电网防止电气误操作的通用模型设计及其标准化探讨
国网浙江杭州供电有限公司、珠海优特电力科技股份有限公司、国网浙江杭州市余杭区供电有限公司的研究人员顾建炜、王群飞、黄卫升、张鹏 ， 在2020年第4期《电气技术》杂志上撰文 ， 通过设计基于DL/T1080标准及其扩展规范的防止电气误操作通用模型 ， 描述了防止电气误操作业务两个核心内容：现场强制闭锁装置（例如各种锁具）和配置五防操作逻辑规则 ， 为该业务基于DL/T1080系列标准与其他电网应用进行集成和互操作提供了解决方案 。
发布防止电气误操作标准化模型 ， 是实现防止电气误操作业务集成和自动化的关键 。 在前期阶段 ， 该模型可作为DL/T1080标准非规范类使用 ， 各专家和电力行业人员可对其进行讨论、验证及改进；待模型成熟后 ， 由专门委员会发布正式的标准化模型 ， 从而完成其防止电气误操作的标准化建设 。
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DL/T890和DL/T1080系列标准 ， 定义了电力系统主网和配电网各个应用系统集成的规范 ， 以推动不同厂家的应用系统能有效集成 ， 实现各个业务数据共享和互操作 。 防止电气误操作业务（后也简称业务） ， 在电力系统的安全运行起到至关重要的作用 ， 国家电网还出了防止电气误操作方面的专门文件 ， 要求严格执行电气操作安全管理规定 。
一方面 ， 国家电网要求电力系统各个应用系统基于DL/T890和DL/T1080系列标准进行集成；另一个方面 ， 防止电气误操作业务由于没有标准模型 ， 而无法与业务或应用系统集成 。
本文通过对该业务进行深入分析 ， 并设计出了该业务的通用模型 ， 可作为DL/T1080标准的非规范类 ， 可供各专家及电力行业人员讨论、研究、验证和改进 ， 鼓励各个厂家基于该模型开发该业务的应用系统（例如监控防误系统） ， 对该模型加以验证 ， 共同推进防止电气误操作业务标准化模型的建设 。 也期待电力行业最终制定出该业务的正式标准模型 ， 为电网防止电气误操作的自动化管理和集成提供基础架构 。
1业务分析
本文主要研究防止电气误操作业务中的一次电气设备（简称为设备）部分 ， 主要涉及业务的两个核心内容：①倒闸操作票的操作顺序 ， 符合“五防”规则；②强制操作人员必须按照倒闸操作票的操作顺序进行操作 。
1.1“五防”规则
为防止发生人身及电力生产安全事故 ， 操作设备时必须遵守“五防”规则：
（1）防止误分、合断路器（开关） 。 （2）防止带负荷拉、合隔离开关（刀闸）或进、出手车 。 （3）防止带电挂（合）接地线（接地刀闸） 。 （4）防止带接地线（接地刀闸）合断路器（开关）、隔离开关（刀闸） 。 （5）防止误入带电间隔 。“五防”规则本质上是描述电气一次设备之间的相互约束关系 ， 确保电气设备倒闸操作的安全有序 ， 是防止电气误操作的前提条件 。
1.2总体设计方案
系统的总体方案是基于DL/T1080系列标准及其扩展规范 ， 设计出满足行业需求的防止电气误操作业务通用模型 ， 并将该模型扩展为DL/T1080的非规范类 ， 通过试点验证和持续改进 ， 共同推进该正式标准化模型的建设和发布 。
模型设计需严格遵守DL/T1080标准及扩展规范 ， 充分利用现有模型 ， 不重复定义 ， 尽量避免对规范类模型（如资产模型（Asset））的修改 ， 遵守命名空间规范等 ， 主要涵盖两个核心内容：①构建闭锁装置模型；②扩展设备资产模型（Asset） ， 下面分别通过第3和第4两大点详细阐述 。
2构建闭锁装置模型
2.1闭锁装置特点及分析
闭锁装置是用于强制闭锁设备的手动或电动操作机构 。 在操作设备时 ， 首先用电脑钥匙解锁闭锁装置 ， 然后才能操作设备 。 在DL/T1080中没有定义这类装置 ， 需要对该装置进行建模 。
在实际应用中 ， 闭锁装置和操作设备资产（Asset）之间是多对多的关联关系 ， 即一个设备可以由多个闭锁装置闭锁 ， 一个闭锁装置可以同时闭锁多个操作设备 。 在构建时 ， 要充分考虑闭锁装置模型和设备（Asset）之间的这种关联 。
2.2模型框架
1）装置模型总体框架
闭锁装置模型与DL/T1080原有模型之间的关系如图1所示 。 模型是基于DL/T1080的Asset模型泛化要求进行构建的 ， 其中LockDevice、LockDevice-Function、LockDeviceInfo三个模型分别描述闭锁装置、装置功能、装置类型信息 。
