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/T 1080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/T 1080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/T 1080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。
DL/T 890和DL/T 1080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/T 890和DL/T 1080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/T 1080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/T 1080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/T 1080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/T 1080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/T 1080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/T 1080原有模型之间的关系如图1所示。模型是基于DL/T 1080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。
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/T 1080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/T 1080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/T 1080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/T 1080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
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/T 1080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。
表1 FivePrevention:: LockDevice的属性
表2 FivePrevention:: LockDevice和其他类关联端
表3 FivePrevention:: LockDeviceInfo的属性
表4 FivePrevention:: LockDeviceInfo和其他类关联端
3 扩展设备资产模型
在DL/T 1080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/T 1080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/T 1080新版本发布之前，可扩展建立AssetFunction和Asset类的通用关系。
图2 DCIM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。
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。
表5 Assets:: 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。
表6 Assets:: 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。
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/T 1080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/T 1080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/T 1080标准）设计，实际上也可用于主网（符合DL/T 890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。