智能变电站二次检修安全措施自动生成方法研究 / 开普饭

国网天津滨海供电公司、南京五采智电电力科技有限公司的研究人员张志朋、彭桂喜、卞海波、毕宏图、张国辉，在2018年第1期《电气技术》杂志上撰文指出，随着电网的不断发展和电力市场改革的深入对电网安全经济运行和供电质量的要求不断提高，针对原有的检修方式“短电流、断电压、拆跳闸”这样的安全措施已不在适合数字化变电站的实际情况。

本文提出了一种智能变电站二次检修安全措施自动生成技术，通过三种策略自动生成安措票：第一种通过安措中的隔离策略，解析智能设备之间的连接关系，确定检修设备和隔离运行设备；第二种通过安措中的软压板与虚回路对应策略，解析检修设备的关键字如“跳”获得引用名，映射该跳闸软压板，实现软压板投退解析检修设备的关键字如“电流”、“电压”，实现SV软压板投退；第三种过安措中的自动生成顺序策略，解析检修设备的软硬压板，确定安措票的操作顺序。提高智能变电站现场技改、消缺、校验的工作效率，同时减少人为因素造成的工作失误。

智能变电站以光纤为介质实现数据传输，装置之间的相互联系变为光纤通讯链路。相应的二次回路与压板变为程序构建的虚拟形态，称为“虚拟回路”和“软压板”。与之相比，常规变电站的二次回路和压板为实物，可形成明显的物理断开点，所以智能站与常规站在运维检修方式上存在很大差异。

针对以上问题，国家电网公司对智能变电站现场工作制定了通用原则或技术要求[1]，而在现场工作中，需要二次检修人员通过现场运行方式、设备运行状态、以及工作方式的不同，手工编制安全措施票。

二次安全措施制定和执行等方面均对作业人员有较高的技术要求，运检作业风险控制尚缺乏安全管控的技术手段，只能依赖作业人员的技能水平和工作经验，使得智能设备检修等工作的安全隐患未得到有效控制。

SCD文件是基于XML标准的文件，适合计算机处理。因此提出建立安全措施规则库，并将安全措施转化成便于计算机处理的数据。利用计算机强大的存储能力和计算能力，便可实现安全措施辅助分析[2-6]。

1 智能变电站二次检修安全措施方案特点

在传统变电站中，二次回路的安全措施遵循“应有明显的断开点”的原则，通过明显的物理隔离，便可保证设备不会误动出口。但在智能变电站与传统变电站有很大的不同，光纤回路代替了电缆回路，利用数字量信息代替了模拟量，相应的隔离手段有很大的不同。

智能变电站中，典型二次安全措施可分为如下6类：投入装置检修压板；退出继电保护装置功能软压板；退出装置GOOSE接收/发送软压板；退出装置SV接收软压板；退出智能终端跳、合闸出口硬压板；拔掉装置之间通信光纤，包括SV光纤、GOOSE光纤。

基于以上隔离措施制定合理的安全措施规则是完成安全措施库的基础。

2 智能变电站二次检修安全措施生成方法

2.1 实现步骤

基于SCD对象模型的智能变电站二次检修安全措施自动生成方法可分为以下步骤：

图1 安措自动生成流程图

安措规则应根据一次设备不同的停电状况（停电、不停电），不同的工作方式（消缺、校验、技改等），制定不同的安全措施规则。如：停用一次设备时，退出相关运行保护装置的SV接收软压板；不停用一次设备时，退出相关运行保护装置功能。

根据安措规则匹配智能电子设备（IED）。即根据安措中的实施对象，准确定位SCD文件中的待隔离智能电子设备模型（IED）。

根据安措规则，对待隔离的智能电子设备（IED）虚端子进行遍历，匹配相应的软压板，并匹配相关检修硬压板，确定操作对象。

制定语意规则，形成安全措施票。提供图形化页面，展示虚端子链路，对应于每一步安措操作进行操作图形化显示，以便操作人员进行确认。

2.2 变电站SCD数据模型化

总体原则：通过分析SCD文件获取以检修设备为视角的逻辑关系图，逐个分析逻辑关系图中的运行设备和检修设备的隔离点，并将与间隔相关数据信息模型化。

Q/GDW 1396-2012《IEC61850工程继电保护应用模型》对IED命名规范有明确要求。基于目前国内各集成商对IED的统一描述，模糊匹配关键字，查找SCD文件中的检修间隔的二次设备。

