变电站自动化系统人机界面统一的研究与思考

变电站自动化系统人机界面统一的研究与思考

唐云辉1，陈卫东2，喻梅莺2，丁宏成1

（1.国电南瑞科技股份有限公司，江苏省南京市 210061；2.四川省电力公司泸州电业局电力调度控制中心，四川省泸州市 646000）

摘要：在变电站运行管理由传统模式转变为“调控一体化”模式的今天，变电站自动化系统人机界面的个性化给监控值班员和运维人员带来了极大的困扰。通过总结变电站自动化系统人机界面的现状，明确统一人机界面的重点和目标，进而着重对变电站监控画面与图形操作界面进行统一规范，可以有效的消除不同地区、不同厂家变电站自动化系统产品等因素所带来的差异。

关键字：调控一体化；变电站；自动化系统；人机界面；图形

中图分类号： TM411+.4 文献标识码： A

Research and Reflect on the Unification of Human-Machine Interfaces for Substation Automatic System

WANG Yanfeng1，WANG Chao2，DENG Zhisen1，DING Hongcheng2

Sichuan Province Electric Power Company,Chengdu 610000,China;

NARI Technology Development Co. Ltd., Nanjing 210061, China)

Abstract：

The operation and management mode of substation has been evolving into the dispatching-control integration mode from the traditional ones.The diversity of the human machine interfaces troubles the attendants in supervision center and operation-maintenance engineers a lot. The key emphasis and aim of interfaces standardization is confirmed via concluding the current situation of the interfaces for substation automatic system.And then we focus on the unification of the substation monitoring graph and graphic operation interfaces in order to minimizing the diversity among the products from different manufacturers and areas.

Key Words：Dispatching-control Integration；Substation；Automatic System；Human Machine Interface；Graph

0前言

随着变电站自动化技术的迅速发展，自动化系统人机界面展示的内容与形式也越来越丰富。但是在这一发展过程中，由于地区差异、运维人员的习惯差异，以及不同的设计单位设计原则的实现方法有所不同[1]，导致变电站自动化界面的个性化非常明显。在传统的变电站运行管理模式下，由于各变电站、监控中心和运维操作站都建立了各自的自动化系统，并各自配置了专人值班，值班人员只需关注本级的监控界面，因此这种个性化所带来的弊端并不凸显。

然而，在智能电网建设不断深入的今天，“大运行”、“大检修”体系建设的不断推进，使变电运行管理模式从过去的“传统模式”、“集控站模式”、“监控中心+运维操作站模式”演变为“调控一体化模式”[2]——变电站无人值班、监控中心24小时值班、运维操作站少人值班。在这种模式下，监控值班员和运维人员将同时面对多个变电站——监控值班员在监控中心通过远程浏览调阅变电站监控画面，监视其运行情况，并视情进行遥控操作；运维人员则需在变电站内通过站端的自动化系统进行运行监视与设备操作。人机界面的个性化为其工作带来了极大的困扰，工作难度与复杂性的增加，将导致出错几率增大，这给电网的安全运行带来了严重隐患。因此，有必要对变电站自动化系统人机界面进行规范与统一。

1人机界面统一的重点及目标

变电站自动化系统人机界面需要同时满足“大运行”与“大检修”体系建设的要求，主要涉及的部分有图形界面、告警窗界面、历史数据查询界面、报表界面等。

图形界面是变电站运行监视及操作最主要的人机接口，也是目前变电站自动化系统中个性化最凸显的部分，给“大运行”值班人员与“大检修”运维人员带来很大的困扰，因此对变电站图形界面进行统一规范不仅势在必行，而且需要尽早着手进行。此外，由于变电站图形界面在很大程度上可以灵活的编辑组态，因此图形界面的统一并不存在技术上的障碍，可行性程度很高。

告警窗界面是展示变电站最新动态及告警信息的重要界面，其显示的内容与形式相对简洁明了，较容易理解和接受，而且近年来国家电网公司相继出台的《智能变电站一体化监控系统功能规范》[3]和《变电站调控数据交互规范（试行）》等标准对告警所涉及的信息命名及分类进行了进一步规范，因此统一告警窗界面的需求并不紧迫。

历史数据查询界面是提供告警信息、操作记录、日志等历史数据查询的人机界面，其显示的内容和形式与监控系统的数据库模型耦合程度很高，而各厂家自动化系统模型差异很大，暂时难以进行规范。而且，历史数据查询对于安全运行的影响不大，紧迫性不强，可以在条件成熟时再进行规范。

报表界面用于生成和显示变电站的各类生产运行报表。目前变电站自动化系统的报表程序界面大多为仿EXCEL风格，报表的格式与内容也较为规范，较易被理解和接受。同时，随着变电站实现无人值班，报表功能主体已逐步从变电站转为监控（调度）中心，即变电站端不再生成报表，改由监控（调度）中心生成各类报表，因此紧迫性不强。

