（控制科学与工程专业论文）整流所智能操作票系统的研究.pdf

摘要 操作票制度是电力部门为了系统安全稳定、经济高效运行而采取的一 项重要组织措施。操作票是操作任务和操作方案的具体化，其主要内容 有操作任务、设备名称、操作地点和操作顺序等。 以某冶炼厂整流所为背景，结合实际科研项目的开发过程，探讨了面 向对象技术、软件构件思想和专家系统理论等在整流供电领域智能操作 票系统中的应用，建立了系统的计算机模型，采用分治法设计专家系统 推理算法。首先，定义一个抽象的电气总类，各元件类均是总类的直接 或间接子类，然后将结构一致、操作和功能相似的电气部分聚合成构件， 最后按一定规则组装成系统。推理机将系统分解为若干独立的子系统， 依据各子系统的目标分别设计控制策略，然后由结构化功能模块进行组 合。重点介绍了母线部分的分层深度优先反向推理算法和整流回路推理 规则采用的直接插入优化算法，并定义了“层集 的概念，较好地解决 了母线间的耦合和电力系统各部分的交互问题。 该系统经过一段时间的运行，证明其具有操作方便，易于维护和开票 准确率高等优点，扩展了智能操作票系统的应用领域。 关键字：操作票，专家系统，面向构件，分治法，层集 a b s t r a c t s w i t c h i n gs e q u e n c es y s t e m i sa ni m p o r t a n tm e a s u r eb yw h i c ht h e m a n a g e m e n td e p a r t m e n to fp o w e rs y s t e mm a i n t a i n st h ee c o n o m i c a la n ds a f e w o r k t h eo p e r m i o nt i c k e t sa r et h ec o n c r e t i z a t i o no fm i s s i o n sa n dp r o g r a m o nt h eb a c k g r o u n do fa ne l e c t r o l y s i sr e c t i f i c a t i o nb u r e a u sa n dc o m b i n e d w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n t i f i cr e s e a r c hp r o je c t ，t h i st h e s i sd i s c u s s e st h e a p p l i c a t i o no fo b j e c t o r i e n t e dt e c h n o l o g y , c o m p o n e n tt h e o r ya n de x p e r t s y t e me t ci ns w i t c h i n gs e q u e n c es y s t e m ，b u i l d st h es y s t e m sm o d e li nt h e c o m p u t e ra n dr e s e a r c h st h ei n f e r e n c ea l g o r i t h m sb ym e a n so fd i v i d ea n d c o n q u e rm e t h o d f i r s t l y , d e f i n e sa l l k i n d so fe l e c t r i cc l a s s e s ；s e c o n d l y , d e s i g n st h es o f t w a r ec o m p o n e n t s ；l a s t l y , a s s e m b l e st h es o f t w a r es y s t e m t h e i n f e r e n c ee n g i n ed i v i d e st h ew h o l es y s t e mi n t os o m ei n d e p e n d e n ts u b s y s t e m s a n dd e v e l o p st h e i rr e s p e c t i v es t r a t e g i e sa n di n t e g r a t e st h e mb yt h es t r u c t u r a l f u n c t i o nm o d u l e s p u t se m p h a s i so nt h ea l g o r i t h m sa b o u tt h eb u sl i n e sa n d r e c t i f y i n gc i r c u i t s ，i n t r o d u c e sa n e wa l g o r i t h mn a m e dh i e r a r c h i c a ld e p t h f i r s t b a c k w a r da l g o r i t h ma n