（水利工程专业论文）变电站操作票系统.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 针对变电站监控软件支持网络化结构，实时性更高和具有强大组态功能的发展方 向，在分析变电站综合自动化系统的基础上，研究并设计了变电站监控组态软件的整 体结构，定义了软件各组件之间的接口，并抽象了软件的主要数据结构。操作票的智 能生成功能模块是变电站监控组态软件的重要模块之一。本文设计的操作票的智能生 成功能模块与变电站监控软件紧密结合，在充分利用监控软件中一次接线图拓扑信息 的基础上，运用操作票语法解析机制，使用户能够便捷地开出符合变电站需要的操作 票来。与手工开票相比，操作票的智能生成具有快速、准确、规范的优点。 此外，本文还结合变电站的五防【司锁规则，解决了数据来源和规则设置两个问题， 实现了操作票的仿真功能。通讯功能模块也是变电站监控组态软件的重要模块之一。 本文利用串行总线通讯技术成熟，造价低，系统稳定性好的优点，设计了变电站监控 软件串行总线通讯功能；又利用c a n 总线是一种“多主”现场总线，将其应用在变电 站综合自动化系统中可以提高系统的实时性的优点，设计了变电站监控软件c a n 总线 通讯功能。在二者的基础上，本文还设计了它们的组态功能。两种通讯方式互为补充， 既提高系统的实时性，又可兼顾稳定性。本文对软件的网络连接，操作票的智能生成 及其仿真和通讯模块及其组态等功能进行了测试，测试结果表明，与传统的变电站监 控软件相比，本软件具有支持网络结构，组态功能强大，功能完善等特点。 关键词：操作票变电站 仿真 华中科技大学硕士学位论文 1概述 随着计算机技术的飞速发展，人工智能( a l ，a m f i c i a li n t e u i g e n c e ) 获得了很大的 发展，并在许多学科领域内得到应用，成为我们现代化生产、生活的重要组成部分。 自从上世纪7 0 年代，电力系统也开始应用人工智能来解决一些以前难以解决的问题， 并取得了较好的成绩，如：神经智能网络系统的应用，电压无功自动补偿系统，智能 型微机继电保护等。其中以操作票系统在电力系统保护中应用最为广泛，并解决了大 量的专业领域问题。 目前，随着计算机多媒体技术和网络技术的发展，变电站管理也将经历一场技术 革命。变电站的信息处理和变电站管理也随着微机的引入而趋向集中与智能化。在无 人值班的集控中心站，进一步强化“两票”的管理，提高变电运行管理的内存潜质，使 各项管理更具程序化、规范化，并与国际一流接轨。所以开发“操作票生成系统”，是 势在必行的工作。 1 1 操作票生成系统的研究意义 变电站的运行管理，是电网长期安全运行，生活实践经验的积累与科学管理的总 结，对安全生产起着重要作用。做到各项记录有章可循，有据可查，可提高职工的操 作能力与事故处理能力。真实、f 确、系统、完整的资料也利于决策层的查询、分析 和决策，确保安全、优质、可靠供电。长期以来，变电运行管理均是由值班员把当 值的各项记录进行归纳，总结、确认、整理，然后手动地记入运行记事中并根据不同 的要求，记录在各个专业记录簿中，有时同一个姓名或事件等要重复记入多次，同时 由于手记的随意性，不但使得工作量大，而且容量造成记录的不规范，错记、漏记的 现象时有发生。随着社会的不断进步，科学技术的高速发展，特别是计算机技术的 同渐成熟，逐渐改变了这几十年形成的工作方式，逐步达到无纸化办公的程度，以适 应社会的进步f 2 】【3 1 。操作票生成系统是一种模拟人类解决电力领域问题的计算机程序 系统，操作票生成系统内部含有某个电力领域水平的知识与经验。