表1 变电站人机界面规范化分析

Table 1Analysis on the unification of substation human-machine interfaces

综合以上分析可知，从必要性、紧迫性、可行性这三个方面进行对比后，可以确定变电站自动化系统人机界面统一的重点在于图形界面。

图形界面的统一不仅包括图形（监控画面）的统一，还包括图形界面常用操作菜单及遥控、遥调（档位升降）操作界面的统一，后者对于避免误操作具有重要的意义，如此才能有效的消除不同地区、不同厂家变电站自动化系统产品等因素所带来的差异。随着智能变电站建设的不断推进，顺序控制操作将逐渐成为变电站操作的主要方式之一，由于当前对于顺控功能及顺序控制操作票的定义缺乏相应的标准和规范，管理制度也相对滞后，暂时不具备统一界面的条件，但本文的作者将继续跟踪相关的进展，并适时开展后续的研究。

2图形界面统一规范

如前所述，作为变电站自动化系统人机界面统一的重点，图形界面的统一规范主要包括图形和操作界面这两方面的内容，所制定的规范应遵循布局合理、简洁美观、使用方便的原则，以满足变电站端操作使用和远程浏览的需求。

2.1 图形的统一规范

图形的统一规范，首先是规范图元类型及样式、电压等级颜色、动态数据的字体及颜色等图形基本要素。电压等级颜色可以参考国标进行定义；对于图元的分类及样式、字体及颜色、不同接线方式的绘制模板等，经过多年的发展，业内已经逐渐形成了一些约定俗成的规则，可以在对其进行归纳整理的基础上制定统一的标准，广东、浙江等省已经在此方面做了很好的尝试，可以借鉴、引用其取得的成果。

其次，需要对图形布局进行统一规范，而实现这一目标的前提是对变电站的图形进行合理分类，并针对每一种类型的图形提出合适的布局。

传统的变电站监控画面主要包括主接线图、间隔分图、五防图、光字牌图等侧重一次设备监控的图形，随着变电站智能化水平的提高，网络设备与二次设备运行状态对于电网安全运行的影响越来越大，因此又增加了网络与二次设备运行状态监视图。另外，在一次设备在线监测系统与辅助系统接入变电站自动化系统后，也需要生成相应的监控画面。此外，部分变电站还具有VQC运行监视图、站域控制运行监视图等功能画面。监控画面种类和数量的增加，使得画面索引图的重要性日益突出，布局合理的画面索引图可以使值班员快速切换到其关心的监控画面，有助于提高工作效率。

综合以上分析，变电站图形画面可以如图1所示分为五类：

（1）索引图。索引图是变电站画面的主要切入点，它可以帮助操作员快速的查找并切换到其所关心的监控画面。该类画面主要包含主画面索引图、各分类画面索引图等，其中主画面索引图中不仅要包含各分类画面索引图的链接按钮，还应将值班人员最关心的、使用最频繁的图形链接按钮放置于醒目的位置，以减少画面切换次数。对于各分类画面索引图，则依据该分类下各画面的重要程度、使用频度等因素，进行索引级别排序。

（2）一次设备监控图。一次设备监控图是变电站内一次设备自身及相关信息的集中展示画面，主要包括主接线图、间隔分图、五防操作图等。对于主接线图，应综合考虑该变电站电压等级数量、各电压等级间隔图数量、接线方式、工作人员关注度差异等因素进行布局；而间隔分图除了要展示该间隔的一次设备接线图外，还应展示包括压板、光字、量测数据在内的该间隔详细信息，间隔分图中各类数据应分区展示，在需要展示的数据较多的前提下，可将该间隔的保护类数据放在单独的画面中展示；五防操作图参照主接线图及间隔分图进行布置。主接线图、间隔分图以及五防操作图中应设置相互之间的跳转按钮以便于快速切换。

（3）二次设备监视图。二次设备监视图用于展示交换机端口运行状态、过程层与间隔层设备通信链接状态等信息，主要包括交换机运行状态监视图、GOOSE链接状态图、SV链接状态图等，其中GOOSE链接状态图与SV链接状态图目前主要采用表格的形式进行展示。

（4）辅助系统图。辅助系统图用于展示变电站交直流电源、照明、门禁、消防等辅助设备的运行状态。辅助系统图不属于值班员关注的重点，由于各变电站所接入的辅助设备差异很大，每种辅助设备特性各异，对其统一规范的条件还不成熟，且没有迫切的需求，只要满足美观实用的要求即可。

（5）功能图。功能图用于展示VQC、站域控制等高级应用的的运行状态。VQC功能画面除了需要展示变压器档位、无功设备状态、无功和电压量测数据、九区（十七区）运行图外，还需要展示功能投退压板、定值等配置参数，此外还需要设置应急操作功能按钮，上述展示内容应以九区（十七区）运行图为中心进行合理的布局；站域控制目前还处于发展初期，暂时没有统一的规范，但是可以参照保护设备数据展示的模式，针对站域控制的作用范围，采取“一次接线图 + 站域控制运行状态指示灯 + 功能投退压板”的形式进行展示，并据此确定图形布局。

