关键词：配电网；无线通信；防误系统
Abstract: Aiming at the characteristics of various types of distribution network equipment, large quantity and wide distribution, an operation control system based on wireless communication is proposed. Boolean expression is used as the precondition of equipment operation. Several different locking devices are designed and simulated by different devices. The effectiveness of the system is verified. By using the server to control the operation sequence and controlling the locks through the intelligent handheld terminal, a control system for preventing misoperation of the substation and the distribution network is designed. The system can technically protect the safety of personnel and equipment and avoid misoperation.
Keywords: distribution network; wireless communication;misoperation prevention
0 引言
许多企业在电力行业大力发展的情况下要求电网达到更高的规模、容量。配电网在此时成为了各大企业及工业中重要的发展根基，为企业运行、工厂生产提供了坚强的电力支撑及稳定的电力传输。但受到材料等技术发展的限制，目前配电网在实际传输中无法做到大范围的自动化配电，这样会造成电力输送中的危险和波动，破坏设备及线路，因此在这些区域内采取防误系统的方法来解决这一系列的难题。配电网防误操作系统的提出也使得建造及扩建成本降低，使效率不断上升。
配电网运行人员在执行操作的过程中需要对比预先输入的模拟数据，为了不发生误操作，每个执行都需要提前进行预演。一旦相关数据不能实时改变或不明原因引起的相关数据不匹配，那么就难以避免出现误操作。此外，在环网中有很多的刀闸大部分时间都是处在开锁的位置，这就造成了一定的不安全性，误操作的概率较高。虽然可以直接应用变电站防误系统，但是变电站与配网是有很大差距的，所以设计一套专属于配电网的防误操作系统意义重大。
1 防误操作系统简介
1.1 防误操作系统发展现状
电力系统的开关操作顺序必须是固定的，否则会造成事故，为避免人身意外误操作，电力系统采用了防止电气误操作系统。
它的原理是给每一个断路器、隔离开关和地线加一个锁。在操作动力设备之前，必须使用计算机密钥打开锁。电脑按键控制操作顺序，同时由电脑控制。
防误操作系统已广泛应用于配电网和电厂，它是以技术为基础，而不是以保护人身和设备为目的的管理。参考文献[1]主要列举这些系统在变电所的改造情况。文献[2，3]说明防误系统的组成。
随着防误操作系统的发展，其应用越来越广泛。在参考文献[4]中，它被用于分布式控制系统（DSC）中，以共享DSC的资源。在参考文献[5]中，该系统被用于集中控制站。参考文献[6]系统中增加了一个电子显示装置。参考文献[8]，在综合自动化系统中采用了预防电气误操作系统，实现了设备的在线状态获取。在文献[9]中，使配电网之间的通信实现重新加强。
这些研究大部分都是针对变电站的，需要针对配电网的特点设计不同的防误系统。
1.2 配电网防误特点
由于变电站所采用的技术不适用于配电网络，所以配电网络中的防误操作系统很少使用。
首先，变压器与配电网中有一条母线，它与所有电路相连。因此，变电所的网络是平面的。在分布式网络中，一个电路将成为另一个电路的电源。如果一个设备被操作，它可能会影响其他设备的操作。因此，我们必须考虑到实际影响。
第二，配电网络中同时存在多个操作任务，这与配电网是不同的。
如果设备状态改变，信息必须立即传输到服务器终端。否则，系统将无法观察到另一个状态的变化，就会导致误操作事故。
第三，设备与计算机服务器之间的距离很长，因此，需要一个无线网络来向服务器传输信息，以实现实时性要求，包括离线传输、有线传输和短距离无线传输。必须通过长距离无线通信来传输。
由于这些原因，本系统必须针对配电网进行设计。
