電力系統(tǒng)繼電保護信息管理的圖形化平臺

1、.：.；電力系統(tǒng)繼電維護信息管理的圖形化平臺摘 要：討論了繼電維護信息管理系統(tǒng)圖形化平臺的實現(xiàn)，分析了繼電維護圖形平臺的一、二次圖紙、數(shù)據(jù)構(gòu)造、拓撲辨識等中心問題。根據(jù)對繼電維護圖形平臺的特點分析提出了基于繼電維護圖元的設(shè)計方法以及圖形與數(shù)據(jù)的智能關(guān)聯(lián)思想，并依此對繼電維護圖紙進展模塊分解、定義和存儲。根據(jù)實踐系統(tǒng)的功能需求分析，將繼電維護圖紙分解為相互關(guān)聯(lián)的模塊序列。據(jù)此設(shè)計圖形化平臺可以實現(xiàn)圖文技術(shù)資料綜合管理、繼電維護動作圖紙仿真和其它相關(guān)的附加功能。開發(fā)的廣東沙角發(fā)電廠C廠和廣州變電管理所繼電維護信息管理系統(tǒng)在實踐任務(wù)中有效地發(fā)揚了作用，驗證了本文思想和算法的正確性。 關(guān)鍵詞： 電力系

2、統(tǒng)；繼電維護；圖形化平臺；網(wǎng)絡(luò)拓撲1引言 電力系統(tǒng)繼電維護信息管理是保證電力系統(tǒng)平安運轉(zhuǎn)的重要根底任務(wù)，包括繼電維護圖紙、定值單、備品備件臺賬、維護定檢記錄、維護動作正確率統(tǒng)計等方面。隨著計算機技術(shù)在電力系統(tǒng)運用的深化和普及，繼電維護信息管理的許多任務(wù)都已運用計算機和網(wǎng)絡(luò)進展處置，如繼電維護整定計算程序、AutoCAD繪制維護圖紙、維護定值的數(shù)據(jù)庫管理等。然而，由于缺乏一致規(guī)劃，以上各項任務(wù)往往是分散獨立實現(xiàn)的，各功能模塊的數(shù)據(jù)格式和操作平臺互不支持，從而呵斥了繼電維護信息管理任務(wù)的混亂。由于設(shè)備更新和接線變卦而呵斥同一個系統(tǒng)的圖紙、文件不一致，給平安消費帶來隱患。 由于繼電維護專業(yè)的復(fù)雜性、

3、權(quán)威性和對電力系統(tǒng)平安的特別重要性，有必要對繼電維護信息管理的各方面任務(wù)進展一致規(guī)劃，建立基于一致平臺的繼電維護信息管理系統(tǒng)。而其中的重點難點是繼電維護圖紙的管理。為此，本文提出了一種基于繼電維護圖紙的繼電維護信息管理的圖形化平臺，利用圖形化的方法把繼電維護各環(huán)節(jié)的復(fù)雜邏輯和大量信息直觀籠統(tǒng)地用圖文并茂的方式表達出來。同時，利用繼電維護圖紙作為紐帶，將繼電維護信息管理的其它任務(wù)有機地聯(lián)絡(luò)起來，設(shè)計了一致的數(shù)據(jù)和圖紙規(guī)范，實現(xiàn)信息共享。另一方面，這一平臺又要有足夠的通用性和可擴展性，可以方便地掛接各種繼電維護信息管理模塊，可以在MIS系統(tǒng)上運轉(zhuǎn)，可以方便用戶進展維護和自行擴展。 本文對繼電維護信

