動(dòng)態(tài)地線(xiàn)防誤閉鎖系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：本文旨在探討動(dòng)態(tài)地線(xiàn)防誤閉鎖系統(tǒng)在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化，以提高設(shè)備運(yùn)行安全性和操作效率。本文設(shè)計(jì)討論了接地防誤閉鎖的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，說(shuō)明其具體操作方式，并通過(guò)性能測(cè)試對(duì)預(yù)置設(shè)備管理、地線(xiàn)實(shí)時(shí)顯示、“五防”要求管理及結(jié)果儲(chǔ)存打印功能進(jìn)行耗時(shí)評(píng)估。研究發(fā)現(xiàn)，在不同遠(yuǎn)動(dòng)點(diǎn)參與水平下，五防要求管理具有較短時(shí)間消耗（約250ms），而其他業(yè)務(wù)可能超過(guò)300ms甚至500ms。同時(shí)，在不同并發(fā)規(guī)模下通信耗時(shí)隨著任務(wù)數(shù)量增加，整體處理時(shí)間也相應(yīng)增加。結(jié)果有效驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)地線(xiàn)防誤閉鎖系統(tǒng)的有效性，能夠支持其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地線(xiàn)；防誤閉鎖裝置；電腦鑰匙；模型應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM 77 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，地線(xiàn)防誤閉鎖系統(tǒng)是確保電力設(shè)備運(yùn)行安全的重要組成部分。楊俊明等[1]研究了12kV真空斷路器閉鎖失效故障分析及改進(jìn)方案，最終選擇微動(dòng)開(kāi)關(guān)與接近開(kāi)關(guān)作為預(yù)警方式，避免合閘線(xiàn)圈燒損等事故。孫建超等[2]在抽水蓄能電站中應(yīng)用智能接地線(xiàn)管理系統(tǒng)，監(jiān)控臨時(shí)接地線(xiàn)全過(guò)程狀態(tài)實(shí)現(xiàn)智能化閉環(huán)管理。張海庭等[3]設(shè)計(jì)了變電站防誤閉鎖邏輯可視化校驗(yàn)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)全站一次設(shè)備防誤閉鎖邏輯圖形展示與仿真校核。任輝等[4]提出一種模型驅(qū)動(dòng)的測(cè)控裝置優(yōu)化方法，統(tǒng)一完成測(cè)控裝置全部配置并消除配置文件風(fēng)險(xiǎn)。邢曉敏等[5]設(shè)計(jì)無(wú)監(jiān)測(cè)盲點(diǎn)的智能臨時(shí)接地線(xiàn)管理系統(tǒng)并成功運(yùn)行于場(chǎng)景中。李冬[6]探討18kV發(fā)電機(jī)出口刀閘操作隱患分析及改進(jìn)方式，提供2種解決方案，以保障操作安全、穩(wěn)定。林俊[7]分享中心站接地線(xiàn)管控行業(yè)內(nèi)完整解決方案經(jīng)驗(yàn)，并介紹項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)原理，以加強(qiáng)管理水平?；谙刃醒芯浚疚膶⑻接憚?dòng)態(tài)地線(xiàn)防誤閉鎖系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，分析其設(shè)計(jì)原理、性能測(cè)試方法及實(shí)際應(yīng)用效果。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

