基于SG-CIM框架的变电操作票分层系统研究

汪 晨，余嘉文，陈 强

（国网芜湖供电公司，安徽芜湖 241000）

电力工业是我国国民经济的重要支柱，稳定运行的电力工业可有效促进国民经济的发展，并提升电网的稳定性及安全性。面对不断改变的运行与设备维修方法，为实现电力系统稳定运行，需实时对电力系统进行倒闸操作[1-2]。电力系统倒闸操作次数过多，其中错误的操作将导致变电操作事故，不利于电力系统安全运行。为避免错误变电操作导致的事故，应采取准确的操作票生成方式与操作票管理执行方式[3]。所以，变电站变电操作票系统被广泛应用。对此，相关研究人员也进行了大量的研究。

传统变电站操作票大多采用手写方式完成，此方法不仅效率低，而且易出现错开票导致误操作的现象。随着计算机技术的不断发展，研究人员开发了变电站操作系统，但操作人员不能随意更改规则，导致普遍适用性不高。

为此，该文引入SG-CIM 框架，采用面向对象的理念，描述所需执行变电任务操作的电力系统及变电资源，并对所需变电设备资源实行编码，通过编码获取所需变电设备的特定属性；通过操作票分层校验功能实现变电站业务精准操作。仿真结果表明，该文系统可提升出票正确率，降低电力系统事故发生率，提升电网运行的安全性。

1 基于SG-CIM的变电设备资源编码

国家电网公司公共信息模型SG-CIM（State Grid Common Information Model）是一种对电力系统业务与资源予以表达的一种模型[4]。以国家电网公司现实业务为依据，将SG-CIM 分为资产、电网及设备等十多个主题域。根据不同电网公司实际业务可继续在每个主题域内划分二级主题域。

在SG-CIM 框架中，设备域对电力公司各类设备进行描述。其中，包含在网运行电力设备、在电力系统内不同环节运用的设备以及其他设备[5]。以变电设备的现实特性与管理需求为依据，扩展设备域中二级主题域变电设备。扩展变电设备类，其特定属性代码、属性名与数据类别如表1 所示。

表1 变电设备类特定属性

基于SG-CIM 框架，并以《GB/T 7027—2003 信息类别划分与编码的方法和基础准则》为依据，遵循逻辑规则对变电设备资源信息合理反馈，实现变电设备资源的编码，具体包括设备类型、资料信息与设备名称等。

为实现其与变电操作票分层系统互联，变电设备资源编码可应用16 字节ID 数字，由32 位字符串构成。变电设备是资源ID 的唯一确准设备，基于资源ID 实现变电操作票分层系统的信息交互，以此进行变电操作规则的分层与校验。

2 系统分层校验功能分析

2.1 操作规则分层

在变电设备资源编码基础上，结合变电操作的危险性，将变电操作规则划分为三层。

1）第一层操作规则：变电操作后导致的电力系统故障。通常情况下为违背“五防”的操作。必须谨慎校验此类操作，其操作需符合基础变电操作条件，否则不可进行操作[6-7]。其校验表达式为：

式中，εn代表直流，μn代表基波，t代表电力系统中谐波分量的正弦相和余弦相振幅。

此层变电操作规则为：①拉合隔离开关时不可带负荷；②挂接地线或合接地刀闸时不可带电；③不可带接地线合闸或接地刀闸。此层操作规则为通用变电操作规则，对各种接线操作均适合。

2）第二层操作规则：变电操作之后未导致电力系统故障，导致之后变电操作出现误差，或违背变电工作规定对一次设备进行操作[8]。此时，可通过幅值函数确定变电后的误差，即：

此种状况下可继续执行操作，此层变电操作规则为：①无法使用隔离开关为母线充电；②断路器闭合时，连接断路器两端隔离开关均需保持在闭合处；③解合环时无法使用隔离开关；④若存在母线进出线间隔，在停电状态下，拉隔离开关先后顺序，为先非母线侧后母线侧，在送电状态下与之相反；⑤当隔离开关处于非等电位操作状态下时，间隔相等的断路器需处于断开处；⑥若存在分段间隔或母联，且两母线分别为一个含电一个不含电，在停电状态下，需先拉不含电母线侧隔离开关，再拉含电母线侧隔离开关，在送电状态下与之相反。其中，仅适合应用在母线接线中；此规则对于此种接线为通用规则，而其他规则或可用于各种接线方式，故此层规则同样为通用变电操作规则。

3）第三层操作规则：变电操作后未导致电力系统故障，却违背操作票写票规则或二次设备操作规则。此类规则针对一次设备操作前或后，需进行检验项或不同二次设备情况等[9-10]。具有一定规律的检验项规则为通用变电操作规则。具体为：①检验断路器确准已经断开或闭合需在对断路器进行分或合操作后；②分或合操作接地刀闸或隔离开关后，需对接地刀闸或隔离开关确准已经断开或闭合实行检验；③完成挂接地线操作后，需对接地线确准实行检验；④需验明某地点不含电压，再操作挂接地线或合接地刀闸。除此之外，操作票内所包含其余检验项为特殊变电操作规则，同操作任务的关系紧密。

2.2 系统开票模式

文中研究的变电操作票分层系统中以点图开票作为其开票模式。点图开票过程如图1 所示。

图1 点图开票过程图

用户通过图形界面对操作状况与设备进行选取，通过文中系统进行校验，若与变电操作规则需求不符，则予以提示，若符合变电操作规则需求则校验通过，由此生成采用操作语言描绘的操作项。