如：PT代表主变保护，MT代表主变合并单元，IT代表主变智能终端。

确定待隔离智能电子设备后，通过SCD文件，解析所有与之存在通信关系的虚端子链路，根据接收虚端子的引用名区分SV链路和GOOSE链路，如果是SVIN前缀则为SV链路，如果是GOIN前缀则是GOOSE链路。对不同类型实施对象进行分组。

根据待隔离智能电子设备名提取检修压板，按照待隔离虚端子链路提取软压板，匹配软压板基于关键字进行。发送侧软压板根据Q/GDW 1396-2012《IEC61850工程继电保护应用模型》规范能够较为准确的定位与虚回路的对应关系，从而确定发送端、接受端，正确匹配回路功能描述及压板描述名。如表1所示：

没有按照规范建模的采用模糊语句进行描述；接收侧软压板无法准确定位虚回路的对应关系，将通过模糊描述的语句进行描述。凡是采用模糊语句进行描述的都应该提供dsRelayEna的软压板下拉框，通过人工方式进行准确关联，继而生成准确的安措操作票和XML文件。

所有逻辑关系形成后，应按照设备为单位再次整理，合并冗余链路的软压板。对于部分跳闸回路和失灵回路共用模块软压板，或个别SCD文件中压板命名不规范，导致建模失败情况，需要人工进行dsRelayEna映射。

表1 关键字正确匹配列表

2.3 安措执行条目文件（XML）生成

基于SCD文件建模完成后，将安全措施转化成计算机可以识别的语义规则，安全措施执行条目生成XML格式如下：

</IED>

</Precaution>

（1）Precaution根元素，表示安措执行条目。

（2）IED元素，表示装置信息。一个Precaution元素包括一个或多个IED元素，IED属性有desc，name，ipaddr。 desc表示设备描述信息，name表示IED的名称，ipaddr表示IED的IP地址。

（3）Entry元素，表示安全措施的条目。一个IED元素包括一个或多个Entry元素，Entry属性有desc, ref , expect。 desc表示安措内容描述；ref表示这条安措信息的信号引用名；expect表示这条安措信息的期望值用于进行安措执行状态比对。

2.4 安全措施语义匹配

基于安全措施语义规则对操作对象进行语义匹配。将模型化的SCD数据对象按照安全措施语义规则进行匹配。回路类别引用回路功能描述模型，实施对象为发送端或接收端智能电子设备IED，操作对象包括软压板、硬压板、光纤。

例如对于发送端GOOSE压板，安全措施语义规则可描述为：回路类别｛回路功能描述｝。安全措施内容：退出{发送端IED}｛压板描述名｝发送软压板；对于接受端GOOSE压板，安全措施内容语义规则可描述为：退出｛接受端IED｝｛压板描述名｝。

生成安全措施票范例如下表所示：

表2 安全措施票范例表

2.5 安全措施票的调整及人工确认

当SCD文件中能正确建模，操作对象能够正确匹配，例如GOOSE链路中的跳闸、启动失灵等。这种情况下，可按安全措施语义规则，自动生成措施条目。但一个SV链路需要在接收对应一个SV接收软压板，即在软压板数据集中寻找相对应的SV接收软压板，由于虚回路和软压板信息没有对应关系，因此需要人工对应。

此外，由于SCD文件中描述不规范，导致无法进行正确匹配操作对象。这些情况下可设置为“待确认”状态，需操作人员进行确认。

光纤、交流连片、出口压板等操作对象为物理链路，在SCD文件中未做描述，无法进行建模，可预性定义通用语义规则，根据语义自动生成为安措步骤，此步骤应设置为“待确认”状态。

图形化展示如图所示，模型匹配后，将操作对象进行详细展示，便于操作人员进行操作与确认。

图2 安全措施图形化

图中列出了操作对象直接的逻辑链路关系，需要操作的压板（软压板、硬压板）显示为红色，压板打开后，压板图形即显示断口。链路联通显示绿色，光纤拔出链路断开后显示为白色。当实施步骤在“待确认”状态时，可在相应实施对象旁加“！”标示，提醒操作人员进行确认。

