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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越多，智能變電站也成為了中國電網(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，而是存儲在SCD（system configuration description）文件中，通過網(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，容易因工作不到位而導(dǎo)致運(yùn)行設(shè)備繼電保護(hù)誤動或拒動等重大電網(wǎng)事故發(fā)生。目前采用傳統(tǒng)的人工擬票，容易出現(xiàn)編制錯誤，并且編制效率低下，無法保證二次檢修安措的正確性和有效性。

針對上述問題，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生成技術(shù)。該技術(shù)通過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，解析SCD文件，構(gòu)建配置數(shù)據(jù)庫，最后由安措票自動生成技術(shù)完成對檢修IED（intelligent electronic device）二次信息的規(guī)則匹配，自動生成檢修安措票。

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的工作量大、工作復(fù)雜易出錯等問題提供了新的方案，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，檢修過程中遵循“明顯電氣開斷點(diǎn)”的原則。在檢修過程中，退出與檢修回路相關(guān)的硬壓板，會產(chǎn)生明顯的電氣開斷點(diǎn)，保證檢修過程中，為運(yùn)行設(shè)備不因檢修操作而誤動作，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)字信號實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，因此無法再遵循“明顯電氣開斷點(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，該裝置將不再對外發(fā)送相應(yīng)GOOSE信號。

• 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。

• 4）退出智能終端的出口硬壓板，形成明顯開斷點(diǎn)，將一次設(shè)備與二次控制回路可靠開斷。

• 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)安全自動裝置現(xiàn)場工作保安規(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）斷開檢修相關(guān)的CT、PT回路連接片。

對于無法通過投或退軟壓板實(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)則庫的基礎(chǔ)。

2  專家系統(tǒng)檢修安措規(guī)則庫

2.1  專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是指某專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，計算機(jī)利用專業(yè)知識、經(jīng)驗(yàn)，對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)問題，并達(dá)到人類專家水準(zhǔn)?；趯＜蚁到y(tǒng)的智能變電站檢修安措票自動生成技術(shù)的總體方案如圖1所示。

圖1  總體方案設(shè)計結(jié)構(gòu)

圖1所示，知識庫有兩部分內(nèi)容，一部分是推理過程中所遵從的智能站的一般知識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)則庫中的規(guī)則，給出相應(yīng)的操作意見。

2.2  專家系統(tǒng)安措規(guī)則庫的構(gòu)建

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

智能站安措票編制時，需根據(jù)檢修任務(wù)，按安措規(guī)則對檢修裝置進(jìn)行隔離操作，保證檢修設(shè)備在檢修期間不會對運(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)安全自動裝置現(xiàn)場工作保安規(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。

為了讓計算機(jī)能夠識別規(guī)則，采用產(chǎn)生式規(guī)則編程對規(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，then之后的操作語句才會被激活。條件部分由多個條件共同構(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<該回路為啟動失靈回路>) then(斷開起動失靈回路/退出裝置i的啟動失靈壓板；優(yōu)先級別為2000+i*10)；由此所構(gòu)建的智能站安措規(guī)則庫，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)庫的構(gòu)建實(shí)際是對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IED1的Input節(jié)點(diǎn)進(jìn)行ExtRef的逐個搜索，得到IED1的接收關(guān)聯(lián)IED，對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、和空開信息等均未描述，而這部分信息詳細(xì)反映了現(xiàn)場的實(shí)際情況，是檢修安措方案制定過程中不可缺少的一部分，因此需要對這部分信息進(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。

4  安措票自動生成技術(shù)

安措票自動生成技術(shù)通過對配置數(shù)據(jù)庫的遍歷，得到檢修相關(guān)信息，并在在規(guī)則庫中進(jìn)行匹配，最后將匹配結(jié)果按優(yōu)先級別進(jìn)行排列，自動生成所需的安措票，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IED在系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)庫中遍歷搜尋其相關(guān)信息，將所得結(jié)果按一定的規(guī)則排列并存儲。為方便規(guī)則匹配，對所提取的檢修相關(guān)信息中的安措操作對象（軟硬壓板、空開、回路端子等）進(jìn)行編碼，編碼信息見表1。

表1  回路編碼表

3）規(guī)則匹配。按所排列的順序依次對待檢修IED的每條信息在規(guī)則庫中進(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)先級別信息，按優(yōu)先級別對所得安措規(guī)則進(jìn)行有序排列，得到所需的安措票。安措票自動生成技術(shù)流程圖如圖3所示。

圖3  安措票自動生成技術(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，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)果存在錯項(xiàng)或漏項(xiàng)，則需要專業(yè)人士對該安措票進(jìn)行部分的修正，修正后重新進(jìn)行防誤校驗(yàn)，直至通過。

5.2  模擬預(yù)演

對于已進(jìn)行防誤校驗(yàn)的合格票，進(jìn)行模擬預(yù)演，針對合格票中的操作項(xiàng)進(jìn)行自動預(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，還在檢修對象二次回路圖上動態(tài)展示過程的變化。

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。

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路間隔無關(guān)聯(lián)關(guān)系的IED。矩陣對角上元素表示為該IED的狀態(tài)，非對角上元素表示兩個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)庫中進(jìn)行遍歷，得到如下信息，分別見表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：退出IED1上對IED4的起失靈軟壓板；優(yōu)先級別值：2000（規(guī)則優(yōu)先級別）+1（IED優(yōu)先級別）=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)則匹配過程，這里就不再贅述。對所有檢修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，按照優(yōu)先級別值按從小到到排列，刪除優(yōu)先級別值為零的操作意見，最終得到檢修所需的安措票見表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，該安措票通過防誤校驗(yàn)確定無錯項(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)行開票操作。