基于专家系统的智能变电站二次检修安措票自动生成技术 / 开普饭

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征稿｜第四届轨道交通电气与信息技术国际学术会议

征稿｜中国电工技术学会电机与系统学报（英文季刊）

摘要

福州大学电气工程与自动化学院、国网福建省电力调度控制中心的研究人员郭炎福、黄文英、宋福海、郭健生，在2019年第4期《电气技术》杂志上撰文指出，随着智能变电站技术的不断发展，智能变电站越来越多地被应用。在智能站中的二次信息置于SCD文件中，二次回路信息不再直观可见，使得智能站二次回路的可维护难度、管理难度和安全风险都增大了。

本文针对这一现状，提出了基于专家系统的智能变电站二次检修安措票自动生成技术。该技术通过分析智能站安全措施票的制定原则，构建典型安措规则库，解析SCD文件，构建配置数据库，最后由安措票自动生成技术对检修IED二次信息的规则匹配，自动生成检修安措票。

该技术为智能站实现智能化运维进行了有益的探索，解决了人工拟票工作量大、易出错等问题，提高了二次运维检修人员的工作效率，保证了二次检修安全措施工作的有效性和正确性。

随着智能变电站技术的不断发展，投入使用的智能变电站越来越多，智能变电站也成为了中国电网的重要组成部分。与常规站不同，智能站中，由于光纤、软硬压板的广泛应用，使得大部分的二次信息不再以实体电路形式展现在操作人员面前，而是存储在SCD（system configuration description）文件中，通过网络通信的方式进行数据传递。

二次检修安全措施作为运行设备与检修设备之间的安全防线,对二次检修期间保障电网的安全运行具有重要作用。当智能站进行二次检修时，容易因工作不到位而导致运行设备继电保护误动或拒动等重大电网事故发生。目前采用传统的人工拟票，容易出现编制错误，并且编制效率低下，无法保证二次检修安措的正确性和有效性。

针对上述问题，本文提出了基于专家系统的智能变电站二次检修安措票自动生成技术。该技术通过分析智能站安全措施票的制定原则，构建典型安措规则库，解析SCD文件，构建配置数据库，最后由安措票自动生成技术完成对检修IED（intelligent electronic device）二次信息的规则匹配，自动生成检修安措票。

该技术为智能站的智能化运维提供了新的探索，为解决人工拟票所带来的工作量大、工作复杂易出错等问题提供了新的方案，提高了二次运维检修人员的工作效率，保证了二次检修安全措施工作的有效性和正确性。

1 智能站二次检修安措

1.1 智能站与传统站二次检修安措的区别

传统站中，二次回路以实体电路形式存在，检修过程中遵循“明显电气开断点”的原则。在检修过程中，退出与检修回路相关的硬压板，会产生明显的电气开断点，保证检修过程中，为运行设备不因检修操作而误动作，通常采用“短电流，断电压，拆跳闸”的方法作为二次回路的安全隔离措施。

与传统站不同，智能站中广泛应用数字信号实现网络通信，因此无法再遵循“明显电气开断点”的原则进行隔离检修。通常采用投入装置检修硬压板，拔出装置背板光纤，退出装置GOOSE（generic object oriented substation event）发送/接收软压板等安全措施进行检修隔离。

1.2 智能站安措隔离措施

智能站安措隔离措施主要有以下几种。

1）退出保护装置的保护功能软压板，该装置将退出相应的保护功能。
2）退出保护装置上的GOOSE发送软压板，该装置将不再对外发送相应GOOSE信号。
3）退出保护装置上的GOOSE接收软压板，该装置将不再处理其他装置所发送的相应GOOSE信号。
4）退出智能终端的出口硬压板，形成明显开断点，将一次设备与二次控制回路可靠开断。
5）退出保护装置上的SV（sampled value）接收软压板，该装置相应的回路采样值不再显示，该回路的采样值不参与逻辑计算。
6）投入装置检修硬压板，该装置置位检修状态。