4、息管理的圖形化設(shè)計方式和詳細方法進展了回想和總結(jié)，并分析了繼電維護信息管理圖形化平臺設(shè)計的特點，提出了新的思緒。2 繼電維護信息管理圖形平臺設(shè)計的特點分析 繼電維護緊緊聯(lián)絡(luò)著電力系一致次和二次系統(tǒng)。由于繼電維護信息管理任務(wù)各功能要求的差別性，圖形平臺設(shè)計除了遵照普通系統(tǒng)設(shè)計的規(guī)律之外，還必需求順應(yīng)由此而來的一些個性需求。與用于電力系統(tǒng)輔助計算的一次系統(tǒng)的圖形化平臺相比，這種差別性所帶來的設(shè)計和實現(xiàn)的難度要大很多。下面就繼電維護圖形平臺設(shè)計中要思索的一些特點進展分析。2.1繼電維護的模塊化配置及其邏輯約束 現(xiàn)代電力系統(tǒng)的繼電維護種類繁多，但是他們能在一同協(xié)同任務(wù)的關(guān)鍵是他們遵照了模塊化的設(shè)計。比

5、好像一個電流維護，能夠包含速斷、延時速斷、過負荷三段，它們的維護范圍有重疊也有不同，但是根據(jù)維護定值和動作延時就可以使它們各負其責，相互配合補全。不同維護之間也有邏輯上的約束，比如某些維護在某些時候要被自動閉鎖，某些時候又要解鎖。繼電維護系統(tǒng)的這種關(guān)聯(lián)關(guān)系本質(zhì)是其信息管理的中心，也是聯(lián)絡(luò)各項管理任務(wù)模塊的一條主線。因此，圖形平臺設(shè)計應(yīng)充分表達這一特點。2.2電氣聯(lián)絡(luò)的強關(guān)聯(lián)和圖紙表示的弱關(guān)聯(lián) 繼電維護涉及的二次系統(tǒng)與一次系統(tǒng)之間有著電氣上的關(guān)聯(lián)且稱之為“強關(guān)聯(lián)，但是在工程圖紙中，經(jīng)常出現(xiàn)一次圖和二次圖是分開表示的情況且稱之為“弱關(guān)聯(lián)?！耙淮卧O(shè)備繼電器二次觸點維護出口斷路器在電氣上嚴密相關(guān)，但是

6、圖紙上卻只需依托圖紙的標注才可以讓人們辨識它們之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，需求深沉的專業(yè)知識和對系統(tǒng)的深化了解才干很好地了解這些圖紙。另外，繼電維護二次圖既龐大又復(fù)雜，對現(xiàn)場人員的技術(shù)素質(zhì)要求很高。二次圖之間的這種強關(guān)聯(lián)和弱關(guān)聯(lián)也很常見，如交流回路中的啟動繼電器與直流回路中的輔助觸點之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系等。許多現(xiàn)場人員看不懂二次圖，這主要是由于繼電維護動作具有一系列的邏輯閉鎖和連鎖反響。因此，繼電維護圖形平臺應(yīng)提供聯(lián)絡(luò)這些一二次圖紙及其各個元件的索引，為現(xiàn)場人員閱讀和閱讀圖紙?zhí)峁﹨f(xié)助 。2.3繼電維護二次圖紙的不規(guī)范 繼電維護信息管理圖形平臺應(yīng)提供應(yīng)用于各任務(wù)模塊的根本信息，包括：元件的拓撲關(guān)系、主從隸屬關(guān)系、

7、時序動作邏輯關(guān)系等。與用于電力系統(tǒng)輔助分析的一次主接線系統(tǒng)圖不同，繼電維護圖紙量大面廣，制造的時間跨度能夠很大，也涉及很多部門，圖紙格式和存儲介質(zhì)也不盡一致，等等。一切這些給基于繼電維護圖紙的信息提取帶來很大困難，因此圖形平臺設(shè)計應(yīng)充分思索繼電維護圖紙的以下不規(guī)范性。 1) 繼電維護的圖紙經(jīng)常不是一張嚴厲意義的拓撲圖，通常只是原理表示圖。比如拓撲上的同一個節(jié)點，為了布圖和人們了解的方便，卻經(jīng)常分開在不同的圖紙或者在一個圖紙的不同地方表示。因此，不如一次系統(tǒng)圖那樣可方便地獲得拓撲銜接關(guān)系。 2) 圖紙與圖紙之間不延續(xù)，本來有直接聯(lián)絡(luò)的元件由于圖紙空間限制，不得不人為地分開畫在不同的圖紙上，整個圖