da no p t i m i z a t i o na l g o r i t h ma d o p t e ds t r a i g h ti n s e r t i o n ， p r e s e n t sa n e wc o n c e p tc a l l e d “l a y e r s s e t a f t e rm o r et h a nay e a ro ff i e l d r u n n i n g ，s h o w s t h a ti t p o s s e s s e s c o n v e n i e n to p e r m i o n ，e a s y m a i n t e n a n c ea n dh i g ha c c u r a c yr a t ee t c ，m o r e o v e r , i te x p a n d st h ea p p l i c a t i o nf i e l d so ft h ei n t e l l i g e n ts w i t c h i n gs e q u e n c es y s t e m k e yw o r d s ： o p e r a t i o nt i c k e t s ，o b j e c t o r i t e n dp r o g r a m m i n g ( o o p ) ， c o m p o n e n t o r i t e n d ，d i v i d e a n d c o n q u e rm e t h o d ，l a y e r s s e t 2 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：芒垒丝日期：坐2年上月卫日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学 位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以 采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 储躲监l 聊签名牌l 嗍垮年上月昨日 硕l ：学位论文 第一章绪论 1 1 选题背景及意义 第一章绪论 本课题名称为“株洲冶炼厂i 整流所电气倒闸操作票专家系统”，是株洲冶炼厂 l 整流所集中监视优化控制与电气倒闸操作票专家系统的一个子项目。 在电力系统运行中，由于电气设备的故障和周期性检修的需要以及电力负荷分配 调整的需要，通过拉合刀闸、开关来改变输电线路的停、送电状态，从而局部或全 部改变某级电站的运行方式，实现操作目的，这种操作称为电气倒闸操作。为确保 电网的安全运行，电气倒闸操作必须按照严格的操作规程进行，否则，操作不当会 危及人身安全，引发严重事故，造成巨大经济损失。倒闸操作必须首先拟写倒闸操 作票，然后按照操作票逐项执行。操作票的具体内容与执行情况关系到变电系统的 正常运行以及操作人员的人身安全，绝不允许出错，否则，可能造成整流所停电， 甚至扩大到整个电力系统，使系统崩溃【l j 【2 1 ，所以操作票从开始开票到最终完成上报， 必须层层把关、严格审核。操作票是操作任务和操作方案的具体化，其主要内容有 操作任务、设备名称、操作类型和操作顺序等。运行人员编写变电站电气倒闸操作 票就是根据当班设备的运行方式，按照规程、规定和调度令，对相关没备及其操作 类型进行排序的过程。 株洲冶炼厂是我国大型有色企业之一，目前采用湿法冶炼技术生产铅、锌等多种 有色金属，湿法冶炼过程主要是将矿石按一定的工艺制成电解液，连续送入电解槽， 通入直流电，使阳极上析出锌，每隔一定周期，将铅、锌等从极板上剥下后送去熔 化铸锭。无论是制液、电解还是铸型，电能都是主要的能源，有色冶炼是一个很大 的耗电过程，而且，各生产工艺对电能的性能( 直流、交流、电压等参数) 要求也 各不相同，株冶供电系统的结构比较复杂，电网调度管理的要求很高，正常运行时 倒闸操作频繁，每年需要完成数千次的操作。在采用自动生成系统以前，由于受技 术条件的限制，株洲冶炼厂i 整流所采用的是手工开票的方式，即根据操作任务和 现场情况，由专人开出初始票，再由相关负责人进行审核、签字( 盖章) 确认后生 成待执行票，最后由3 名工作人员负责具体操作，分工为：1 人唱票，1 人操作，1 人检查确定【3 1 。手工开票存在以下几个问题： 1 为了保证手工开票的可靠性和成功率，必须由具有一定理论水平和丰富现场经验 的调度运行人员先写出初始票； 2 开票人员受环境、情绪以及健康状况等因素的影响，日久天长难免会出差错，但 原则上是不允许出现这样的错误和漏洞的，这样会给开票人员背上沉重的思想包 袱； 硕 ：学位论文第一章绪论 3 操作票的书写要求非常严格，字迹要清晰，不准出现错字、别字或漏字，涂改也 有限制，且涂改还须盖章确认等，这样也给开票人员很大的心理压力。 智能操作票系统则可以很好的解决这些问题，能极大地减轻开票人员的工作量， 让其集中精力研究系统安全、经济运行中的深层次问题，提高了劳动生产率。株洲 冶炼厂i 整流所以前也曾开发过操作票自动生成系统，并取得了相当的成果和经验。 