1.3 典型二次安措票

依照国家电网公司所颁布的Q/GDW 11357—2014《智能变电站继电保护和电网安全自动装置现场工作保安规定》，得到典型二次安措票范例如下：

1）退出检修相关的保护功能软压板。
2）退出检修相关GOOSE接收/发送软压板。
3）退出检修相关的出口硬压板。
4）退出检修相关的SV接收软压板。
5）投入检修装置的检修硬压板。
6）断开检修相关的CT、PT回路连接片。

对于无法通过投或退软压板实现隔离的SV、GOOSE的光纤回路，可选择拔掉光纤来实现。以上智能站的安措隔离措施和典型二次安措票是形成智能站安措规则库的基础。

2 专家系统检修安措规则库

2.1 专家系统

专家系统是指某专业领域内，计算机利用专业知识、经验，对人类专家求解能力进行建模，模仿人类专家解决复杂的专业问题，并达到人类专家水准。基于专家系统的智能变电站检修安措票自动生成技术的总体方案如图1所示。

图1 总体方案设计结构

图1所示，知识库有两部分内容，一部分是推理过程中所遵从的智能站的一般知识和形成安措票的专家库，是该行业专家多年工作经验和研究所得出的结论；另一部分是SCD文件解析得到的系统配置数据，是智能变电站二次部分的整体结构，推理机制通过分析配置数据内检修间隔与运行间隔的关系，匹配规则库中的规则，给出相应的操作意见。

2.2 专家系统安措规则库的构建

智能站设备检修一般按间隔进行，通常是对整个间隔范围内的IED进行检修。检修过程中，若安全措施不当，则运行设备可能会误动作。

智能站安措票编制时，需根据检修任务，按安措规则对检修装置进行隔离操作，保证检修设备在检修期间不会对运行设备产生影响。智能站中，由于光纤、软硬压板等的广泛使用，检修装置的有效隔离不再单纯依靠退出相关硬压板产生明显的电气开断点实现，智能站的安措隔离措施如1.2节所述。

根据国家电网公司所提出的《智能变电站继电保护和电网安全自动装置现场工作保安规定》，整理并制定了智能站二次安全措施规则如下。

规则 1：退出检修设备保护功能压板。
规则2：退出检修设备与运行设备的起失灵软压板。
规则3：退出运行设备与检修设备之间的失灵联跳软压板。
规则4：退出运行设备与检修设备的其他的跳闸软压板。
规则5：退出检修设备出口硬压板。
规则6：退出运行设备对检修设备的SV接收软压板。
规则7：投入所有检修设备的检修压板等。

为了让计算机能够识别规则，采用产生式规则编程对规则进行处理，决策规则可定义为if- Conditions then-Result，只有if所带条件部分满足时，then之后的操作语句才会被激活。条件部分由多个条件共同构成，条件之间关系仅用“与（and）”极性表示，结论部分保持惟一。

例如对规则2的编程如下：

if(<装置i为检修装置>and<装置j为运行装置>and<装置i和装置j相关联>and<该回路为启动失灵回路>) then(断开起动失灵回路/退出装置i的启动失灵压板；优先级别为2000+i*10)；由此所构建的智能站安措规则库，是推理机制推理的主要依据。

3 智能变电站配置数据库的构建

3.1 SCD文件读取和解析

SCD文件作为能够反映智能变电站系统配置信息的核心文件，文件中详细描述了智能变电站内所有IED的实例配置和通信参数信息、IED之间的通信配置以及变电站一次系统的结构等。智能变电站配置数据库的构建实际是对SCD文件中二次信息的提取和补充。

选用DOM方法和TinyXML解析工具对SCD文件进行读取和解析。

3.2 IED虚回路信息配置

IED虚回路信息配置中存储着IED与IED之间的虚回路连接关系信息。

以IED1为例，遍历所有IED下的Input节点，搜索外部引用ExtRef中的iedNam为IED1，则该IED为IED1的发送关联IED，对该IED的接收数据集与IED1的发送数据集进行匹配，得到IED1发送虚回路数据；对IED1的Input节点进行ExtRef的逐个搜索，得到IED1的接收关联IED，对IED1的接收数据集与所搜索的IED的发送数据集进行匹配，得到IED1接收虚回路数据。对所有的IED都进行此项操作，最终得到IED的虚回路信息配置。遍历每个IED得到所有的IED虚回路信息构建IED虚回路信息配置。