動(dòng)態(tài)地線(xiàn)防誤閉鎖系統(tǒng)是基于微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)的演化，安裝了動(dòng)態(tài)地線(xiàn)防誤閉鎖軟件，提供圖形界面，并內(nèi)置基于圖形拓?fù)浼夹g(shù)的防誤邏輯。軟件界面中預(yù)設(shè)了110kV和10kV電壓等級(jí)的地線(xiàn)庫(kù)，當(dāng)需要掛接地線(xiàn)時(shí)，用戶(hù)可以從地線(xiàn)庫(kù)中選擇特定地線(xiàn)，然后將其拖放至需要掛接的位置。這一操作簡(jiǎn)便，不涉及人為審核過(guò)程，由軟件利用圖形拓?fù)渌阉骷夹g(shù)，搜索與該位置連接的設(shè)備，并獲取這些設(shè)備的相關(guān)狀態(tài)。隨后，軟件調(diào)用地線(xiàn)的防誤操作規(guī)則進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷。如果判斷結(jié)果為禁止，那么相關(guān)操作項(xiàng)無(wú)法生成；如果判斷結(jié)果為允許，那么軟件會(huì)自動(dòng)讀取該位置的描述信息，例如某斷路器與某隔離刀閘之間，生成相應(yīng)的操作項(xiàng)。傳輸適配器負(fù)責(zé)與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，確保閉鎖操作的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。操作人員通過(guò)攜帶電腦鑰匙到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作，該鑰匙在系統(tǒng)中起到確認(rèn)和控制操作合法性的作用。各類(lèi)鎖具和移動(dòng)地線(xiàn)樁則用于實(shí)際的地線(xiàn)掛接操作，通過(guò)與電腦鑰匙配合，確保操作的準(zhǔn)確性和安全性。其中，任何違背五防要求或操作票的操作均實(shí)施閉鎖，結(jié)合語(yǔ)音提示、屏幕顯示予以警報(bào)，并相應(yīng)給出正確操作，從而實(shí)現(xiàn)防誤效果。

其中，防誤主機(jī)配備了動(dòng)態(tài)地線(xiàn)防誤閉鎖軟件，該軟件提供了圖形界面，并集成了基于圖形拓?fù)浼夹g(shù)的防誤邏輯。在圖形界面中，不再需要設(shè)置固定接地點(diǎn)圖元，而是可以在圖形中的任意點(diǎn)掛接母線(xiàn)及連接線(xiàn)的接地線(xiàn)。

針對(duì)這一框架，其圖形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如公式（1）所示。

G=（V，E） （1）

式中：V為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，包括上述電腦要素、鎖具和防誤主機(jī)；E為其線(xiàn)路連接。

設(shè)節(jié)點(diǎn)V的數(shù)量為m，線(xiàn)路E的數(shù)量為n，設(shè)置操作中拓?fù)潢P(guān)系改變的矩陣，如公式（2）所示。

（2）

式中：P為拓?fù)潢P(guān)系節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣；Pmn為節(jié)點(diǎn)m與支路n的連通性，如果節(jié)點(diǎn)m與支路n彼此聯(lián)通，那么Pmn=1，否則Pmn=0。

而動(dòng)態(tài)地線(xiàn)防誤閉鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念結(jié)合了圖形拓?fù)浼夹g(shù)和防誤邏輯，如公式（3）所示。

f：（V，E）→{0，1} （3）

此框架對(duì)應(yīng)部頒“五防”標(biāo)準(zhǔn)，即防止誤拉合斷路器，防止誤入帶電間隔，防止帶負(fù)荷拉隔離開(kāi)關(guān)，防止帶電掛地線(xiàn)或合接地刀閘，防止帶他線(xiàn)（接地刀閘）合隔離開(kāi)關(guān)。通過(guò)防誤邏輯判斷，系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備操作的精確控制和閉鎖保護(hù)，僅允許在系統(tǒng)內(nèi)模擬通過(guò)且為正確順序的操作，從而最大程度地減少操作人員的誤操作風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)以上系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施方案，動(dòng)態(tài)地線(xiàn)防誤閉鎖系統(tǒng)能夠有效地提升電力設(shè)備的操作安全性和可靠性，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供重要保障。

對(duì)拓?fù)渚仃嘝來(lái)說(shuō)，跟蹤每個(gè)操作的拓?fù)錉顟B(tài)能夠獲得其在屬性層、拓?fù)鋵拥臈l件取值。根據(jù)公式（3），設(shè)其操作共有n項(xiàng)相關(guān)條件，以覆蓋五防邏輯的全部要求，形成操作條件合集，如公式（4）所示。