随着整流所本身电力系统的几次升级改造以后，其内部结构和运行方式发生了较大 的改变，导致原有操作票自动生成系统不适应升级后的现场，出现错票、废票的比 率提高，有时不得不重新采用手工丌票的方式，给实际生产带来了很大不便，也大 大提高了现场调度运行人员的工作量。随着操作人员技术水平的提高和当今电力、 电子、自动化以及计算机等技术的发展，开发和研制一款更先进、智能化程度更高、 通用性更强的操作票系统具有迫切和积极的意义。 1 2 国内外相关研究状况 从2 1 世纪以来，人工智能、专家系统等在电力系统中的应用成为一个比较热门 的研究领域，广泛应用于各种处理操作票的软件中，目f ；i 已有不少系统投入了使用， 并取得了很多经验和成果。但这些系统大都集中在发电站、变电站等电网领域，存 在使用范围较窄、通用性较差和难维护等问题。本文研究的智能操作票系统，是人 工智能、专家系统在株州冶炼厂i 整流所中的应用，它根据电力系统对倒闸操作的 “五防”要求和现场设备的状态，按照规则进行判断、推理，开出实用的包括二次 设备操作项目的倒闸操作票。 通过现场实地调研和对已发表文献的研究，国内操作票自动生成系统按发展历程 大致可分为以下几类： 1 程序存储式操作票自动生成系统【4 - 7 】 这类系统属于第一代操作票系统，是采用专家系统的设计思想实现的。它将操作 任务按电压等级和设备类分类，整个系统由很多子程序组成，每个子程序完成一个 操作任务，是系统程序条理比较清晰，设计起来比较容易，但是智能化程度不高， 虽电网的拓扑数据库独立于程序，但实现操作任务的规则与源程序紧密相连。随着 操作任务的增加，子程序的数目将增大，设计人员必须罗列出各种可能操作任务的 最大模式，智能性和通用性较差，且难移植。 2 数据库结构式的操作票自动生成系统【舡1 0 】 这类专家系统把现场的典型操作票以数据库的形式存放，开发出对数据库内容进 行管理的平台，运用关系数据库理论，对操作任务进行分类、存储、检索和输出， 每一个操作任务的操作内容以整张票的文本格式存储，操作人员通过分类检索就能 调出相应的历史票，并能对其进行编辑、修改，从而生成相应的操作票内容。该类 2 硕：b 学位论文第一章绪论 型操作票系统存在于早期系统中，也存在智能化程度差，维护、升级困难的问题。 3 基于开关控制逻辑方式的操作票自动生成系统【4 - 7 l 【l o l 这种系统根据操作任务来实现将电气设备由一种运行状态到另一种运行状态转 换的逻辑运算方式，状态转换需经一系列的倒闸操作来完成，实质上就是一个逻辑 顺序控制的问题，每个元件的操作必须遵循倒闸操作规则。此系统在智能化程度上 有大的提高，但通用性和人机交互方面存在不足。 4 图形校核方式操作票自动生成系统f 5 】【8 】i l o 】 这种系统采用电力系统接线图界面，用户可直接单击鼠标左键对一次、二次设备 进行模拟操作及检查、测量验电等特殊操作，通过逻辑判断和对当前设备位置信息 的校验，系统自动生成含二次设备的证确操作票，方便快捷。此系统的可靠性高， 操作简单，人机交互能力强，但通用性和移植性不强。 5 面向对象技术操作票自动生成系统l o 7 】 这种系统采用面向对象技术开发图形编辑界面和用于专家系统的知识表示，把系 统接线图中的所有电气元件分别抽象成不同的类，如母线类、断路器类和开关类等， 每个类都有自己的图形表示、属性等，如名称、编号和所属回路等，由于同一类型 元件又可进行进一步细分，如断路器可细分为微型断路器、空气型断路器和抽屉型 断路器等，故母类还可派生出不同的子类，系统中的每个具体元件便为相应类的对 象。同样专家系统中知识表示也是采用类的层次结构形式。此种系统智能化、通用 性、界面美观、人机交互等有很大的提高，是操作票系统发展过程中一个重要阶段， 但系统在整体性、系统性和移植性方面还存在不足。 6 智能推理型操作票系统【1 8 2 0 】 此类软件专家系统思想和技术实现操作内容的自动生成，能模仿运行人员的智 能与经验，有的甚至可自行总结经验，具有自学习功能。系统主要由知识库、推理 机、数据库等模块组成，利用推理机对知识库的解空间进行搜索，用专家系统的推 理技术来实现各类操作任务的形成。该类软件构成的关键在于如何将知识转变为计 算机能处理的信息( 即“规则”) 和推理机如何从知识库中搜索与操作任务相关的规 则。规则表达得正确而丰富，可以提高开列操作票的正确率搜索策略的优化，可以 减少开列操作票花费的时间。但这类操作票生成系统中，能进行实时开票，真正投 入实际运行的比较少。 国外在智能开票领域的研究【2 m 2 】相对较少，就已公开发表的文献，较早的操作票 专家系统是八十年代r 本t a k a s h i a b e 等人开发的v 堍。系统i 2 3 l ，它以类子类这种层次 关系来建立变电站模型，采用知识表述语言k d l 实现，操作任务仅限于四种：停电、 送电操作，并列，单独运行。九十年代初加拿大学者z z z h a n g 教授等提出了一种变 电站三级分层建模的方案【2 钔，将变电站设各分为c o m p o n e n tl e v e l 、b r a n c hl e v e l 和 n e t w o r kl e v e l ，采用元件、节点、边进行全面描述。