能够运用人类的知 华中科技大学硕士学位论文 识和解决问题的方法进行推理和判断，模拟人类的决策过程来解决该领域内的复杂问 题。变电站操作票生成系统就是针对以上原因而开发的一套系统。 1 。2 操作票生成系统发展与现状 经济的发展，对电网的安全性和可靠性提出了更高的要求。电气操作票日趋庞大， 运行操作也越来越复杂，电网调度与“两票”制度是电力运行管理中一项防止误操作的 有效的安全措施。引入现代计算机技术已成为提高安全操作的重要手段，现在各等 级电网中，大多为人工开票，少数独立开发的开票软件存在以下不足： 1 1 通过点击图形( 或者组织图元) 每一步对应一项操作，造成操作复杂，对运行人 员计算机水平要求较高，难以实用。 往往只针对一次设备状态，忽略二次设备运行情况，缺乏全面性。 3 ) 没有智能化( 或者智能化水平不高) 。 4 1 通用性及灵活性不好。 5 1 单一的操作票或者工作票文字生成系统。 开展利用微机技术实现“两票”利大于弊。这是技术进步的一个具体体现，是现代 化技术与实际工作经验的有机结合，必然会使越来越多的人认识并接受，给变电站的 运行管理带来一场革命，推广和应用微机开票必将形成一种不可逆转的趋势。操作票 制度是“两票三制”( 指工作票、操作票、巡回检查制度、交接班制度、设备定期切换 检查制度) 。的一项重要制度，是保证电力安全生产的有效手段。正确填写操作票则 是发电厂、变电站倒闸操作的基本要求，是证确执行操作票制度的前提。同时随着计 算机监控系统和m i s 系统在发电厂变电站的推广普及，用微机开操作票也逐步得到了 应用1 4 】。微机开操作票具有快捷、准确、票面整洁、规范、便于统计和查询等特点， 避免了手工填写操作票费时、字体不一致、字迹不清、票面不整洁的弊端。但用微机 开操作票是一项新生事物，目前在技术、管理和人员素质方面都存在着一些问题，有 待解决。 随着河南省邓州市电业局所辖变电站的不断增加，变电站的信息处理和变电站管 理也随着微机的引入而趋向集中与智能化。工作的重点将放在了变电开票系统的完善 华中科技大学硕士学位论文 和推广上，尽最大的能力使该套系统更趋智能化，让更多的运行人员能尽快掌握该套 系统的使用方法，让值班员真正从传统的手工填票中解放出来，有更多精力去解决生 产中的安全问题，这是时代的进步，更是实现运行管理的全面微孝几化的一个必不可少 的前奏。 1 3 安全性需求分析 变电运行中经常涉及倒闸操作，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。供电 部门采取许多措施保障操作票的准确性，但解决好一次、二次设备及相互之间的闭锁 关系是一件非常困难的事，且系统的生成与维护困难，必须依赖专业厂家，当接线关 系变动时，系统无法及时更新【列，给使用造成极大不便。 填写倒闸操作票是变电运行人员经常进行的工作，是确保倒闸操作顺利进行的重 要条件。由于在操作票填写过程中容易遗漏、添加或者写出不符合操作规程的操作项 目，导致正确清晰的填写一份倒闸操作票相当费时、费力。因此倒闸操作票的填写是 经常困扰变电运行人员的一个非常实际而又急需解决的问题。 为解决这个问题，有关人员作了大量工作，设计了多种解决方案。但这些方案都 有一些共同的缺陷：只能对应于特定变电站，变电站的结构在程序设计时已经固定， 如果要应用于其他的变电站，则几乎需要重新编写，从而大大提高软件成本；或者是 简单调用典型操作票，不检查设备逻辑闭锁及变电设备的实际运行方式，当线路的实 际运行方式与调用的典型操作票所要求的运行方式不一致时，如果没有及时发现而直 接执行，将导致严重的后果1 6 】。因而必需一套完整的解决方案，从而解决上述问题， 提高操作票的准确性，提高倒闸操作的安全性，有效地防止误操作的发生。 