Ct=C1，C2，…，Cn （4）

式中：Ct為羅列關(guān)系的合集；C1，C2，…，Cn為各項(xiàng)操作條件。

將公式（4）轉(zhuǎn)化為判斷矩陣，如公式（5）所示。

（5）

基于公式（5），當(dāng)其圖形化展示中未進(jìn)行模擬時(shí)，只會(huì)顯示具有地線(xiàn)掛接的地點(diǎn)的接地線(xiàn)狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行模擬操作涉及地線(xiàn)掛接時(shí)，用戶(hù)可以從地線(xiàn)庫(kù)中拖動(dòng)地線(xiàn)符號(hào)，將其掛接到圖形中線(xiàn)路的任意點(diǎn)，并在掛接過(guò)程中進(jìn)行五防邏輯判斷：如果符合五防邏輯，就允許掛接；如果不符合五防邏輯，會(huì)提示錯(cuò)誤原因。一旦接地線(xiàn)掛接到指定接地點(diǎn)，用戶(hù)可以繼續(xù)模擬與地線(xiàn)相關(guān)的設(shè)備操作步驟。在安裝接地線(xiàn)后，不符合五防邏輯的設(shè)備將被禁止操作。模擬結(jié)束后，已掛接的地線(xiàn)符號(hào)將會(huì)顯示在界面上。

2 性能測(cè)試

本文對(duì)動(dòng)態(tài)地線(xiàn)防誤閉鎖系統(tǒng)中的預(yù)置設(shè)備管理、地線(xiàn)實(shí)時(shí)顯示、“五防”要求管理和結(jié)果儲(chǔ)存打印等功能進(jìn)行耗時(shí)評(píng)估，以驗(yàn)證系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。

基于公式（4），Ct作為操作關(guān)系的合集，在給定條件下僅能抽取特定元素形成當(dāng)下操作，其關(guān)系到具體節(jié)點(diǎn)，也關(guān)系到操作的總體耗時(shí)。設(shè)給定節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)為Cij，則其耗時(shí)計(jì)算如公式（6）所示。

t=tmn+tij （6）

式中：t為運(yùn)算總耗時(shí)；tmn為其中的通信耗時(shí)，受到矩陣規(guī)模與的影響；tij為其中的計(jì)算耗時(shí)，受到給定操作的影響。

當(dāng)考慮不同規(guī)模的點(diǎn)位參與時(shí)，通信耗時(shí)和計(jì)算耗時(shí)會(huì)對(duì)總耗時(shí)產(chǎn)生影響。其中，通信耗時(shí)受到矩陣規(guī)模和通信耗時(shí)系數(shù)的影響。通信耗時(shí)的增加通常隨著矩陣規(guī)模的增加而增加，因?yàn)楦嗟狞c(diǎn)位參與需要更多的通信。因此，通信耗時(shí)會(huì)隨著參與點(diǎn)位數(shù)量的增加而線(xiàn)性增加，對(duì)總耗時(shí)產(chǎn)生影響。而計(jì)算耗時(shí)受給定操作的影響，不同操作可能會(huì)有不同的計(jì)算耗時(shí)。計(jì)算耗時(shí)的增加取決于具體操作的復(fù)雜度和計(jì)算量。綜合考慮通信耗時(shí)和計(jì)算耗時(shí)對(duì)總耗時(shí)的影響，可以使用公式（6）來(lái)計(jì)算總耗時(shí)。

其中，不同點(diǎn)位參與水平下的數(shù)據(jù)傳輸響應(yīng)耗時(shí)如圖1所示。

在不同的遠(yuǎn)動(dòng)點(diǎn)參與水平下，五防要求管理的耗時(shí)較短，這意味當(dāng)處理遠(yuǎn)動(dòng)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸和響應(yīng)工作時(shí)，通?？梢栽?50ms內(nèi)完成。這使調(diào)度資源可以更多地傾斜給這些遠(yuǎn)動(dòng)點(diǎn)，以便更快地響應(yīng)和處理相關(guān)任務(wù)。相比之下，預(yù)置設(shè)備管理等其他業(yè)務(wù)則需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成。例如結(jié)果打印出單耗時(shí)可能超過(guò)300ms，地線(xiàn)的實(shí)時(shí)顯示也受到渲染制約，耗時(shí)較長(zhǎng)，由于預(yù)置設(shè)備管理涉及更多的設(shè)備和設(shè)置，因此其耗時(shí)較長(zhǎng)，最長(zhǎng)可達(dá)到500ms。