该系统的特点是能根据功能、 3 硕 ：学位论文 第一章绪论 安全、最佳三个方面优化操作内容生成，能对操作任务进行自动分解，采用启发式 估价算法形成最佳操作路径。九十年代末美国学者n o e ln s c h u l z 博士等针对设备操 作有时是遥控，有时是手动的特点，将它列为一个估价条件，利用专家系统来产生 断路器、线路、变压器的操作设备顺序内容【2 5 1 。近年来，tbf l e t c h e r 季i ld es o u s a 等提出将自动倒闸功能集成进i d e ( 智能电气设备) 和s c s ( 变电站控制系统) 中， 将简化辅助系统中线缆和相关装置的规模，减少系统硬件成本和工程界面的开发工 作量，缩短安装和调试时间 2 6 - 2 刀。 近年来有不少专家和学者提出采用组件技术【1 1 1 【1 4 】【2 8 】、网络技术【2 9 1 、多智能体技 术【3 0 j 以及神经网络技术【3 1 。2 1 等研究方法，进一步完善了智能操作票系统的研究和开 发。 1 3 本文研究内容 通过多次现场的调研，并在认真研究国内外现有操作票系统的研究成果及存在的 问题的基础上，本文研究了株冶i 整流所电力调度网络，开发了一款面向整流供电 领域的智能操作票系统，实现了绘制电网拓扑图，自动生成倒闸操作票，调用典型 票和历史票，用户权限管理，模拟操作和员工培训等功能。本系统已应用于株冶i 整流所控制室。 本文主要作了以下工作： 1 在面向对象技术的基础上，抽象出各电气元件类，并采用构件的思想建立各回路 的模型，实现了非常实用的电网一次接线图绘制功能，而且在绘图完成的同时， 将电力系统的拓扑结构生成存储在计算机中的“虚电网”； 2 介绍了专家系统理论在操作票智能化系统中的应用，根据电业安全工作规程 对设备操作的要求，并结合现场工作经验，总结出倒闸操作类型和原则，开发了 一种新的操作票智能系统，采用d n p 3 0 协议实现与s c a d a 系统的通讯，获取 系统中电气设备的实时运行状态，通过推理机开出操作票，实现操作票的在线实时 开票，并自动将该票的相关信息保存备份，以备将来查询和分析，且能在仿真演 示模块进行模拟操作和安全审核，再打印出票，使系统在完全安全可靠的情况下 进行操作。 3 根据整流所的系统结构和倒闸操作的特点，将母线构件作为组装软件的连接器， 并在推理机的设计中，提出了一种新的关于母线的解耦算法一分层深度优先反 向推理算法：先采用j 下向推理建立推理链，利用改进的拓扑排序算法将推理链解 环成树状链，再采用深度优先搜索和分层优化相结合的算法得出可操作性和实用 性很强的母线部分倒闸操作方式。为了推理的方便，文中定义了一个新的“层 集的概念。 4 硕i ：学位论文第一章绪论 4 由于整流回路是整流所电气结构中的核心组成部分，整流回路构件推理算法在推 理机的设计中也起着重要作用，本文根据电气设备的运行状态转换原理，采用分 治法开发出整流构件推理算法，并采用直接插入排序进行推理规则优化，在保证 操作可靠的前提下，提高了操作票的实用性，进一步减少操作人员的工作量。 5 建立用户操作平台，设计方便、美观的人机交互界面，以使运行人员能轻松自如 地完成复杂的操作票编写工作，可实现选择操作任务、操作对象、自动开票、手 工开票、快速模拟演示、典型票调用和历史票调用导出、打印票等功能； 5 硕 ：学位论文第二章株冶i 掺流所电力系统分析 第二章株冶i 整流所电力系统分析 2 1 株冶i 整流所电力系统简析 株冶i 整流所输入普通电网的3 5 k v 交流，一路经两次降压( 3 5 k v 1 0 k v ， 1 0 k v 4 0 0 v ) ，供给其余各部门；另一路先经交流降压( 3 5 k v 7 0 0 v ) ，再经二极管 或晶闸管整流【3 3 】为直流电，供给铅、锌电解等部门。3 5 k v 采用双母线分段接线方 式，工作母线分成i 、i i 段，其中q f 4 1 0 、q f 4 2 0 为母联，q f 4 3 0 为i 、i i 母线分 段断路器，q s 4 3 1 2 为i i i1 、i i i2 备用母线分段隔离开关，当检修一组母线时，可 使回路供电不间断；一组母线故障，母线和线路会暂时停电，经母线隔离开关的切 换，线路供电可迅速恢复。这种接线方式具有供电可靠、调度灵活，又便于扩建的 优点【3 4 1 ；1 0 k v 也采用双母线分段接线方式，工作母线分成i 、j i 段，其中q f 3 0 1 0 、 q f 3 0 2 0 为母联，q f 3 0 0 0 为i 、i i 母线分段断路器，i i l 备用母线不分段；4 0 0 v 采用 单母线分段接线方式，分别给锌品、铸型等车间供电，可以减少母线故障或检修时 的停电范围( 回路数) ，分段后对重要客户采用双“t ”接线，供电可靠性大为提高， 正常时只有- - n 送电，当一侧电源退出时，另一侧自动投入送电【3 4 l 。该所系统电路 图如图2 1 。 整流所作为面向电解、冶炼等行业的的电力单位，不但具有普通电网的特点，还 有许多特殊之处。如： 1 功能多，集变压、整流、供电于一体； 2 电路结构复杂，既有交流又有直流，既有高压又有低压； 3 线路间耦合严重，非线性连接突出； 4 满足生产需求，稳定性、安全性和经济性要求高； 5 运行方式多，倒闸操作复杂。 