1 。4 一般特点 无论是属于任何领域的操作票系统，都具备以下的一般性特点： 1 ) 知识的汇集：知识是操作票系统解决问题，完成操作人员所下达的任务的基 础。操作票系统只有汇集了该领域内多数专业人员的知识和经验，j 能高效率、准确、 华中科技大学硕士学位论文 2 技术性研究 2 1 结构、功能及开发方法： 2 1 1 系统结构 操作票的技术基础是操作规程，它实际上是一种描述性文字，是该领域内大量知 识与经验的描述，难以建立数学模型，而家系统本身是一种弱求解方法，可运用于不 便以数值方法定量分析解决的经验性、逻辑性强的问题，特别是以符号求解为核心的 问题1 1 2 1 。因此将人工智能原理运用于操作票生成，是解决上述矛盾的有效手段。 另外，操作票中的具体操作项目与电网结构及系统运行有直接的关系。为了提高 开票的效率和正确性，变电站操作票系统必须与变电站自动化系统有机地联系起来， 这不但可以信息共享，还可以减轻用户对系统的维护工作量i 协l 。变电站操作票生成系 统，以操作知识库为核心，以自动化系统为数据支撑，其结构如图2 1 所示。 厂 i 运行值班员i ii 图2 1 ：系统结构图 1 ) 变电站设备的层调度次从属关系及设备描述 层次从属关系：变电站设备不但在拓扑结构上关联，而且相互之间也有层次上的从 属关系。变电站设备以变压器为核心，变压器为第一层设备；母线从属于变压器，为 第二层；开关在变压器或母线之间，从属与变压器和母线，为第三层；刀闸又可布置 华中科技大学硕士学位论文 在变压器、母线、开关间，从属与其高层的变压器、母线、开关，为第四层：而其它 地线、电抗器、保护、站用变、变电站进线出线及p t 、c t 等为第五层。实际上这种 层次关系在设备数量上也有体现，即大多数低层设备数目比高层设备数目多。 2 ) 对设备描述的要求 完整、清晰的变电站设备描述为规则推理生成操作票提供知识，是正确开列操作 票的前提。要自动开列操作票对于设备描述有如下要求：能够对变电站设备连接及其 状态进行明确、全面的描述；在没有设备接线图、状态表的情况下只通过设备描述能 完整、无误地重建设备接线图及状态表。 3 ) 设备描述 本系统采用树型网状结构来描述设备信息，对变电站设备用设备节点表示。设备 描述的记录方式有两种：一是由项向下方式：父节点记录子节点信息( 即上层设备记 录其下层设备信息，例如：变压器记录各侧母线信息，母线记录各邻接开关信息) 。 二是由底向上方式：子节点记录父节点信息( 即下层设备记录其上层设备信息，如开 关记录的两侧设备信息记录相关联变压器、母线信息) 。由顶向下方式的特点是容 易理解、直观且程序处理方便。但是，一方面设备节点的相关子节点列表大小在通用 性和程序效率上无法取得折衷( 大了浪费空间，影响效率；小了无法描述所有关联子 节点信息。如重负荷区域母线上可能接有总数达三十多个的出线、开关、保护等子设 备节点) ；另一方面，在复杂接线中，由顶向下方式不能体现设备间关系( 如一对半 接线方式下，不能体现开关之间的关系) ，不能满足开列操作票对于设备描述的要求。 由底向上描述方式程序处理比较麻烦，但能在任意复杂情况下重构设备接线图并能很 好体现设备间关系，完全能满足开列操作票对设备描述的要求。而且任一设备节点的 相关父节点数目总是非常有限的( 最复杂的情况下也不会超过五个) ，可以在程序效率 和通用性上取得一致3 。基于上述分析，本系统采用了由底向上的设备描述方式。设 备节点描述如下： 设备名称； 电压等级； 设备类型： 设备子类型l ； 设备子类型2 ： 华中科技大学硕士学位论文 设备状态； 高压侧； 低压侧。 