8、紙系統(tǒng)關(guān)聯(lián)是依托各種符號和標志。 3) 圖紙格式不一致，信息不全甚至有錯誤，很多圖紙信息需求在后臺數(shù)據(jù)庫進展手工修正，如何自動辨識錯誤信息以及不脫漏每個元件是圖形平臺設(shè)計需應(yīng)對的難題。 4) 由于歷史緣由以及繼電維護管理的特殊性要求，有些圖紙和文件必需以原始方式掃描的方式存儲，以保證其權(quán)威性。圖形平臺應(yīng)支持這種圖紙的輸入方式，并實施有效的管理。2.4繼電維護圖紙的粒度差別 對于繼電維護信息管理，有的模塊能夠只需求基于圖紙的各種管理功能，那么我們稱其分辨粒度是圖紙。而有的模塊卻能夠需求分辨粒度是圖元，比如要務(wù)虛現(xiàn)繼電器的相關(guān)參數(shù)的在圖查詢。這就要求圖形平臺針對不同的情況運用不同的處理方案。如此才

9、干最大限制利用現(xiàn)有資源，開發(fā)出適用的系統(tǒng)。3 繼電維護信息管理圖形化平臺的圖形和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián) 應(yīng)該明確的是繼電維護信息管理系統(tǒng)運用對象是寬廣的繼電維護任務(wù)人員，因此客戶端平臺應(yīng)該主要是流行而易用的Windows系列操作系統(tǒng)。利用Windows環(huán)境，設(shè)計開發(fā)一個繼電維護圖形化系統(tǒng)，如今有很多種可選的開發(fā)工具。對于用戶界面設(shè)計來說，快速的可視化開發(fā)工具如VB、Delphi，以及同樣可視化但是程序執(zhí)行效率較高的如VC；對于聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，可以選用可視化的通用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫如Oracle、SQL Server、Sybase；對于網(wǎng)頁設(shè)計，可以選用各種Html言語編輯工具如MS Visual Interde

10、v等等。此外多媒體的設(shè)計在圖形化平臺中也很重要，由于這是一個籠統(tǒng)生動的表達方法，可以根據(jù)用戶需求靈敏地度身定制。3.1繪圖工具及圖元的設(shè)計 圖元的設(shè)計是圖形化系統(tǒng)的根底。一個很常用的方法是本人設(shè)計一個繪圖系統(tǒng)，利用點線的組合繪制各種元件如繼電器和斷路器等等。這樣做的益處是可以自若地設(shè)計圖元和圖紙的各種數(shù)據(jù)構(gòu)造和功能，缺陷是需求本人做瑣碎的添加、刪除、編輯甚至縮放和挪動等等繪圖功能，而繪圖程序的設(shè)計比較繁瑣，有缺陷的設(shè)計會給平臺的運轉(zhuǎn)帶來災(zāi)難性的后果，所以設(shè)計時測試階段的時間應(yīng)該相應(yīng)長一些以加強系統(tǒng)的強壯性。同時基于靈敏性的思索，應(yīng)該思索和主流CAD和CAM系統(tǒng)兼容問題。 另外一種方法，就是利用