2.3 分层校验过程

为通过点图开票模式实现研究系统的分层校验功能，设计一种分层校验的点图开票模式，以变电操作规则为依据，实现分层校验功能，如图2 所示。

图2 分层校验过程图

具体过程为：

1）当第一层未通过校验时，提示有误情况包括：

①拉合隔离开关时带负荷，此时负荷量为：

式中，a(i)为实际负荷值，b(i)为预测负荷值。

②挂接地线或合接地刀闸时带电，隔离开关设备没有断开名称，此时设备断开判断通过式（4）进行判断，即：

其中，r=1代表未断开状态，r=0 代表断开状态。

③接地线合闸或带接地刀闸，处于闭合状态接地线或接地刀闸名称。

2）当第二层未通过校验时，提示有误情况包括：①应用隔离开关为母线充电；②断路器闭合时，连接断路器两端隔离开关均需保持在闭合处；③采用隔离开关解合环；④在送电状态下，合隔离开关先后顺序为先母线侧后非母线侧，在停电状态下，拉隔离开关的先后顺序为先非母线侧后母线侧；⑤当隔离开关处于非等电位操作状态下时，需先断开处于闭合处同间隔断路器；⑥在送电状态下，需先闭合含电母线侧隔离开关，再闭合无电母线侧隔离开关，在停电状态下，需先拉无电母线侧隔离开关，再拉含电母线侧隔离开关。

3）当第三层未通过校验时，提示有误情况包括：①在某一次设备断开前，未实施操作为某二次设备分合；②在某一次设备闭合前，未实施操作为某二次设备分合，此为验电项；③当某一次设备断开时，未实施操作为某二次设备分合，此为检验项；④当某一次设备闭合后，未实施操作为某二次设备分合，此为检验项。

2.4 分层校验功能实现

分层校验功能为系统分层校验功能研究重点，也是提升系统操作精度的关键[11]。依次完成三层校验功能，实现分层校验功能的实现。

1）第一层校验功能实现：通过电网接线分析方式，以开关设备状况为依据，合并不含阻抗连通设备为同一节点，并归结存在支路连通节点为同一子系统[12]。对设备含电、等电位及子系统内是否具有闭合/负荷/电源接地刀闸等模块进行分析，分析此类模块是否违背第一层变电操作规则。其判断公式为：

2）第二层校验功能实现：基于第一层校验功能实现中接线分析方式，实行第二层校验功能实现。通过变电设备类特定属性中设备类别，对设备存在接线形式内特殊属性予以指定，通过属性代码一项对同为一种间隔属性设备进行指定，提升校验规则判断的简便性[13-14]。

3）第三层校验功能实现：分为两个方面，其一为操作某一次设备前与后需操作的二次设备。在规则库内对操作一次设备前后的二次设备状况予以规定。在对一次设备实行操作时，通过此表找出将要实行操作的一次设备，并搜寻同其有关的二次设备，对比系统运行实时库内此二次设备状况与表内此二次设备状况，对此二次设备状况能否与操作一次设备前后要求状况相一致进行判定，以此为用户提供是否校验有关二次设备指示信息；其二为通用操作规则的验电项与检验项。在对一次设备进行操作时，程序将自行对此一次设备类别实行判定，依据各种设备类别采取适合的校验方式[15]。如在对地刀、隔离开关及断路器操作后，程序将提醒用户后续应执行检验项，另外程序会判别当地刀合闭时是否已对其执行验电项操作，若没有执行此操作便会提醒用户需先执行验电项操作[16]。

3 实例分析

3.1 实验环境

实验采用Access 2018 作为实验样本数据库，通过Visual C++8.0 开发一个变电操作片系统。以某地220 kV 变电站为例，对该系统性能予以检测。

3.2 实验参数

实验具体参数如表2 所示。

表2 实验参数

记录5月～7月实验变电站应用变电操作打票系统情况，并分析此阶段变电站出现的变电操作事故情况，对比2 月～4 月该变电站的操作事故情况。

3.3 实验结果分析

3.3.1 不同系统变电操作票出票准确率分析

为了验证文中系统的科学有效性，实验对比了文中系统、智能型操作票系统以及专家操作票系统的出票准确率，实验结果如图3 所示。

图3 不同系统变电操作票出票准确率对比

分析图3 可以看出，在相同条件下采用3 种系统出票的准确率存在一定差距。其中，文中系统的出票准确率最高可达约98%，智能型操作票系统最高约为78%，专家操作票系统的出票准确率最高约为77%，相比之下，文中系统的出票准确率分别提高了约20%和21%。这是由于文中系统对变电设备资源进行编码，将其进行分类处理，进而提高了出票的准确率。

3.3.2 不同系统变电操作票系统能耗分析

为了进一步验证文中系统的可行性，实验分析了文中系统、智能型操作票系统以及专家操作票系统运行时所需要的能耗，实验结果如图4 所示。

图4 不同系统变电操作票系统能耗对比

分析图4 可以看出，采用3 种系统进行变电操作票系统出票的能耗不同。其中，文中系统在操作时的耗电量与理想耗电量走势大致吻合，而其他两种系统的耗电量与理想耗电量差距较大，存在一定波动，且均高于理想耗电量，验证了文中系统所需能耗最低。

4 结论

文中设计基于SG-CIM 框架的变电操作票分层系统，分别从系统SG-CIM 框架编码功能与系统分层校验功能进行探讨，以三层变电操作规则为基础，结合点图开票模式，创建分层校验点图开票过程，提升系统整体校验精度。仿真结果表明，文中系统可有效提高变电操作票系统出票准确率最高可达97%，且降低了变电操作票系统的事故次数，是一种较为理想的操作票系统。