2 1 2 功能模块的设计 我们将操作票看作规程规定的一些标准用语和操作时有关电气设备对象的有机 组合。对不同操作对象的同一类操作，我们将前者看作是静态的，后者看作是动态的。 根据上述操作票的特点和对其书写格式的严格要求，本系统采用规则模板法来形成操 作票的各项内容，即：a 预先将静态部分作成具有标准格式的规则模板，存储于系统 知识库中。b 设备名称以设备单元和设备元件这种简单明了的格式描述出来，在此基 础上形成设备名称编号数据库。c 推理机根据操作任务和操作对象，从设备状态库中 取出设备的当前状态，与要求的目标状态比较，确定需要操作的元件，从设备名称编 号数据库中抽取相应的设备元件名称填入到规则模板的相应位置，就形成了完整的操 作票。对有些二次设备的操作，推理机将发出询问，避免生成多余的操作内容，达到 智能的目的。系统结构和功能操作票系统主要由以下几个模块构成：知识库模块，数 据库模块，推理机模块，数据库管理模块，人机接口模块等，其结构图如图2 2 ： 图2 2 ：系统模块陵计结构图 华中科技大学硕士学位论文 1 ) 规则知识库模块：规则知识库用于存放反映某领域的规律及经验性的规律， 是有关问题的过程性知识。在本系统中，知识库用于描述运行人员关于开列操作票的 专业知识，它是根据有关运行规程和运行人员多年的工作经验总结出来的。知识采用 规则的形式表示。知识按照操作任务进行分类，每一种类型都以知识库文件的形式保 存，这种分类保存具有以下两个优点：同一层次的规则库中，规则与规则间的联系较 少：便于对规则库的规则进行增加、修改和删除，而不影响其它规则。所有相同句法 的规则编程在结构上是相同的，增强了规则的可读性。 2 ) 数据库模块系统中，数据库存放着反映客观环境和条件的数据，也被称为是 有关问题的叙述性事实知识。在本系统中数据库用于描述发电厂所有设备信息，共三 类：设备名称数据库：按单元存放各元件的名称编号；状态数据库：存储各单元和 元件的运行状态。在程序运行当中，状态数据库与图形数据库常贮内存，名称编号数 据库则当需要时调入内存。 3 ) 辅助开票模块辅助开票模块即推理机。它的功能是根据一定的推理策略，从 知识库中选择有关知识对用户提出的证据进行推理，直到得出相应的结论，它是系统 的核心。本系统采用了正向推理的策略，具体的工作过程是：a 、通过人机接口，接 收操作任务，检查状态数据库，确认该操作是否合法：b 、调用相应的知识库和数据 库到内存，对数据库和知识库进行回溯和匹配，形成正确的操作序列，将操作序列形 成操作票存入内存：c 、对操作中所涉及的设备，告知数据库管理模块而修改状态数据 库，调用作图模块以显示操作后的整个系统状态；d 、按操作序列将所涉及的设备元 件的j 顿序形成临时文件，以便在单步操作显示中使用。( 见图2 3 ) 华中科技大学硕士学位论文 图2 3 推理过程流程图 4 )操作管理模块该模块建立操作票管理数据库，自动记录所打印的操作票的票 名、开票时间、执行时间、开票人、执行人、监护人、执行情况等。并提供相应的查 询、统计、制表打印功能。 5 ) 知识库的编辑功能此模块提供知识库，数据库的增删、修改、显示等功能， 从而使本系统的开票范围能随用户的需要随时扩充。人机接口模块人机接口模块的主 要功能是完成人机的对话通讯，例如：询问、解释、打印、调用、存取等。通过它来 接收运行人员下达的操作任务；并对所接收的命令经解释后传送给推理机。 6 )操作票管理功能；票编辑，即操作票生成过程中，用户可以同步跟踪操作票 的生成状况，操作票生成后，可进入票编辑、管理界面，供审查和校正；票流程管理， 即按票管理流程，可进行操作票的预写、预发、发令、执行、终结、作废等各环节的 归档管理；票日常管理，即系统能够按调度的日常管理要求，对生成的操作票进行显 示、审查、存取、编号及打印。 