2 2 电力系统操作标准术语 为了规范电气设备倒闸操作，确保人身、电网和设备的安全，提高管理水平，根 据电业安全工作规程的规定，填写倒闸操作票必须使用规范的语言。作者参考 电业安全工作规程、能源部公布的“电力系统调度术语”以及株洲冶炼集团内部 的电气设备倒闸操作规程等相关文件，给合倒闸的实际要求，总结出操作票中涉及 的设备及其操作，形成操作票系统的标准术语【3 5 。3 6 j 1 3 1 。操作票的语句采用了谓语加 宾语的结构，省略了主语( 现场操作人员) ，宾语中包含了标准设备，谓语则是对该 设备的操作。谓语和宾语有特定的对应关系：某一设备只能有特定的操作，比如对 6 硕f ：学位论文第二章株冶i 整流所电力系统分析 斗占4 同一。圜占2 严 q c 一 一 ；444鬯4q 2 6q 44 3 2 掣耋玉 扩卓鞲。，蒂j 圜恤他。m 3 3 掣江吗艺乏拿j j j x 饕1 ：1 斟 、+ z l i 溉钱滋“占赫分，坡静触 馘蛾 2 螨嚼铲督肯线 l i 一1 母 i 母 图2 1i 整流所电力系统图 开关的操作只能是合上、拉开，而不能是放上、取下或拆除；同理，某一谓语也只 能用于一定范围的操作设备对象。操作票的标准术语如下所示，其中“一一代表 设备名称，所有的设备均采用双重命名：名称加编号。 几 l i 操作 口口 下 设备号 单设备操作 在甲与甲拥甲 设备号设备号操作 涉及多设备的操作 合上一一( 开关，刀闸，闸刀，断路器，隔离开关) 拉开一一( 开关，刀闸，闸刀，断路器，隔离开关) 投入一一( 保护压板，熔断器，熔丝) 取下一一( 保护压板，熔断器，熔丝) 在一一挂上警示牌( 开关，刀闸，闸刀，断路器，隔离开关) 撤除一一警示牌( 开关，刀闸，闸刀，断路器，隔离开关) 在一一与一一之间装设接地线 在一一线路( 进线出线) 侧装设接地线 7 硕。i 二学位论文第一二章株冶i 整流所电力系统分析 关) 拆除一一与一一之间的接地线 拆除一一线路( 进线出线) 侧接地线 将一一倒、切、推、拉、摇至一一位置( 手车、转换开关) 将一一从一一位置倒、切、推、拉、摇至一一位置( 手车、转换丌关、中置开 验明一与一一之间确无电压 测量一一压板无脉冲 检查一一在合位；在分位( 开关类) 检查一一已投入、已启用、已放上；已退出、已停用、已取下( 压板类) 【6 】 操作票标准术语的制定，不但规范了操作票语言，而且保证了操作票质量。 2 3 电力系统操作分析 2 3 1倒闸操作任务 电力系统的操作复杂且多样，运行中的电气设备会因检修、调整、试验、消除缺 陷以及改变一次回路的运行接线或新设备投入运行等工作，需要工作人员进行运行 方式的变换而投入、断开、倒换电气设备的一系列操作，称为倒闸操作，其具体任 务包括： 1 设备四种运行状态的互换，如设备停送电，备用转检修等； 2 改变一次回路运行方式，如“倒母线 ，改变母线运行方式、并列与解列、合坏 与解环、改变中性点接地状态、调整变压器分接头等； 3 继电保护和自动装置的投入、退出和改变定值； 4 接地线的装设和拆除、接地刀闸的拉合； 5 其他操作，如冷却器启停等【3 0 1 。 2 3 2五防及相应规则 倒闸操作关系到电力系统的设备、供电和人身的安全，要特别注意基本“五防”： 1 误拉合断路器； 2 误入带电间隔； 3 带负荷拉隔离开关； 4 带接地刀闸或接地线合隔离开关； 5 带电挂接地线或合接地刀闸。 对于规则l 和2 ，靠提高操作人员责任心，利用防误闭锁装置来预防；对于规则 3 、4 和5 ，根据变电站倒闸操作的基本规定总结出以下三条基本规n t 3 刀来防止操作 事故。 规则一：为了防止带负荷拉合隔离开关，在拉合隔离开关时必须保证以下条件。 8 硕一l 二学位论文第二章株冶i 整流所电力系统分析 与隔离丌关某一侧直接相联的所有断路器都在断开位置； 合负荷侧隔离开关时，应确认电源侧的隔离丌关已经合好；拉电源侧隔离开关时， 应确认负荷侧的隔离开关已经断开； 隔离开关在合上或断开时，如果能确认其两侧电压大小相等且相位相同，就可以 操作( 例如倒换母线的操作) ，不受其它条件限制。 规n - - ：为了防止带地线合隔离开关，在合隔离开关时应保证以下条件。 所有与隔离开关两侧相联的( 经过变压器或断路器而未经隔离开关隔离的仍认为 是相联的) 临时接地线和接地刀闸都在断开位置； 为满足在检修过程中断路器做拉合闸试验的需要，在断路器的任何方向都有断开 的隔离开关的情况下，允许试拉合断路器。 规则三：为了防止带电挂地线或合接地刀闸，在挂地线或合接地刀闸时，应保证接 地点的任何方向都有断开的隔离开关【3 8 l 。 2 3 3操作动作原则 单就其操作的动作本质来说，无非就是两种：拉开和合上。拉合的操作对象是开 关和刀闸，从而影响到相应设备的状态( 是否带电) 。在操作序列中，拉合开关和刀 闸的次序必须保证符合一定的操作原则，目的就是保证安全操作，合理地供电。