11、如今通用的各種CAD和CAM軟件如AutoCAD，或者是基于地圖的信息管理系統(tǒng)如MapInfo，來定制和繪制各種圖元進而構(gòu)成整個圖紙系統(tǒng)。這樣做的益處是可以利用成熟軟件的強大繪圖功能，其普及性、完善性的優(yōu)勢是非常明顯的。但是需求開發(fā)者掌握它們的二次開發(fā)技術(shù)，由于這些軟件只能作為開發(fā)繼電維護圖形化系統(tǒng)的一個工具，深層次的功能如拓撲尋覓和各種數(shù)據(jù)管理不可依托它們完成。一個直接的做法是在CAD軟件根底上，定制適用于繼電維護圖形平臺的各種圖元，利用其附加屬性，充分表示元件的拓撲、隸屬、主從等關(guān)系及其參數(shù)，為建立管理數(shù)據(jù)庫提供良好的環(huán)境。3.2圖形和數(shù)據(jù)的智能關(guān)聯(lián) 對于圖形化平臺來說，圖形和數(shù)據(jù)應(yīng)該采取

12、適宜的方式關(guān)聯(lián)進而選擇恰當?shù)拇鎯Ψ椒?。用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計的觀念來看，我們可以用各種類對象來描畫電力系統(tǒng)的各個圖元。利用類之間的承繼關(guān)系描畫詳細各元件之間的關(guān)聯(lián)。每一個類對象具有本人的屬性也就是它的數(shù)據(jù)和方法也就是它的功能。比如對于繼電器來說，其圖形信息應(yīng)該是根據(jù)繼電器的型號決議詳細繪制的方法，而其相關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)那么有其觸點信息、延時信息、整定值信息、關(guān)聯(lián)繼電維護信息、標志能否帶電的形狀位等等；其功能應(yīng)該有圖元繪制函數(shù)、判別能否帶電的函數(shù)、帶電與掉電的動作函數(shù)等等。對于一個觸點來說，其圖形信息應(yīng)該是根據(jù)觸點型號和觸點當時形狀決議詳細繪制方法，其相關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)那么有位置形狀信息、其所屬繼電器信息和所在回路信

13、息等等，其功能那么有閉合和斷開的函數(shù)等等。 對于圖形和數(shù)據(jù)，可以按照詳細系統(tǒng)的需求分析在模塊劃分終了之后進展組織。圖1是一個繼電維護整定計算和仿真的數(shù)據(jù)框圖。4 繼電維護信息管理圖形平臺的網(wǎng)絡(luò)拓撲辨識4.1網(wǎng)絡(luò)拓撲辨識方法及其性能比較 網(wǎng)絡(luò)拓撲信息是繼電維護信息管理的根底，尤其是在進展繼電維護整定計算和仿真等輔助分析功能時更是關(guān)鍵。目前網(wǎng)絡(luò)拓撲的算法主要是一次主接線的算法開展比較多，繼電維護二次圖的拓撲提取由于其圖紙本身的不嚴密性和復(fù)雜性研討較少。 從拓撲的提取方式看，一是利用AutoCAD或者MapInfo設(shè)計各圖形模塊，完成圖紙繪制的任務(wù)，再利用它們豐富的二次開發(fā)功能，提取圖紙中各圖元的銜

14、接信息，進一步構(gòu)成所需拓撲數(shù)據(jù)庫。二是自制的繪圖工具，當然在繪制圖紙時也可以構(gòu)成所需拓撲。當圖紙是掃描輸入時，由于無法辨識圖元，只能經(jīng)過手工輸入方式構(gòu)成拓撲數(shù)據(jù)庫。但這種方法不值得推行，由于這樣雖然外表上減輕了任務(wù)難度，可以填充恣意所需拓撲，但是假設(shè)沒有嚴整的拓撲表達方式，會給以后的整定計算和仿真帶來災(zāi)難性的后果。所以手工構(gòu)成拓撲，只可以作為自動構(gòu)成拓撲的一種輔助手段。 從拓撲的存儲方式看，目前運用較廣的是用關(guān)聯(lián)矩陣存儲節(jié)點和支路之間的銜接關(guān)系。這種算法數(shù)學描畫嚴謹，便于程序處置，比較適宜于一次接線圖的拓撲描畫。對于繼電維護二次系統(tǒng)圖，由于元件數(shù)量龐大，因此會呵斥速度和性能的嚴重下降，只適宜于