7 ) 所有模块最终应实现这些功能：即能根据当前电网的运行方式和操作目的进 行选择，辅助运行人员自动开票，并能够对开出的票进行安全校核，在此基础上生成 规范合格的操作票。各功能模块如图2 4 所示： 华中科技大学硕士学位论文 图2 4 ：功能模块划分图 2 1 3 开发方法和所需软硬件 1 ) 开发方法：为了达到实用化的目的，经过多次试验、比较，我们决定操作票开 票系统以微机防误系统为基础，以v b 为编程语言，以w i n d o w x p 为操作平台，结合 湍州变电站的实际情况，针对不同电压等级、不同的接线方式，认真考虑其中的防误 闭锁功能，以及操作规则，开发出能适用于其他变电站的管理模式的操作票系统。 2 )系统所需硬件：该系统运行于w i n d o w s9 8 m e 2 0 0 0 x p 中文平台、奔腾 1 6 6 m 册z 以上机型、内存3 2 m 以上、硬盘3 2 g 以上环境下，可模拟电力系统的操作， 自动写出操作票，提供模拟环境，达到培训目的。 3 )系统所需软件：s u a lb a s i c 由于功能强大、简单易用而有着广泛的用户，尤 其是在数据库、多媒体、商用系统的用户界面以及一般应用程序的设计等方面，s u a l b a s i c 更是有其他开发环境所不能取代的优越之处；可以说，专业人士可以用v i s u a l b a s i c 实现其他任何w i n d o w s 编程语言的功能，从开发个人或小组使用的小工具，到 大型企业应用系统，都可用s u a lb a s i c 来实现。升级到6 o 后，其功能和性能都得到 了增强【1 9 l 。诈是基于v b 的这种强大功能，所以我们最终决定使用v b 作为开发工具。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 2 2 应用中的几个问题 1 ) 系统不仅要储存典型操作票，还要储存各种操作中可能涉及到的所有一次、 二次设备的有关信息，如设备现场调度名称、设备内部标识名、设备所属电压等级、 设备初始状态值以及设备防误操作规则等。 2 ) 变电站运行值班人员在熟练手工开票的基础上，应经过微机知识培训并经考 试合格、具备使用微机开票的技能。运行各值( 班组) 至少有1 2 人熟练掌握微机 开票的技能，并能处理一些常见的软、硬件故障问题。 3 ) 变电站计算机监控系统或装设的专用防误闭锁装置均应具备电气闭锁功能。 只有符合操作规则、符合逻辑判断的操作才能开放其闭锁回路或机构，否则予以闭锁 并发出语音或文字警告。 4 ) 微机开票系统应具备一次设备( 开关、刀闸) 和二次设备的分合状态实时对 位功能及“五防”检验判断功能。在模拟操作前后，如果信号传递回路发生故障，导致 显示的设备位置状态与实际状态不一致时，应可以手动修改对位。 5 ) 微机开票系统应具备批次生成多张相关联操作任务的操作票预存功能，并保 证每次开票时的设备位置状态与实际操作时的位罱状态一致。批次生成的操作票应按 逻辑关系依次打印，每次打印一张，待该操作任务执行完毕后再打印下一张操作票。 6 ) 系统对于操作票的项目顺序无逻辑关联、操作结果互不影响、彼此独立的操 作任务，其操作票应允许批次生成、允许不按预存顺序调用打印。 7 ) 对于操作票中的二次项目，由于实际位置分散、操作基本上靠手动完成，目 前还不具备逻辑判断功能，在接线图中难以反映其真实的状态。在执行倒闸操作过程 中，往往是二次项与一次项交叉穿插进行，因此，应考虑在生成操作票时以灵活的方 式生成和修改二次项，确保打印出的操作票正确完整。 