3.3 屏柜信息配置

在现有SCD文件中，对于屏柜内的装置信息、光纤信息、回路端子信息、硬压板信息、和空开信息等均未描述，而这部分信息详细反映了现场的实际情况，是检修安措方案制定过程中不可缺少的一部分，因此需要对这部分信息进行补充。

屏柜信息配置结构如图2所示。

图2 屏柜信息配置结构

由IED虚回路信息配置和屏柜信息配置共同形成了智能变电站配置数据库。

4 安措票自动生成技术

安措票自动生成技术通过对配置数据库的遍历，得到检修相关信息，并在在规则库中进行匹配，最后将匹配结果按优先级别进行排列，自动生成所需的安措票，步骤如下。

1）构建IED状态-关联矩阵。IED状态-关联矩阵中描述了IED所处状态以及IED之间的关联关系。

矩阵中对角上元素表示IED状态，其中

2）提取检修相关信息。由检修任务中确定检修IED，对检修IED按保护装置-合并单元-智能终端等进行排列，依次对IED在系统配置数据库中遍历搜寻其相关信息，将所得结果按一定的规则排列并存储。为方便规则匹配，对所提取的检修相关信息中的安措操作对象（软硬压板、空开、回路端子等）进行编码，编码信息见表1。

表1 回路编码表

3）规则匹配。按所排列的顺序依次对待检修IED的每条信息在规则库中进行规则匹配，得到安措规则，每条安措规则下均含有优先级别信息，按优先级别对所得安措规则进行有序排列，得到所需的安措票。安措票自动生成技术流程图如图3所示。

图3 安措票自动生成技术流程图

5 防误校验与模拟预演

5.1 防误校验

防误校验在操作项未知的情况下进行，从首项操作逐一进行，由已验证的操作项代入验证下一操作项。校验具体操作项时，先校验变电站数据是否有效，后由预置的典型操作顺序库判断该项操作项目是否满足当前典型操作顺序，校验完所有操作项后，仍需在系统配置数据中进行查漏，检索检修间隔二次回路等数据是否有遗漏的必须项。若防误校验结果存在错项或漏项，则需要专业人士对该安措票进行部分的修正，修正后重新进行防误校验，直至通过。

5.2 模拟预演

对于已进行防误校验的合格票，进行模拟预演，针对合格票中的操作项进行自动预演展示，除了以列表化的颜色变化表现当前的预演步骤外，还在检修对象二次回路图上动态展示过程的变化。

6 案例分析

以东岗变系统岗内Ⅰ路间隔检修为例。一次主接线方式如图4所示。

220kV电压等级的继电保护及相关的设备、网络等均采用双重化原则配置，两套保护之间不存电气联系或信号传递，二者独立工作，互不干扰。为了不重复分析，本文以第一套保护为例展开。

1）构建IED状态-关联矩阵

确认检修任务为岗内Ⅰ路间隔检修，确定检修范围为岗内Ⅰ路第一套保护装置（IED1），岗内Ⅰ路第一套合并单元（IED2），岗内Ⅰ路第一套智能终端（IED3），根据IED的状态及IED之间的连接关系，对所有IED进行构建相关IED状态-关联矩阵如图5所示。

图5所示的IED状态-关联矩阵中IED1～IED3分别表示岗内Ⅰ路间隔内的第一套保护装置，第一套合并单元和第一套智能终端；IED4表示母线第一套保护装置，IED5表示母线第一套合并单元，其他表示与岗内Ⅰ路间隔无关联关系的IED。矩阵对角上元素表示为该IED的状态，非对角上元素表示两个IED之间的关联关系。由矩阵可知，检修间隔为岗内Ⅰ路间隔，与检修间隔相关联的运行IED有母线第一套保护装置和母线第一套合并单元。

2）提取检修相关信息

对检修IED按IED1-IED2-IED3排序。