2.6 缺陷处理后传动试验安措票

220kV线路保护传动试验安全措施

a.退出220kV第一套母线保护内运行间隔GOOSE出口软压板、失灵联跳发送软压板，投入该母线保护检修压板；

b.退出该间隔第一套智能终端出口硬压板，投入该智能终端检修压板；

c.投入该间隔第一套线路保护检修压板；

d.如有需要退出该线路保护至线路对侧纵联光纤、解开该智能终端至另外一套智能终端闭锁重合闸回路；

e.本安全措施方案可传动至各相关智能终端出口硬压板，如有必要可停役一次设备做完整的整组传动试验。

220kV智能终端传动试验安全措施

a.退出该间隔第一套智能终端出口硬压板，投入装置检修压板；

b.退出220kV第一套母线保护内运行间隔GOOSE出口软压板、失灵联跳软压板，投入该母线保护检修压板；

c.投入该间隔第一套线路保护检修压板；

d.如有需要退出该线路保护至线路对侧纵联光纤、解开该智能终端至另外一套智能终端闭锁重合闸回路；

e.本安全措施方案可传动至该智能终端出口硬压板，如有必要可停役一次设备做完整的整组传动试验。

3 平台部署及工程效果

本项目主要基于92号文，研究和实现智能变电站的安措票自动生成技术和在线校核技术。具体的实现思路如图3所示。

（1）PC机中安装安措策略生成软件，导入SCD文件获取IED之间的逻辑关系；

（2）用户点击一次设备及二次设备等相关设备划定检修范围，软件根据安全策略专家库，分析检修设备和运行设备的隔离点，分析各个虚回路连接与之对应的软压板，对相关的GOOSE、SV软压板、检修硬压板、智能终端的出口硬压板等的投入退出进行分析；

（3）策略分析完成后根据该地区对应的安措模板格式给出安措操作票，同时生成该检修票的文本文件，即安措执行条目表，该文件中记录安措执行的详细步骤，设备对象，IEDname、操作的软硬压板的引用名、期望值等。

（4）将安措执行条目文件导入手持终端中，手持终端解析条目表启动MMS服务连接各个IED设备，对于可以进行连接的设备进行在线校核，为了更方便的展示其逻辑连接关系，将采用可视化的方式进行，可视化的图形样本参考92号文执行，如图2所示。

（5）可视化的图形在手持终端可根据某个设备视角为中心进行展示，其关键点在于如何将软压板与虚回路的连接关系进行耦合，图中的软压板、检修压板可动态展示，可根据MMS上送的状态量进行实时更新，其状态值应为操作票执行后的状态显示。

通过本项目的实施，可帮助运检人员自动编制安措操作票，可辅助校验安措票的执行情况，并通过图形化方式显示当前设备的隔离状态，有助于智能变电站检修工作的开展。

图3 安全措施图形化

本项目在220kV苏桥变二次检修安措票，如参考附件A所示：

西郊一线第一套保护(停电) 校验安措操作票

1.消缺前安措

(1)运行设备

PM2201A:220kVI/II段母线第一套保护

退出支路6_B相启动失灵开入软压板

退出支路6_A相启动失灵开入软压板

退出支路6_C相启动失灵开入软压板

(2)检修设备

PL2201A:西郊一线第一套保护

退出闭锁重合闸软压板

退出重合闸软压板

退出跳闸软压板

退出启动失灵软压板

断开组网光纤

断开纵联通道光纤

投入检修硬压板

断开硬接点信号公共端

短接并断开电流端子连接片：端子编号断开电压端子连接片：端子编号

4 结论

根据现场运行情况，制定合理的安全措施规则库，利用关键字匹配方法将SCD文件中的实施对象模型化，从而实现智能变电站安全措施的自动生成。充分考虑自动生成技术的适用性，增加人工“待确认”功能。

利用计算机的存储及计算能力，保证了二次检修安全措施编制的效率、正确性和完整性。此方法在试点变电站得到很好的应用，有效地提高了运维效率，具备可实施性和推广价值。

智能变电站二次检修安全措施自动生成方法研究

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