简 单而言，主要的操作原则包括以下几条： 1 刀闸不能独立拉合负荷电流，即不能存在“刀闸一合就有电，刀闸一分就停电” 的操作，p t 、避雷器、小容量的变压器因为电流很小，可以直接用刀闸操作； 2 停、送主变前要将中性点地刀闸合上； 3 不停电的设备不能出现停电，即在某项操作任务中未说明停电的设备不能在操作 中发生停电现象，即使先停再送也不可以。 2 3 4 设备状态及转换关系 根据电气倒闸操作中对设备操作次序的规则性要求，可以将电网中的设备划分为 有状态设备和无状态设备。有状态设备是指该电气设备状态是由所在回路的闸刀、 开关位置状态以及是否设置了安全措施等要素确定的，如变压器、回路断路器等； 无状态设备是指该电气设备只有合、分或投入、退出两种情况( 可直接采用布尔值l 和0 表示) ，如输电电缆、二次设备、刀闸等。电路回路与有状态设备的状态可分为 运行、热备用、冷备用和检修四类，定义如下： 1 运行状态：电力回路、断路器及闸刀都在合闸位置，电源至受电端的电路完全接 通，受电设备通电运行； 2 热备用状态：电力回路、断路器都在断开位置，闸刀在合闸位置，只要断路器一 合，即可接通电源，受电端设备处于准运行状态； 3 冷备用状态：电力回路、断路器及闸刀都处在断开位置，受电端设备与电源有明 显的断开点，受电设备无送电障碍； 9 硕 二学位论文第二章株冶i 整流所电力系统分析 4 检修状态：电力回路、断路器及闸刀都在断开位置，被检修设备两侧装设有断路 器及其他安全措施，设备处于停电检修状态。 在进行倒闸操作时，任何回路的四种状态转换关系如图2 2 所示。 拉开断路器 拉开回路刀闸 运行状态 jl 、r 热备用状态 jl 1r i f 冷备用状态 jl ： 1 r 检修状态 上断路器 上回路刀闸 图2 - 2 单回路四种状态转换图 单回路的操作一般是这四种状态按照以上次序进行变化，并且状态不能跳跃，如 回路不能由检修状态直接转为热备用状态甚至运行状态；否则会引起检修时装置的 接地线短路等严重误操作【2 引。 2 3 5 二次设备的状态和操作 电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好，但电力系统的组成元件 数量多，结构各异，运行复杂，受自然条件、设备及人为因素影响，在运行中会出 现各种故障和不正常运行状态，使电网中电流增大，电压下降或升高，电压或电流 间相位变化，频率下降，对称运行破坏或系统震荡等。二次设备是指对一次设备进 行监察、控制、测量调整和保护的低压设备，又称辅助设备，包括测量仪表、控制 和信号器具、继电保护装置、自动远动装置、操作电源、控制电缆及熔断器等。当 一次设备运行状态发生改变时，二次设备运行状态亦应作相应的改变，如继电保护 装置的投入、推出、保护定值的调整等，同时，对于二次设备的启停普遍具有这样 一个特征，即二次设备的动作是随一次设备的投放而作相应改变( 二次跟着一次走) 。 二次设备总的来说有三种状态，其操作术语如表2 1 。 表2 1 二次设备操作术语 操作术语 实际操作 投入一一保护 解除一一保护 停用一一保护 投入一一保护压板 解除一一保护压板 停用一一保护压板 对于运行中更改保护定值时，应先退出其出口跳闸压板，若保护装置是组合箱式， 1 0 硕十学位论文第二章株冶i 整流所i 乜力系统分析 最好是将该组合箱的全部保护均退出，防止在更改定值时，误触动其他保护，引起 误动作。 2 4 株冶i 整流所倒闸操作基本类型 根据株洲冶炼厂供电系统结构及分布管理方式，i 整流所开票任务包括对3 5 k v 、 1 0 k v 零配、四配( 包括生活区) 和直流部分的倒闸操作，主要类别有： ( 1 ) 3 5 k v 进线4 0 2 、4 0 4 、4 4 0 的操作； ( 2 ) 3 5 k v 与1 0 k v 母线的操作； ( 3 ) 1 稃、2 撑、3 稃厂变的操作； ( 4 ) 整流系统( 整流变压器、整流柜) 的操作； ( 5 ) 3 5 k v 和1 0 k v p t 的操作； ( 6 ) 动力变压器回路的操作； ( 7 ) 1 0 k v 母线及其他馈出线路的操作； ( 8 ) 直流母线的操作。 针对不同的变配电站及其不同的回路和不同的操作要求，结合电站运行方式和线 路的实时状态，按照电气倒闸操作基本规程，来实现对各类操作任务的智能开票， 各类电气倒闸操作开列操作票原则1 3 1 1 3 9 】如下： 1 3 5 k v 母线送电操作 ( 1 ) 检修冷备用操作 撤除所有安全措施，检查进线回路无送电障碍： 若进线所带母线处于检修，撤除安全措施，遥测母线绝缘合格。 ( 2 ) 冷备用热备用操作 按操作规程合上待送电进线回路上刀闸。 ( 3 ) 热备用一运行操作 按操作规程合上待送电进线回路上断路器，转为运行状态； 根据需要，调整进线负荷，完成合、解环操作。 2 3 5 k v 母线停电操作 ( 1 ) 运行。热备用操作 根据操作规程，将母线馈出侧所有回路退出运行或转为另一母线带负荷； 查母线电流为零，母线具备停电条件； 根据操作规程，拉开母线对应进线回路上断路器( 与母线相关联的进线 或母联退出运行或转为另一母线带负荷) ； 在己拉开断路器上挂警示牌。 ( 2 ) 热备用一冷备用操作 硕 j 学位论文第_ 二章株冶i 整流所i u 力系统分析 根据操作规程，拉开母线对应进线回路上刀闸。 ( 3 ) 冷备用检修操作 将母线迸线侧所有回路转至要求状态； 根据检修需要采取安全措施。 3 整流系统送电操作 ( 1 ) 检修一冷备用操作 撤除整流回路上所有安全措施，根据整流变压器、整流柜电气设备完成 送电准备操作( 如丌整柜水、给上整柜自用、触发电源等) ； 查整流变压器、整流柜绝缘完好，无送电障碍。 ( 2 ) 冷备用热备用操作 根据运行方式要求，操作3 5 k v 母线侧相应刀闸； 根据操作规程，合上整流变压器刀闸； 根据操作规程，合上整流柜直流阴极刀闸。 ( 3 ) 热备用一运行操作 合上回路对应的断路器，整流回路送电： 根据实际情况，调整整流柜输出电流。 4 整流系统停电操作 ( 1 ) 运行一热备用操作 降整流柜输出电流，使其具备停电条件； 拉开对应的断路器，将整流变压器退出运行； 在已拉开断路器上挂警示牌。 ( 2 ) 热备用冷备用操作 根据操作规程，拉开整流柜直流阴极刀闸； 根据操作规程，拉开整流变压器侧刀闸； 根据操作规程，拉开3 5 k v 母线侧刀闸。 ( 3 ) 冷备用一检修操作 停整流柜的冷却水及辅助电源； 根据检修需要采取安全措施。 5 厂动力变压器送电操作 ( 1 ) 检修冷备用操作 撤除所有安全措施，遥测变压器绝缘合格。 ( 2 ) 冷备用热备用操作 根据操作规程，合上高压侧刀闸； 根据操作规程，合上低压侧刀闸。 ( 3 ) 热备用一运行操作 1 2 硕十学位论文第一二章株冶i 整流所电力系统分析 根据操作规程，合上高压侧断路器： 根据操作规程，合上低压侧断路器； 根据运行方式的规定，恢复此变压器所带电网的正常运行； 根据需要，退出备用厂变。 6 厂动力变压器停电操作 ( 1 ) 运行热备用操作 转移厂动力变所带负荷，包括将相应备用厂变投入运行； 查厂变己无电流指示，具备停电条件； 根据操作规程，拉开低压侧断路器，并挂警示牌； 根据操作规程，拉开高压侧断路器，并挂警示牌。 ( 2 ) 热备用一冷备用操作 根据操作规程，拉开低压侧刀闸； 根据操作规程，拉开高压侧刀闸。 ( 3 ) 冷备用一检修操作 完成厂变的辅助操作( 如启动、停止子投，停、送厂变风机等) ； 根据检修需要采取安全措施。 7 p t 送电操作 ( 1 ) 检修冷备用操作 撤除所有安全措施； 装上p t 保险。 ( 2 ) 冷备用热备用运行操作 合上p t 刀闸； 查p t 电压正常； 完成其他操作。 8 p t 停电操作 ( 1 ) 运行一热备用一冷备用操作 根据线路结构和实际需要，操作联络线转移p t 负荷； 拉开p t 刀闸； 查p t 电压正常。 ( 2 ) 冷备用检修操作 取下p t 保险； 根据检修需要，采取安全措施。 9 电容器送电操作 ( 1 ) 检修一冷备用操作 撤除所有安全措施； 1 3 硕1 ：学位论文第二章株冶i 整流所i u 力系统分析 查电容器无送电障碍。 ( 2 ) 冷备用热备用一运行操作 合上刀闸； 查电容器送电正常； 完成其他操作。 1 0 电容器停电操作 ( 1 ) 运行热备用冷备用操作 拉开电容器刀闸，将电容器退出运行。 ( 2 ) 冷备用检修操作 根据检修需要，采取安全措施。 在进行进线的停、送电操作时，应注意两进线的总负荷运行在一条进线时电气设 备承载能力；高压并联运行时间宜短，尽量避免在进线并联运行中进行拉合刀闸操 作；自投保护是当双进线、双母线分段运行时，当其中某一进线或母线失压掉闸时， 由人为预先设置的在事故中投入方式及继电保护根据条件迅即判断是否投入、拉开 相应母联或进线开关，以确保迅速、可靠地切除故障，恢复正常供电的一个重要手 段，故自投在操作中经常启动或退出f 3 】f 4 0 1 。 2 5 本章小结 本章介绍了株洲冶炼厂i 整流所的电力系统结构，对操作票中标准术语进行了说 明，并对结合现场对电力系统常见操作进行了分析，由以上讨论可以看出，电力系 统的结构与操作是紧密相关的。只有结合电力系统结构，遵循相关操作规则，对电 力系统的操作进行全面、深入的分析后，才能生成符合实际需要的操作票，最终能 保证安全操作，合理供电，确保生产的正常、顺利进行。 1 4 硕士学位论文第二三章软件构件的研究与分析 第三章软件构件的研究与分析 从软件产业诞生以来，软件从业人员无不面临着以下困境：如何开发软件，以 满足不断增长，同趋复杂的需求；如何维护数量不断膨胀的软件产品。软件的发展 成为制约计算机系统发展的主要因素，摆脱作坊式的开发模式提高软件的生产效率 和软件质量成为当前的研究重点。软件行业的工业化趋势导致了软件构件的产生， 能够像硬件系统那样，将部分软件组合起来构建软件系统，一直是软件行业多年来 追求的目标。构件技术的出现是对传统软件开发过程的一次变革，其成功地完成了 系统丌发的重点从程序设计到对已有的构件的选取，调整，组装和升级的转换。在 构件模型的支持下，通过重用已有的构件，软件开发者可以“即插即用 地快速构 造应用系统。特别是对于象很多应用软件的开发( 例如很多行业和单位的m i s 系统) ， 若能结合系统的实际情况充分利用已有的软件构件，将会大大提高生产效率，减少 大量的重复劳动，产生更加规范可靠的应用软件。 3 1 软件构件的定义 到目前为止，关于到底什么是构件、什么不是构件的问题，学术界还没有一 个权威的、统一的定义。