因此，通過(guò)將更多的調(diào)度資源傾斜給五防要求管理的遠(yuǎn)動(dòng)點(diǎn)，可以更快地完成數(shù)據(jù)傳輸和響應(yīng)工作，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和效率。其中，通信耗時(shí)和計(jì)算耗時(shí)的影響會(huì)根據(jù)矩陣規(guī)模、通信耗時(shí)系數(shù)和給定操作的計(jì)算耗時(shí)系數(shù)來(lái)進(jìn)行綜合計(jì)算。通過(guò)這種方式，可以更全面地考慮不同規(guī)模的點(diǎn)位參與對(duì)系統(tǒng)總耗時(shí)的影響，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能。這樣可以確保在需要時(shí)能夠及時(shí)采取行動(dòng)，并更好地管理和控制電力系統(tǒng)的運(yùn)行。

為計(jì)算其安全度的總體評(píng)價(jià)，需要考慮全部操作的權(quán)值，如公式（7）所示。

（7）

式中：Qi為特定操作條件判斷矩陣和運(yùn)行狀態(tài)Cij下的對(duì)應(yīng)權(quán)值。

針對(duì)預(yù)置設(shè)備管理功能，操作人員需要事先設(shè)置相關(guān)參數(shù)，以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。地線(xiàn)實(shí)時(shí)顯示是指監(jiān)控系統(tǒng)可以隨時(shí)展示各個(gè)接地點(diǎn)的連接狀態(tài)，并提供清晰直觀(guān)的圖形界面?！拔宸馈币笫侵赴凑针娏Π踩a(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相關(guān)措施。最后一個(gè)關(guān)鍵功能是將操作記錄保存并打印輸出，對(duì)需要追溯歷史記錄或事故調(diào)查的情況具有重要意義。它們共同構(gòu)成了一個(gè)完整而嚴(yán)密的安全標(biāo)準(zhǔn)體系，為現(xiàn)場(chǎng)人員提供了明確指引，并有效降低了潛在風(fēng)險(xiǎn)。操作安全度即此操作權(quán)值構(gòu)建權(quán)重向量后考慮運(yùn)行狀態(tài)和輸出值的合計(jì)結(jié)果。

當(dāng)涉及不同并發(fā)規(guī)模時(shí)，系統(tǒng)性能和效率可能會(huì)受到影響，需要處理更多的通信請(qǐng)求?？赡軐?dǎo)致通信耗時(shí)增加，因?yàn)橄到y(tǒng)需要在更短的時(shí)間內(nèi)處理更多的通信請(qǐng)求。如果系統(tǒng)的通信帶寬有限或者通信協(xié)議復(fù)雜，那么增加的并發(fā)請(qǐng)求可能導(dǎo)致通信延遲增加。更高的并發(fā)規(guī)?？赡苄枰到y(tǒng)同時(shí)處理更多的計(jì)算任務(wù)。這可能導(dǎo)致計(jì)算資源競(jìng)爭(zhēng)和負(fù)載增加，從而影響系統(tǒng)的計(jì)算性能。如果系統(tǒng)的計(jì)算資源有限或者算法復(fù)雜度較高，那么增加的并發(fā)請(qǐng)求可能導(dǎo)致計(jì)算延遲增加。高并發(fā)規(guī)?？赡軐?dǎo)致系統(tǒng)資源的競(jìng)爭(zhēng)，例如CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)等。如果系統(tǒng)資源無(wú)法有效分配和管理，可能會(huì)導(dǎo)致性能下降和系統(tǒng)崩潰。高并發(fā)規(guī)?？赡茉黾酉到y(tǒng)的復(fù)雜性和負(fù)擔(dān)，從而增加系統(tǒng)發(fā)生故障或錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)需要具備足夠的穩(wěn)定性和容錯(cuò)能力，以應(yīng)對(duì)高并發(fā)情況下可能出現(xiàn)的問(wèn)題。高并發(fā)規(guī)模下可能需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，以提高性能和效率。這可能涉及調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)、優(yōu)化算法、增加資源等措施，以適應(yīng)高并發(fā)情況下的需求。其總耗時(shí)則如圖2所示。

