路，若|Ii|＞10，则判断该线路非空载线路。执行完毕该判定之后，系统再检验断路器是否满足遥控分闸条件。

遥控分闸条件判别:判断为空载线路时断路器可直接遥控分闸；非空载线路断路器分闸后需保证断路器两侧均不会造成设备停电，对拟遥控非空载断路器进行拓扑防误搜索，断路器两侧均存在220 k V变电站的110 k V母线作为搜索边界时，系统允许遥分断路器，否则系统发出禁止分闸信息，并提示告警原因。

非空载线路断路器遥控分闸时，系统判断各断路器位置时综合遥信和遥测信息，满足Zi=W∩(CP∪CQ)∩CI=1的条件时，判定断路器在合位，否则Zi=0时，判定断路器在分位；系统判断各隔离开关位置时只采该隔离开关的遥信信息，设备合位为1，设备分位为0。

2.2.2 断路器遥控后防误校核

2.2.2.1 断路器遥控合闸到位校核

系统对断路器遥控执行结果进行校核，合闸到位判断条件为Zi=1。

对空载断路器，校核条件为断路器合位和电压遥测值正常，即:

对非空载断路器，校核条件为断路器合位、电流和有功无功遥测值正常，即:

2.2.2.2 断路器遥控分闸到位校核

断路器遥控分闸后，系统会对执行结果进行校核，分闸到位判断条件为Zi=0。

对空载断路器，校核条件为断路器分位和电压遥测值为0，即:

对非空载断路器，校核条件为断路器分位、电流和有功无功遥测值为0，即:

上述各式中:Zi为断路器位置的真值判断；W为Ki断路器的位置，合位取1，分位取0；CU为Ki断路器电压Ui是否有值的判断，若|Ui|＞1，则CU=1，否则CU=0；CP为Ki断路器无功Pi是否有值的判断，若|Pi|＞1，则CP=1，否则CP=0；CQ为Ki断路器有功Qi是否有值的判断，若|Qi|＞1，则CQ=1，否则CQ=0；CI为Ki断路器电流Ii是否有值的判断，若|Ii|＞10，则CI=1，否则CI=0。根据理论计算和实际统计，Ui的临界值取1 k V，Pi和Qi的临界值分别取1 MW和1 Mvar，Ii的临界值取10 A。

2.3 遥控智能执行

服务端程序读取控制文件，经校验通过后，将设备ID、当前状态、控制目标结果等通过消息发送各客户端程序，客户端所在的工作站通过配置文件的方式读取。客户端所在的工作站收到消息后D5000系统自动弹出遥控操作执行界面，在画面最上层显示，并根据智能防误操作票系统发送的控制序列请求信息，将需要控制的设备对象及其控制状态，按照操作步骤和顺序成列表形式在执行界面上半部分显示，将当前准备执行或正在执行的画面自动调出，在遥控执行界面下半部分显示。该界面下具备“单步”和“连续”2种操作模式，操作人员可根据需要灵活选择应用。

选择“单步”模式执行遥控操作时，操作人先点击“遥控预置”按钮，输入用户名和密码后，将遥控请求发送至另一台D5000监控机，监护人核对内容无误输入用户名和密码后监护通过，操作人点击“遥控执行”按钮即可启动遥控操作。同一操作任务包括多台设备时，在一台设备执行完毕之后，点击“下一个”按钮，即可按顺序启动下一设备遥控操作，无需操作人和监护人重复输入用户名和密码，即一项遥控操作任务包含多台设备时，只需输入一次口令，遥控过程中只需进行简单人工干预操作。

选择“连续”模式执行遥控操作时，操作人和监护人分别输入用户名和密码，点击“遥控执行”按钮启动遥控操作后，无需再进行人工干预操作，即可将全部设备遥控执行完毕，即一项遥控操作任务，只需输入一次口令，遥控过程中无需进行人工干预操作。

遥控过程中，系统检测到某一步骤操作不到位时，不允许执行下一设备遥控操作，“下一步”按钮呈灰色不可选择执行的状态，此时允许监护人点击“遥控预置”按钮重新启动一次当前设备的遥控操作。若当前设备确实无法执行遥控操作时，点击“遥控取消”即可结束本次遥控操作任务。

3 案例应用分析

在图3运行方式下，110 k V黄明变电站采用单母分段接线方式，由110 k V肖黄线供全站负荷，110柏黄线充电备用，对黄明变电站肖黄线151断路器遥控分闸时，启动151断路器的遥控操作后，系统自动执行拓扑防误功能，以151断路器两侧为起点，开始逐元件搜索断路器两侧连接范围内电气设备运行情况，151-5隔离开关侧搜索至肖城站110 k V 2号母线时停止。151-1隔离开关侧搜索至黄明变电站2号主变圧器、1号主变圧器、152断路器时停止。

图3 典型电网运行方式

此时，因151-1隔离开关侧未搜索到电源点，遥控分闸黄明变电站肖黄线151断路器后会造成黄明变电站110 k V 1号母线、2号母线、1号主变圧器、2号主变圧器停电，则禁止遥控分闸黄明变电站151断路器，并进行告警提示。

4 应用效果分析

目前，智能防误闭锁系统已广泛应用于电网系统倒方式、线路停送电等操作任务。截至2019年8月31日，已执行调度指令3 561项，监控操作票4 903张，正确率均达到100%。

a.有效解决无约束式遥控功能安全隐患。该系统具备完善的遥控权限管理机制和遥控操作防误闭锁技术，能够安全可靠的实现调度指令票、遥控操作票、遥控执行的人机联合安全把关，强制性的实现了“调度指令票内容”-“监控操作票内容”-“实际遥控设备”三者的一致性，实现“调度下令”-“监控接令”-“遥控执行”的全过程安全管控，完全杜绝了遥控操作误填票、误选择、误执行的安全隐患，确保远方遥控操作的安全性和正确性。

b.大幅提升遥控操作效率。能够自动识别和解析调度指令，自动生成监控操作票和D5000系统识别的程序，无需人工填写遥控操作票。操作过程中操作人和监护人只需分别输入1次口令，即可完成多台设备的远方遥控操作，倒闸操作效率大幅提升。

5 结束语

为有效防止遥控误操作的发生，通过阐述泛在电力物联网背景下，应用基于电网接线模型分析和防误规则框架的智能防误闭锁技术实现物物互联，为远方遥控操作安全开展提供了一种解决思路和技术方案，不仅通过遥控操作权限管理和安全防误校核，确保了远方遥控操作的正确性和安全性，而且通过对调度下令到遥控操作整个过程的闭环管理和自动化技术应用，大幅提高了遥控操作效率。