8 ) 由于目前电业安全工作规程规定“操作票应用钢笔或圆珠笔填写【2 0 ”，一 些电力主管部门颁布的操作票实施细则更是明确规定严禁用微机自动生成打印的操 作票和典型操作票来作为倒闸操作票，因此，要推广使使用微机技术实现操作票，必 须从观念上更新，制度上改革，必须对电业安全工作规程等有关规程、规章制度 的相关条款进行修改。 华中科技霉摹面0 霹萄酬一 葶：窒r 罾琴蠹磊累 矍囊曼霎# 仑虹jb 骶鹭鞠醚弛携! 腻竖川黼勤制咐u | ；! 两再潮滞g 琴l 制 邋埚鬻! ；联鞘鲞糊瓤i 研髂答格萃南眶醑，镤罐囊磊鞘剧祥j 引葡赣叫世毯藉霜孽 例：褰薹霎篓。雨瓢鞠洲墼“鞘装静醚i 誊引裂烈烈引烈蓉筋淄焉；型蓼拳菱髯萝；彰 髫雾矧墼雾镫夸黟型蕞鬃落暖静 甄卜! 兰海蔫毽霭犁瑟鼋i 帛鲥国羹里羹誉啊荔磊胡里1 2 邓州市电网现状 邓州市供电区担负着全市2 9 个乡镇( 办事处) 的供电任务。电压等级由 2 2 0 1 1 0 ，3 5 1 0 0 4 组成。邓州现有2 2 0 k v 变电站一座，主变容量1 3 1 5 0 万k 、r a 。1 1 0 k v 变电站三座，黄庄变电站主变容量2 3 1 5 万l “，a ，湍州变电站主变容量2 3 1 5 万 k 、，a。黄庄变电站为电源供电，一条来自邓州市2 2 0 k v 变电站，全长1 5 公里，另一 条来自丹江口发电厂，由丹2 1 t 接，全长3 6 公里；湍州变电站一条由邓州市2 2 0 k v 变电站供电，线路全长1 2 公里，另一条来自黄庄1 1 0 k v 变电站，全长6 公里。总容 量为12 6 力k 、r a ( 见表3 1 ) ，两座变电站承担着全市供电任务。 表3 一l ：湍州1 1 0 k v 变电站技术参数表 站 ，鑫 设务鳊号 警 一蛩 额定容硷 k ￥a l 爱 产权归 髓 漏摧霞 湍1 # 主变 s r s z ，j ls 】0 ，j10 华中科技大学硕士学位论文 2 4 系统建设目标 1 )完全图形化的操作界面：提供一个与实际操作完全一致图形化界面，根据 操作人员的操作单步生成操作票，出票过程本身就是一次仿真培训过程，因而仿真 操作和操作票是一个不可分割的整体。 2 ) 完全图形化的操作任务定义：通过鼠标定义线路运行状态切换、旁路带运 行、母线倒排、变压器运行状态切换等各种操作任务，无须任何文字输入。 3 ) 完全图形化的电气操作仿真：仿真一次侧的拉合闸、挂接地线、挂牌、围 拦以及二次侧的保护投退、电源保险、同期开关等，避免了任何键盘输入可能带来 的不安全性，提高了易用性和直观性。 4 ) 完整无误的操作规则：智能判别和组态方法相结合，建立完整无误的操作 规则，正确处理一次、二次设备及相互之间的闭锁关系，可彻底保障操作的安全性。 5 ) 任务导向的操作过程：同一电气设备在不同的操作条件下，如旁路带运行 和单元操作，其闭锁关系是不一样的。这里首先定义操作任务，之后，操作顺序就 明确下来，确保生成正确无误的操作票。 6 ) 工作区域的限定功能：系统限制操作人员在操作任务定义的电气单元( 相 应于开关、母线或变压器) 内操作，操作任务之外的电气单元禁止操作，有效地防 止误操作。 7 ) 事故恢复功能：计算机系统偶尔会因病毒或硬件问题，而意外死机，如果 碰巧发生在倒闸操作过程中，则电气设备将处于非正常工作状态，引起系统混乱， 本系统作为一种完整的解决方案，考虑了这种极端情况，当计算机重启时，系统自 动提醒，并将电气设备自动恢复到操作前状态。 8 ) 操作回放：对已进行的操作过程或一张选定的操作票，建立一个演示环境， 将相关的一次、二次设备状态以图形方式显示在屏幕上，将操作票的任务和内容以 文字形式在信息窗口中逐项显示。