现在我采用m o d e l i n gl a n g u a g es p e c i f i c a t i o n ( r e v i s i o n l 3 ) 中相对更通俗、更全面的描述：构件是一个物理的、可替换的系统组成部分，它包 装了实现体且提供了对一组接口的实现方法。构件表示了系统实现体的一个物理片 段，包括软件代码( 源代码、二进制代码或可执行代码) ，或者等同体，例如脚本或 命令文件。构件自身必须相容于接口且实现接口，接口表示了驻留在构件内的成分 所实现的服务，这些服务定义了的一个整合的行为，从一些构件实例提供给其它客 户端构件实例。 构件可以认为是对一个或多个对象实现的封装，它是一个黑箱，其接口定义了 它的服务功能和使用方法。构件是一个组装单元，并且可以使用它们组装成一个更 大的软件系统，其应具备以下属性： ( 1 ) 有用性( u s e f u l n e s s ) ：构件必须提供有用的功能： ( 2 ) 可用性( u s a b i l i t y ) ：构件必须易于理解和使用； ( 3 ) 质量( q u a l i t y ) ：构件及其变形必须能正确工作； ( 4 ) 适应性( a d a p t a b i l i t y ) ：构件应该易于通过参数化等方式在不同语境中进行配置； ( 5 ) 可移植性( p o r t a b i l i t y ) ：构件应能在不同的硬件运行平台和软件环境中工作【4 l j 。 构件的功能均由标准接口定义，通过接口调用完成，既保证了构件之间相互独立， 又最大限度降低了耦合。构件的范围非常广泛，可以是函数、过程、对象，也可以 硕l ：学位论文第三章软件构件的研究j 分析 是他们的集合，甚至可以是软件架构和软件系统。构件具有三个重要特征。 ( 1 ) 可重用性 构件的提出就是为了解决软件中的功能模块的可重用，提高丌发效率，增强系统 的可维护性、可扩展性和可升级性。 ( 2 ) 互操作性 由于标准接口的存在，如c o r b a ，c o m ，e j b 等，使得构件具有很好的互操作 性，让系统的开发人员拥有更大的选择空间。 ( 3 ) 封装性 构件对外提供标准的访问接口，具有良好的封装性，即内部功能模块的实现发生 变化，不影响外界对它的调用，有利于b u g 的定位，版本的升级1 4 2 。 在实际工程中，并没有事先规定可以使用的构件类型，必须自己确定将用于创建 应用系统的构件类型以及它们之间的依赖关系，这需要对领域业务有相当的了解和 经验。目前各个组织可以基于客户的需求和它们所使用的构件工具已推出了不少 构件模型标准，其中使用得最广泛是s u nm i c r o s y s t e m s 的e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ( e j b ) 标准芹h m i c r o s o f t 的c o m + 标准。 软构件技术的出现，极大地满足了多个应用领域的要求，使得各种技术形成的软 构件可以最大程度地进行重用。在大型软构件库的支持下，利用现有的、质量好、 可靠性强的软构件，按照大规模软件开发的工程规范进行开发，是满足这些大型系 统要求的良好途径，并能降低开发与管理费用。 3 2 面向构件思想与面向对象技术的关系 从抽象程度来看，面向对象技术已达到了类级重用( 代码重用) ，它以类为封装的 单位，这样的重用粒度还太小，不足以解决异构互操作和效率更高的重用。构件将 抽象的程度提到一个更高的层次，它是对一组类的组合进行封装，并代表完成一个 或多个功能的特定服务，也为用户提供了多个接口。整个构件隐藏了具体的实现， 只用接口提供服务。在不同层次上，构件均可以将底层的多个逻辑组合成高层次上 的粒度更大的新构件，甚至直接封装到一个系统，使模块的重用从代码级、对象级、 架构级到系统级都可能实现，从而使软件像硬件一样，能任人装配定制而成的梦想 得以实现。 构件沿袭了对象的封装特性，但同时并不局限在一个对象，其内部可以封装一 个或多个类、原型对象甚至过程，结构是灵活的。构件突出了自包容和被包容的特 性，这就是作为软件生产线上作为零件的必要特征。构件模型定义了一套构件必须 遵守的规则，使其它对象可以访问那些对象实现。总的来说，构件和对象的区别 主要在以下三个方面： 1 6 硕f ：学位论文第三章软件构件的研究j 分析 ( 1 ) 构件担当一个部署单元的作用，它是基于构件模型的，这种模型定义了符合 这种模型的构件所要遵循的规则； ( 2 ) 构件提供了对一个或多个对象实现的包装； ( 3 ) 构件是一个组装单元，它用于从很多独立创建的功能部分设计和构建系统，每一 个部分都潜在地使用一种面向对象编程语言或某种其他技术创建。 面向对象技术是在“数据+ 算法”的基础上提升了对事物的认识方法，对象的概 念符合人们认识世界的习惯。而构件的思想则更多地将重点从建模本身发展到对软 件生产的考虑，即构件可以在应用领域的软件生产中作为零件纳入新的体系中被重 用。因此，构件是面向对象思想的沿袭和扩展，认识事物的角度从对象个体本身上 升到个体在群体中的作用。 3 3 基于构件的设计方法和步骤 3 3 1 基于构件的设计方法 体系结构为软件系统