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图1：配电网
在图1配电网中，1-06断路器和2-01断路器被线路1连接。如果2-01断路器关闭，2-01G隔离开关将被禁止关闭，但1-06G可能被接地。必须防止这种类似的操作。
2 无线通信
在智能电网配电控制过程中，过去常见的数据通信方式是有线传输，但是尽管传输的准确性高、速度快，可检测装置在交互数据信息的过程中常常需要简单的装设方式和便捷的操作方法，而有线输送的方法还需要大量的导线和装备的使用，不仅仅成本高，还增加了一定的不安全性和通信风险[7]；因此无线传输的方式在此时受到了关注，在提高数据传输安全、稳定的前提下降低了建设基础设备的成本，同时使各个通信端点运行的更加流畅。
对于构架立体、设备繁复的配电网络，无线通信是最简单的办法，因此无线通信技术因为传输区域大、易于架设等等各种优势而渐渐被重视起来。此外，该技术还具有快速有效的容错机制，让整个网络在工作时状态不会轻易变动、容易实现预期目标并充分利用计算机大数据[10]。
在环网中由于拓扑的复杂性、接收的困难性以及容易出现的延时性和失效性等问题，智能无线自组网方式成为无线通信的主流研究方向。为了使配电网在与系统连接的过程中避免失败，在人为操作中杜绝不必要的失误，最有效的方法就是提高数据传输的效率及速度，在保持稳定的输送同时保证同步率。现在，紫峰技术和智能无线配电网络（Intelligent Wireless Distribution Net，IWDN）技术的应用是比较常见的。
2.1 IWDN技术特点
IWDN 技术的主要特点是：（1）具有覆盖区域大和穿透能力强的特点，包括高频率非有线数据集中特点；（2）网状网络组织结构牢固，自组网每个通信点有30条以上的路由作为备用，可实现即时修复；（3）该技术形成的网络是大容量、快速性的互联节点组织，网络外围设备信息接收率超过99% ，每个节点信息接收率在98% 上下；（4）相近的技术之间，相比之下可靠性、实时性更高；（5）通信点距离近、传输数据功率低、无线信号抗干扰等特性使通信容量足够大。
2.2 IWDN技术在配电网的组网方案
系统的操作设备有开关站、配电室、环网柜、柱上断路器等，基于运行时的设备及作用，配电远方终端的类型分为FTU(Feeder Terminal Unit )馈线远方终端、RTU(Remote Terminal Unit)远程终端单元、TTU(Transformer Terminal Unit)配变远方终端等。IWDN技术应用于防误系统中可以设计为：控制单元+配电远程终端单元+数据接收单元。
2.3 IWDN技术的路由和协议要点
选取先验式路由协议（表驱动路由协议），任意通信点保障各份涵盖连接至所有通信点数据的状态库，并参照网络拓扑刷新信息表数据，通信点信息表通过运用“最短路径算法”和“均衡路径算法”直观体现各个站点相互连接的形式。
2.4 IWDN通信原理
配电网使用的基于无线通信的自动控制输出设备及无线信息获取设备，可以主动与现场环境的相关数据比对，利用改进的最佳算法构建无线网络。全程不采取任何手动操作和修改，均由计算机自动生成并随时改进。选取网状网络的方法，增加路径选择数据库，在丢失信息时可以进行一定的再生功能，降低波动性和失信性。由于无线传输中集成电路生产占据了更大的市场，智能无线通信能带来更迅速的信息传输及更大的数据承载能力，使通信技术具有更高的实时性[11]。
3系统概述
本系统考虑充分发挥无线通信传播距离长、无需线路连接的效用，密切联系运维管理执行规则，使符合要求的智能防误锁具在配电网中成为一种必需品，从根本上使防误操作系统与计算机数据保持同步的精确度并能够在异地联通远方的控制系统，有针对性地逐步形成新型的智能防误系统。
3.1 操作顺序
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图2：电路
为了控制操作系统的顺序，本文给出了一种顺序。不只是负载电路，其他的支路也作为电源。所以在此时本电路中不只含有单一电源。
图2中有三个开关柜。开关柜A的断路器1连接到电路23，开关柜C断路器2连接到配电网A。配电网A和电路23都是电源。
设备的状态表示为两个元素：
（设备、状态） （1）
在表达式（1）中，设备是操作点，如开关柜A-1状态可以是0或者1.0是打开的，1是关闭的。例如，如表达式（2）所示，关闭开关柜B-1断路器是表达式中所示的状态。
（开关柜B-1，1） （2）
设备运算的前置条件表示为布尔表达式。例如，当B-1断路器切换到关闭时，预先准备的条件是：
（开关柜C-1，0）或（开关柜C-2，0）
或（配电网A，0）和（开关柜B-3，0）
或（开关柜A-2，0）或（开关柜A-1，0） （3）
该装置只能满足前置条件，才能操作。通过对前置条件的改进，可以控制设备的运行顺序。
3.2 系统结构
