一、背景
2018年12月，国家电网发布了新版《国家电网公司防止电气误操作安全管理规定》（下简称“管理规定”），对比旧版（2006版），对“二次设备防误管理”进行重点修订和补充，其5.3.4明确提出“二次操作或二次设备消缺处理过程中，应防止一次设备无保护运行。一次设备送电前，应检查继电保护及安全自动装置已按要求投入运行。”的要求。
2019年3月，国网公司提出建设世界一流能源互联网，打造“三型两网”企业的新时代战略目标，充分应用“大云物移智”等新一代信息通信技术，实现电力系统各个环节万物互联、人机交互，大力提升数据采集、共享和应用能力，打造泛在电力物联网。
二、现状分析
随着电网建设规模以及智能变电站技术的快速发展，对变电站二次系统的可靠性以及运维人员操作的规范性提出了更高的要求。目前变电站一次设备的防误操作体系较为完善，有成熟的技术手段支撑，但二次设备普遍缺乏成熟有效的防误技术手段，基本上依靠技术人员的运行经验，在变电站微机防误系统中，二次设备操作往往以提示项或确认项的形式出现，针对二次设备的投、退操作并未进行防误校核，存在防误盲区，致使由于二次设备漏投、漏退、错投、错退而引发的误操作事故频发，例如甘肃330kV永登变全停、西藏220kV墨竹工卡变母差误动等事件，都是二次设备操作顺序异常导致。此外，现场出现过操作二次设备，导致一次设备无保护运行的情况，严重影响电网安全运行。
其次，变电站电力设备全状态感知是防误操作的基础，直接决定防误校核的结果，同时也是泛在电力物联网实现数据采集、共享和应用的基础，只有通过电力设备全状态感知的电力物联网建设，才能推动变电设备运检模式向更智能、更高效、更安全转变。当前，变电站内一次设备基本实现了状态感知；但对于二次设备中的压板、空开等非智能设备，暂不具备状态感知功能。
三、技术方案
在现有站端防误系统基础上，增加二次设备状态采集、二次设备建模、二次设备防误校验、二次设备开票、二次设备操作权限管理等二次防误软件功能模块，实现在站端模拟开票时，对一、二次设备操作项的防误校验。系统框图如下：
图1 二次防误系统框图
1.二次设备防误建模方案
在站端防误系统内，对二次设备及信号进行建模，建模范围如下：
图2 二次设备防误建模范围
在系统中定义一个全站二次信息描述表，表中描述了二次装置、二次设备建模所必须的相关信息，包含所属间隔、电压等级、对应的一次设备、功能类型、双重化属性等重要的数据结构属性，通过二次信息描述表中的各数据属性信息可以建立各二次装置与一次设备、二次装置与二次设备以及二次设备之间的关联对应关系，完成二次防误校核所需的信息收集。
2.二次设备状态采集方案
二次设备状态按以下方式进行采集：
对于监控系统能采集的软压板、切换把手和信号等二次设备，通过通信方式获取；对于监控系统无法采集的硬压板、空开等二次设备，采用非电量检测技术，在完全不影响其运行状态的情况下，通过传感器及采集器等实时获取。采集方案如下：
图3 二次设备状态采集结构图
导轨式传感器包括传感模块和感应附件，可实现对压板和空开状态的检测。传感模块通过导轨结构固定，并可以在导轨结构内部左右滑动，一个传感模块检测一个压板或空开的状态；感应附件卡装在压板拉手或空开操作把手上。一组导轨式传感器可实现对一排压板或空开的状态检测，不受设备数量、间距影响。
状态采集器实现一面屏柜上压板或空开状态的集中采集，通过单总线的方式与导轨式传感器通信，并通过RS485通信将状态信息上送至控制器。控制器通过RS485与状态采集器通信采集所有压板、空开的状态，并将状态信息上送给防误系统。
3.二次防误校核实现
在站端防误系统模拟开票时，系统调用二次防误校核模块，实现对一、二次设备操作项的防误校验，具体流程如下：