由圖2可知，雖然通信和反饋耗時(shí)較短（250ms），但是總耗時(shí)卻顯示出與之相反的趨勢(shì)。在這種情況下，五防要求管理的耗時(shí)最長(zhǎng)，在遠(yuǎn)動(dòng)點(diǎn)參與數(shù)量眾多時(shí)甚至可達(dá)到1.5s。相比之下，預(yù)置設(shè)備管理雖然也有較長(zhǎng)的耗時(shí)，但地線(xiàn)實(shí)時(shí)顯示和結(jié)果存儲(chǔ)打印的時(shí)間消耗較短，約0.5s。盡管通信和反饋本身需要花費(fèi)更少的時(shí)間來(lái)完成，并且針對(duì)單個(gè)任務(wù)來(lái)說(shuō)效率很高，但當(dāng)涉及大量任務(wù)并行執(zhí)行或者需要綜合處理各項(xiàng)工作成果、整體調(diào)度等操作時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致整體運(yùn)行效率受到挑戰(zhàn)。

綜合考慮通信耗時(shí)、計(jì)算耗時(shí)、資源競(jìng)爭(zhēng)、系統(tǒng)穩(wěn)定性和優(yōu)化調(diào)整等因素，可以更好地理解不同并發(fā)規(guī)模對(duì)系統(tǒng)性能的影響，并采取相應(yīng)的措施來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)性能?；诖?，整理不同并發(fā)規(guī)模中通信耗時(shí)部分，其數(shù)據(jù)如圖3所示。

對(duì)比不同的并發(fā)規(guī)模時(shí)，各類(lèi)項(xiàng)目的耗時(shí)與并發(fā)規(guī)模成正相關(guān)。意味隨著任務(wù)數(shù)量增加，整體處理時(shí)間也相應(yīng)增加。

3 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)地線(xiàn)防誤閉鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用對(duì)保障設(shè)備運(yùn)行安全至關(guān)重要。通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備接地狀態(tài)并及時(shí)采取閉鎖措施，該系統(tǒng)有效預(yù)防了因接地異常而導(dǎo)致的設(shè)備損壞或安全事故。這一系統(tǒng)是基于微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)演化而來(lái)的，在圖形界面展示接地線(xiàn)掛接環(huán)境，并結(jié)合圖形拓?fù)浼夹g(shù)和防誤邏輯進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)引入動(dòng)態(tài)地線(xiàn)防誤閉鎖軟件、傳輸適配器以及操作人員攜帶電腦鑰匙等元素，該系統(tǒng)提供了精確控制和高效保護(hù)，并符合“五防”標(biāo)準(zhǔn)要求。其性能測(cè)試包括預(yù)置設(shè)備管理、地線(xiàn)實(shí)時(shí)顯示、五防要求管理以及結(jié)果儲(chǔ)存打印功能評(píng)估，驗(yàn)證了其在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)。

然而，在不同遠(yuǎn)動(dòng)點(diǎn)參與水平下，數(shù)據(jù)傳輸響應(yīng)耗時(shí)存在差異，五防要求管理較短（約250ms），其他業(yè)務(wù)（例如結(jié)果打?。﹦t可能超過(guò)300ms甚至500ms，在不同并發(fā)規(guī)模下通信耗時(shí)也有所變化，成正相關(guān)：隨著任務(wù)數(shù)量增加，整體處理時(shí)間也隨之增加。為提高整體運(yùn)行效率與響應(yīng)速度，需要考慮引入并行計(jì)算和分布式處理技術(shù)、設(shè)計(jì)合理負(fù)載均衡策略、建立彈性伸縮機(jī)制等手段優(yōu)化資源分配；傾斜更多調(diào)度資源，加快數(shù)據(jù)傳輸與相應(yīng)工作；綜合考慮各項(xiàng)工作成果進(jìn)行整體調(diào)度也能提高運(yùn)行效率。

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