系统结构包括控制网络、智能手持终端和无线智能防误锁具。控制网络包括客户端和控制服务器，无线锁具控制服务器有传递不同讯号的连接器和无线资源管理和调度器，控制网络和智能手持终端之间利用一对传输线实现双向通信来处理信息。智能手持终端以IWDN技术为媒介进行信息交流与传递，并且无线智能防误锁具持续测量一次设备的每一时刻的状态并发送到控制网络，使指令正确运行，在实际控制中在规定时间内加强反应能力，无故障地执行指定功能同时保持必要的整体稳定性。
该系统的结构如图3所示，每个部分将在后面章节中具体介绍。
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图3：配电网防误系统结构
3.3 控制网络
客户端和控制服务器构成控制网络。
作为系统的控制中心，控制服务器负责数据的存储，实现防止误操作的实时控制，与其他设备的通信，以及在计算机上的模拟操作。控制服务器也负责对前置条件进行计算。
客户端为模拟操作提供了人机接口。
3.4 智能手持终端
智能手持终端是锁具的控制中心。执行开闭锁前从控制服务器输出控制记录，工作人员在控制时通过智能手持终端解开设备锁。
在操作之前，它首先将操作点的当前状态发送给服务器，服务器计算前置条件来决定设备是否可以被切换，并将权限信息发送给智能手持终端。智能手持终端决定是否根据服务器命令打开设备锁。适用于环网柜使用，并具备检测停电设备是否无电压、无线通讯附加效果。
智能手持终端在执行开闭锁任务时，需要具备无线通讯功能，能够使防误系统控制主站在数据传送时不中断，共同使用解锁设备数据库及防误逻辑计算结果；同时，智能手持终端要在使用时需要实现提前验电的功能，与验电闭锁装置配合在接地刀闸闭合前强行对锁具进行验电。
3.5 无线智能防误锁具
电气编码锁用于锁定配电箱的工作点。它安装在每个断路器和接地开关上。如果智能手持终端没有打开锁，配电箱将无法操作。
由于电线杆上的设备种类繁多，所以很难闭锁。我们使用位置检查器来验证操作。如果操作员跳过位置检查，则无法进行下一步。如果操作位置错误，计算机将提示操作员。
接地线被锁在一个箱里。在使用或放回接地线之前，必须开锁。因此，智能防误锁具可以防止带电接地和接地功率传输。
3.6 通信方式
基于长距离无线通信的智能手持终端和变电站控制器与智能无线配电通信网络（Intelligent Wireless Distribution Net，IWDN）技术进行通信，使无线通讯模式在配网中符合多重条件限制并达到更高使用价值。
通过IWDN通信，服务器将能够在线连续监控到每一个操作。因此服务器可以对闭锁装置进行实时操作控制。
3.7 系统工作原理
电力调度具体过程里，运用电脑软件实现远程控制工作。供电公司管理的配电网电缆（如保险丝、分线盒、闸刀开关、电缆接线图等）的所有信息最终都在计算机上输出。展现方法多样，能够依照各种条件及设定来实现设计。配电网防误软件包括相应输入的预先数据，若操作逻辑数据、接线方式数据和设备分类数据。在控制系统中的开关设备时，系统会做出总体的规则运算。如果有关技术要求与输入的防误数据一致，那么这样的输入是正确的；相反，系统将用语音及文本的方式发出警告，调度员可根据系统给出的信息修改计划。系统使用提前输入的逻辑数据库，可以手动添加或删除，当调度员在配电网防误软件中执行任务的过程中，系统会对相关操作做出整体归纳推理。若是相关操作与预先数据库匹配，就通过；若相关操作与预先数据库无法匹配，则发出提示，以便调度员能够发现错误。
4 结论
本文首先介绍了防误操作系统的发展和配电网防误的特点，接着利用先进的无线通信网络，设计出基于无线通信技术的配电网防误操作系统，以有效地防止配电网中电气事故的发生。运用一种以移动终端为信息处理平台的系统，使配电开关设备、远程控制和现场运行都具有限制误动的作用，计算机输入设备可以同步识别、判断实施状态，达到可以对现场操作进行跟踪调查的目的。因此，基于无线通信的配电网防误操作系统可以实现配电网闭锁装置控制的实时管理，融入防误闭锁系统的核心技术，对运行过程中的错误行为做出警告，对已发生的错误行为做出逻辑推理，并给出解决方案，使配电网操作系统具有短时、安定的状态特点，避免了事故的形成。
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作者简介：高阳（1974-），男，辽宁沈阳人，副教授，博士，主要从事电网运行与控制及新能源系统方面的研究。
陈双琦（1995-），女，辽宁沈阳人，研究生硕士。
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论文作者:高阳
论文发表刊物:《中国电业》2019年9月18期
论文发表时间:2020/1/14
标签：操作论文; 终端论文; 系统论文; 配电网论文; 设备论文; 智能论文; 开关柜论文; 《中国电业》2019年9月18期论文;