图4 二次防误校核流程示意图
1）防误规则建立
在二次设备关联关系的基础上，建立一次与二次、二次与二次操作、状态的约束关系，将这些约束关系存放至特定的文件中，并在系统运行时预存在系统中，形成二次设备防误规则库。同时可支持根据实际变电站需要定制二次防误规则，从而满足不同变电站的使用需求。
2）模型识别
系统在进行一、二次设备操作防误校验时，首先对变电站二次信息描述表中的模型进行分析，计算不同一次设备各配置何种二次装置，以及各二次装置配置的二次设备及功能类型等，而后可得到若干二次设备关联关系信息组，最后将分析得到的二次设备关联关系信息组与二次防误规则库进行匹配，从而实现对系统变电站二次设备关联关系的识别。
3）防误分析
二次防误判断结果是通过二次防误算法引擎计算得出的，二次防误算法引擎在获取变电站一二次设备模型信息、设备状态信息、操作指令信息或操作票信息之后，利用模块预置的二次防误规则对操作内容进行防误判断，最后将防误校核结果返回站端防误系统人机界面。
4.系统功能
系统主要实现三大功能：防误校核功能、状态显示与实时监视功能、智能化管理功能。
1）防误校核功能
将一次拓扑技术与二次防误校核功能进行融合，根据一次设备不同的运行方式和运行状态，二次防误功能自动实现不同的逻辑校核。实现一次设备操作时，校核二次设备状态，防止一次设备在保护功能缺失的情况下投入运行；实现二次设备操作时，校核一次设备状态，防止在运一次设备无保护运行；实现二次设备操作时，校核二次设备状态，保证二次设备之间的操作顺序，防止漏投、漏退。
二次设备的操作通过防误系统进行开票、模拟预演，将操作序列传输到电脑钥匙。运检人员手持电脑钥匙到现场，将电脑钥匙插入对应的采集单元钥匙接口中，根据操作序列，对应要操作的压板上的压板状态传感器依次点亮，提示运行人员操作。如未按操作提示操作，系统将会进行报警提示。
2）状态显示与实时监视
防误系统图形化显示二次设备状态，可按变电站、保护室、屏柜分层级显示，并保持与现场二次设备排布方式一致，实时显示各二次设备的投、退、异常等状态信息，一目了然；对二次设备状态实时监视，当二次设备异常变位时及时报警，表现在加装的状态传感器上指示灯红色闪烁告警，上位机对应设备状态闪烁告警，同时生成二次设备异常变位事件；上位机软件可根据一次设备的运行状态自动巡检二次设备状态，如一次设备处于运行或热备用状态时，软件自动巡检出导致保护功能不完整的二次设备，经二次防误规则库匹配计算后，输出状态异常的二次设备信息供技术人员进行分析确认。二次设备状态还可通过防误系统经远动装置上传至远方监控中心后台系统，在远方即可实时查看二次设备状态信息。
3）智能化管理
可在上位机软件上实现二次设备的总数量、各种状态以及不同二次设备类型的数量统计；
自动记录二次设备操作、变位等信息，可按照时间、设备关键词进行二次设备的操作和变位历史记录查询；
具有二次设备状态巡检功能，可设置为定时自动巡检或手动巡检，巡检依据调用二次防误规则库进行匹配计算，生成巡检报告，并可打印存档。
四、实施效果
二次设备防止电气误操作技术已在福建、浙江、吉林等地区多个调控中心、变电站成功实施应用，应用效果良好，操作一次设备时，对与一次设备存在关联关系的二次设备状态进行防误校核，若存在不满足状态的二次设备，则禁止操作并给出告警信息。此外，对由现场运维负责检修转冷备用的二次设备操作进行二次防误校核，保障现场运维操作移交给调度的二次设备状态与一次设备状态匹配，满足调控冷备用转运行操作的要求。利用技术手段解决了二次设备状态全感知、禁止一次设备无保护操作至运行状态、禁止二次设备操作影响运行中的设备等问题，实现一、二次设备状态“全感知”，操作“全防误”。