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图1闭锁装置模型
2）实现装置与设备关联
从图1可以看出 ， 闭锁装置模型（LockDevice）派生于资产模型（Asset） ， 而资产模型（Asset）与设备电气模型（PowerSystemResource）存在多对多的关系 。 在DL/T1080中 ， 设备有物理（Asset）和电气（PowerSystemResource）两种描述模型 ， 这两种模型存在一一对应关系 。 因此基于DL/T1080中已有模型及其关系 ， 可以实现闭锁装置模型（Lock-Device）与设备资产（Asset）的多对多关联 ， 从而满足一个设备安装多个闭锁装置 ， 以及一个闭锁装置可以闭锁多个设备的业务需求 。
3）实现网门模型
各种柜门、电容器网门等（后统称为网门）的安全操作 ， 对应于“五防”规则中的防止误入带电间隔 。 DL/T1080虽然定义有设备容器模型（EquipmentContainer） ， 但并没有定义容器门的模型 。 这里扩展定义了网门（Door）及将其与装置的关联 ， 是实现“五防”中的防止误入带电间隔这条规则的前提条件 。
在DL/T1080模型中 ， 由闭锁装置闭锁的一次电气设备资产（Asset） ， 一般都有与之对应电气模型（PowerSystemResource） 。 但是网门是个例外 ， 网门没有被作为单独的资产进行建模 。 为了能够让闭锁装置闭锁网门 ， 以实现“五防”的防止误入带电间隔 ， 构建了网门模型（Door） 。 网门模型（Door）与闭锁装置模型（LockDevice）是一对多的关系 ， 即一个闭锁装置只能闭锁一个网门 ， 而一个网门可以由多个闭锁装置闭锁 。
2.3模型详细设计
【电网防止电气误操作的通用模型设计及其标准化探讨】扩展构建一个模型包（FivePrevention） ， 用于包含本次设计的各种模型 。 在描述各模型详细信息时 ， 本文将沿用DL/T1080原有的模型描述方式 。
1）闭锁装置模型（LockDevice）
闭锁装置模型（LockDevice） ， 用于描述与具体装置有关的或者状态可变化的物理参数 ， 以及与其他模型的关联 。 新增的LocksetIDCode和Current-LockStateKind两个属性 ， 分别用于描述装置ID码和闭锁装置当前状态；新增的LockDeviceInfo、LockDeviceFunction、Door三个关联端 ， 分别用于描述装置类型、闭锁功能、闭锁的网门；使用Power-SystemResouces（继承于Asset）关联端 ， 描述闭锁的一个或多个设备 。 模型完整的属性和关联 ， 分别见表1和表2 。
2）闭锁装置信息模型（LockDeviceInfo）
闭锁装置信息模型（LockDeviceInfo） ， 用于描述闭锁装置类型和其他固有信息 。
新增的LockDeviceTypeKind和TypeTag两个属性 ， 分别用于描述装置分类和类型标识；新增的LockDevices关联端 ， 用于描述属于该信息模型（LockDeviceInfo）的所属闭锁装置（LockDevice）；可以通过AssetModel（继承于AssetInfo）关联端 ， 描述装置的固有信息（例如生产厂家、产品型号 ， 尺寸等） 。 模型完整的属性和关联 ， 分别见表3和表4 。
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表1FivePrevention::LockDevice的属性
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表2FivePrevention::LockDevice和其他类关联端
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表3FivePrevention::LockDeviceInfo的属性
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表4FivePrevention::LockDeviceInfo和其他类关联端
3扩展设备资产模型
在DL/T1080的标准模型中 ， 设备的物理模型（Asset）和电气模型（PowerSystemResource） ， 都没有描述设备五防操作功能的模型 。 为了描述设备之间的五防操作闭锁逻辑规则 ， 需构建一个专门的模型 。
3.1构建设想