图1变电站画面分类示意图

Fig. 1Sketch map on substation graph classification

通过以上的分类，变电站图形规范的总体脉络大体成型，在进行细节的补充和完善后，就可以形成完整的规范。

2.2操作界面的统一规范

对于操作界面的规范，在当前技术条件下仅针对图形界面中最基本、最常用的操作，主要包括常用操作菜单以及控制操作界面。

2.2.1常用操作菜单的统一规范

需要进行规范的常用操作菜单包括画面空白处右键菜单、设备图元右键菜单。

画面空白处右键菜单用于执行图形界面的基本（公共）操作，包括但不限于画面切换、画面缩放、画面清闪等，这三类操作菜单项应置于菜单的顶部，若还有其它操作，则应顺序添加，并以分隔符隔开，如图2所示。

图2 空白处右键菜单

Fig. 2Right-clicked menu on the whitespace

设备图元右键菜单执行的操作包括但不限于参数检索、设置标志牌、控制操作、清闪等。对于刀闸类设备的控制操作主要为遥控分合；对开关类设备的控制操作除了遥控分合以外，还有同期控制操作，如图3所示；对于变压器类图元的控制操作，主要包括档位的升降调节和急停，如图4所示。上述菜单操作项应置于设备图元右键菜单的顶部，若还有其它操作，则应顺序添加，并以分隔符隔开。

图3 开关刀闸类图元右键操作菜单

Fig. 3Right-clicked menu of graphic elements such as breakers and switches

图4 变压器类图元右键操作菜单

Fig.4Right-clicked menu of graphic elements of transformers class

2.2.2控制操作界面的统一规范

目前变电站自动化系统的控制操作主要包括遥控、遥调（档位升降）两种，国内关于这两种控制操作的流程以及管理制度都已经实现了标准化和规范化，但是控制操作的人机界面却未能统一，不同厂家之间乃至同一厂家不同监控系统产品之间的控制界面都存在很大差异。

根据变电站控制操作流程及管理制度要求，控制操作界面上应显示控制对象的详细信息，包括厂站与间隔信息、设备名、调度编号、当前状态、操作内容等，以便进行核对；其次，在执行控制操作前，应进行操作员权限验证，当配置了监护员时，还应由监护员执行监护操作；完成核对与操作验证后，开始执行控制操作，若控制过程中出现任何异常，都需要立即停止操作。根据这些功能要求，并综合考虑运维人员的操作习惯等因素，统一规范后的控制操作界面如图5、图6所示。

图5 变电站遥控操作界面

Fig. 5Substation remote control interface

图6 变电站遥调操作界面

Fig. 6Substation remote regulating interface

图5为变电站遥控操作界面，图6为变电站遥调（档位升降）操作界面，二者的差别在于操作执行的步骤不同：遥控执行分为预置与执行两个步骤；遥调操作则是直接执行，若操作过程中出现滑档，则须执行急停操作。

图5、图6所示的操作界面与现有的大多数变电站自动化系统产品的操作界面都有所区别，但是这些差异主要在于外观而非功能上的差异，因此将现有操作界面更改为统一规范的界面并不存在技术上的障碍。

3结语

变电站自动化系统人机界面的统一规范是一项复杂的系统工程，涉及到技术、管理、美工、使用习惯等多种因素。本文结合四川省电力公司“变电站自动化系统统一界面规范编制”这一项目，针对当前变电站自动化系统人机界面的个性化凸显的现状，对如何将其进行规范与统一进行了研究与思考，并确定了现阶段工作的重点及实现目标，在借鉴其它网省公司已经取得的成果的基础上，制定完成了《泸州电业局变电站自动化系统统一界面规范》，该规范已在变电站中得到了实际应用，取得了良好的效果。

随着时间的推移、技术的推动、观念的转变、管理模式的变化以及规范化管理的不断深入，变电站自动化系统人机界面不仅将有更多的组成部分被逐步纳入到统一规范中，例如顺序控制操作界面、五防操作菜单及作界面与操作票界面等，已经形成的部分规范也会发生局部的变化，这都需要我们持续的进行研究和跟进，以适应不断变化的需求。

参 考 文 献

[1] 冒烨颖.苏州地区变电站监控软件的设计规范[J].江苏电机工程,2004,5(23):38-41.

[2] 侯娟.调控一体化给电网运行带来的变化[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2012(28):311-312.

[3]Q/GDW 678-2011 智能变电站一体化监控系统功能规范.

唐云辉（1976-）,男，工程师，主要研究方向：电力系统自动化。

陈卫东（1968-）,男，工程师，主要研究方向：电力系统自动化。

喻梅莺（1986-）,女，助理工程师，主要研究方向：电力系统自动化。

丁宏成（1983-）,男，通信作者，助理工程师，主要研究方向：电力系统自动化。