15、用于教育培訓的繼電維護典型回路的動作邏輯演示。4.2基于模塊的拓撲存儲及搜索 對于繼電維護來說，由于一二次之間的關(guān)聯(lián)等等緣由，繼電維護圖紙總體上網(wǎng)絡(luò)的嚴密性比較差，有時會出現(xiàn)邏輯上不嚴厲的拓撲出現(xiàn)。因此很難采用和一次主接線系一致樣的方法來規(guī)范二次圖紙的拓撲。本文提出一種基于模塊的表示法來存儲拓撲構(gòu)造。此處的模塊可以根據(jù)詳細系統(tǒng)設(shè)計需求靈敏定制，比如可以把模塊定義為繼電維護圖紙中的圖元或行，也可以把模塊定義為繼電維護中的某一功能塊。利用模塊之間的邏輯聯(lián)絡(luò)，按照邏輯對圖紙分模塊進展定義。這樣可以以為所謂圖紙即是一些模塊的組合，而這些模塊之間的某些聯(lián)絡(luò)就表達了繼電維護的某些功能。這樣可以減少搜索深度

16、，優(yōu)化系統(tǒng)性能。 基于行定義的表示法在國外的圖紙中比較適用，由于SIMENS，ALSTHOM等常用的廠家圖紙都是按照行來閱讀，一次和二次分不同圖紙表示。國內(nèi)的經(jīng)常一二次一同，交直流一同，行的意義不是很明顯，所以可以將繼電維護圖紙中的控制塊按照其功能邏輯進展模塊的定義和分割。根據(jù)需求分析的不同，可以粗略地把某些控制塊定義為模塊，也可以細致地把觸點定義為模塊，模塊之間的組合邏輯即可將圖紙所表達的繼電維護動作邏輯反映出來。 在基于模塊的拓撲存儲和搜索中，我們首先區(qū)分靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)。所謂靜態(tài)數(shù)據(jù)就是在圖紙上的形狀是不變的，如一些電阻和一些銜接線。所謂動態(tài)數(shù)據(jù)就是圖紙上的形狀可變元件，比如具有開關(guān)電

17、路功能的元件觸點，熔絲等等和不具有開關(guān)電路功能但是形狀可變的元件如繼電器，光字牌等?；谀K的拓撲存儲只需思索各模塊中的動態(tài)數(shù)據(jù)，內(nèi)存中可以用廣義表的格式加以存儲，搜索時以模塊為單位進展廣度或深度的優(yōu)先搜索。這樣的拓撲存儲方式直接面對拓撲變化的中心問題，存儲容量很小，搜索速度也大大加快。它可以抑制繼電維護圖紙拓撲顯示不規(guī)范的問題，同時也加強拓撲不良數(shù)據(jù)的辨識，程序的強壯性較好。假設(shè)曾經(jīng)預(yù)定義了模塊及其屬性并且曾經(jīng)構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫，那么繼電維護的搜索算法可以表示如下： 1) 預(yù)定義圖紙上的模塊及其屬性，并將它們構(gòu)成數(shù)據(jù)庫。 2) 輸入繼電維護初始設(shè)置和缺點代碼。 3) 根據(jù)初始設(shè)置和缺點代碼在數(shù)據(jù)庫中進展搜索，得到第一級啟動的模塊列表。 4) 對啟動的每一個模塊在數(shù)據(jù)庫中進展廣度優(yōu)先的遍歷，得到次級啟動的模塊列表。 5) 反復(fù)4)，直至有動作終了標志如搜索到標志為出口繼電器的模塊。如此便構(gòu)成了遍歷的動作邏輯樹。 6) 以樹形邏輯框圖或者其它適宜方式輸出給用戶。