要在资产（Asset）中增加一个功能 ， 根据Assets模型泛化指导方针 ， 应该通过AssetFunction的泛化构造新模型来实现 。 泛化指导方针如图2所示 。
现有的很多设备 ， 其资产数据直接使用Asset建模的 ， 并没有使用其泛化模型 ， 而Asset和AssetFunction两个类之间也没有直接关联 。 因此即使泛化AssetFunction新构建了五防操作功能模型 ， 也无法将其关联到Asset模型 。
所以建立Asset和AssetFunction直接的关联关系 ， 是将现有设备的资产（Asset）模型扩展出关联五防操作功能模型的关键 。 DL/T1080标准提到：在今后的DCIM版本中 ， 如果多次发现对AssetFunction泛化和Asset或AssetContainer之间的关系的需求 ， 类的通用关系很可能取代具体关系 。 因此 ， 在DL/T1080新版本发布之前 ， 可扩展建立AssetFunction和Asset类的通用关系 。
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图2DCIM资产
3.2具体方案
五防操作功能模型的总体方案如图3所示 ， 通过五防操作功能模型（FPOperateFunction） ， 以及扩展AssetFunction和Asset之间的关联 ， 实现了从Asset增加关联五防操作功能模型 。
五防操作功能模型（FPOperateFunction）是按照Assets模型泛化规范 ， 从AssetFunction派生的 ， 用于存储的设备五防操作逻辑规则脚本；本方案增加了Asset和AssetFunction的通用关系 ， 从而实现将五防操作功能模型（FPOperateFunction）关联到设备资产（Asset）上 。
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图3五防操作功能模型
3.3模型详细设计
1）扩展资产（Asset）模型
资产（Asset）模型原有的属性保持不变 ， 只是增加了一个AssetFunctions关联端 ， 用于关联包含的资产功能（AssetFunction） 。 资产（Asset）和资产功能（AssetFunction）是一对多的关系 ， 一个资产可以有很多功能 ， 而一个功能只能属于一个资产 。 模型完整的关联见表5 。
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表5Assets::Asset和其他类关联端
2）扩展资产功能（AssetFunction）模型
AssetFunction（资产功能）模型的属性保持不变 ， 增加了一个Asset关联 ， 用于描述功能所属的资产（Asset） 。 模型完整的关联见表6 。
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表6Assets::AssetFunction和其他类关联端
4现场应用
遵循本次修订的扩展模型 ， 在GPMS2.0系统上绘制好防误类图元 ， 以网络总线方式将设备图模信息、台账数据等共享到本系统 ， 无需人工干预 ， 系统解析后自动生成电气一次接线图 ， 系统再根据检修申请单 ， 自动生成调度指令票 ， 根据调度指令项自动生成倒闸操作票并传电脑钥匙操作 ， 操作完后回传结果 ， 完成整个数据的闭环流转 ， 满足国网公司“源端惟一、全省共享”的数据共享要求 ， 各系统间数据交互图如图4所示 。
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图4系统间数据交互图
该系统已在杭州余杭局某配电工程投入使用 。
5结论
本文基于DL/T1080标准及其扩展规范 ， 设计了防止电气误操作的通用模型 ， 采用该模型开发防止电气误操作业务的系统 ， 可与其他应用系统进行集成和互操作 。 该模型可作为DL/T1080标准非规范类使用 ， 各专家和电力行业人员对该模型进行讨论、研究、科研验证和改进 。 在不久将来能够发布模型的规范类 ， 从而实现防止电气误操作的标准化建设 ， 从而进一步推动电力系统自动化改造 。
防止电气误操作模型虽然是基于配电网（符合DL/T1080标准）设计 ， 实际上也可用于主网（符合DL/T890标准） ， 因此该模型可以作为整个电网的防止电气误操作通用模型 。
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