操作票内容每显示一行，相应主接线图和保护屏 上的开关、刀闸、地刀、接地、挂牌和保护压板等元件闪烁、变位或动态添加删除， 产生一个直观的操作过程，便于操作员熟悉并审查操作过程。 9 ) 便于构建和维护：系统附带的组态工具，可让操作人员方便迅速地完成电 气接线图及操作规则等系统组建工作。所有过程无须任何编程，极大地方便了系统 的推广使用。 华中科技大学硕士学位论文 信息，对所有数据进行运算，统计生成图形、报表并打印。实时数据库和历史数据 库分别置于l c u 监控管理站和系统主机，这样即使出现2 台系统主机均退出运行的 极端情况，整个系统仍可运行，从而最大程度地确保了系统的可靠性和实时性。 3 3 主要内容 预防安全和可靠是变电站运行最重要的任务，这就要求有正确的操作票，电网 运行安全规程规定，任何非单一操作都应先填写操作票。操作票是电网操作的起点， 是确保操作顺利进行的重要条件，以及及时准确的判断故障和处理故障的重要前提。 本文主要以湍州1 1 0 k v 变电站为例，从湍州1 1 0 k v 变电站实际情况出发，从以下三 方面进行了研究：一个是湍州l o k v 母线，尤其是1 0 k v 西母，大部分负荷都是通过 它所带，线路多，情况复杂，仅停止运行解除备用作安全措施或拆除安全措施恢复 备用编写倒闸操作票就需1 5 0 余项，加上湍l o 东母，以及判断是否做性试验( 如果 是，则各个分支线路都须作安全措施；若否，则仅在母线上作一组地线即可。) ，选 择各旁路状态，使得母线操作非常庞大而复杂、多变：另一个是1 0 k v 母线旁路带线 和线与旁路解列，这部分虽没有母线停运解备作措施的项目多，但在实际运行方式 切换上，其复杂程度却超过了1 0 k v 东西母线的检修；第三个是主变检修，由于是两 台主变，既要考虑负荷转移，又要完善并列运行，同时还要考虑主变保护。总之， 如果这几方面都考虑到，则在操作和控制的智能化上，将使变电站的安全运行提升 一个新的台阶。 3 4 功能 3 4 1 主要实现的功能 如表3 2 名称 变电站操作票生成系统 软件功能项目功能说明 操智能生成操作票 给出操作任务自动生成操作票 开操作票 人工填写操作票手工填写操作票 调用典型操作票 调用典型票编辑后生成操作票 华中科技大学硕士学位论文 人工填写操作票手工填写操作票 调用典型操作票调用典型票编辑后生成操作票 操作票统计操作票统计统计操作票的有关数据 按类型浏览打 操作票浏览打按类型浏览打印操作票 印操作票 印 打印调整调整打印属性 图形清晰操作简图形清晰操作简 盟茁 显示和浏览一次 一次设备状态 设备状态 操作结果自动对 检查操作票的安 界面位 全性，进行防误判 断 分析 提供浏览帮助文 帮助 浏览帮助文挡 挡 系统 维护双人现场执 双人口令管理 行 单项分步执行 单项分步执行 危险点和重点项 危险点着红色显 处理 示，重点项不能跳 过 3 4 2 研究方向和重点： 1 ) 操作票自动生成，用户在屏幕上直接点击设备编号，系统按用户操作自动生成 操作票。 1 9 华中科技大学硕士学位论文 2 ) 典型操作票生成。即通过初始设置和输入，生成典型操作票，当变电站线路 当前运行方式与所执行典型操作票所要求不一致时，或执行典型操作票的某一步骤， 不符合闭锁逻辑时，可调出典型操作票，通过对比和分析，找出错误原因，从而避免 出现错票。 3 ) 系统的操作界面： 系统提供灵活方便的界面，方便用户操作： 菜单条：系统提供菜单操作，采用下拉式菜单，使用菜单编辑器实现变电 站各个设备的输入，使用菜单控件数组实现菜单项的增减。 快捷键：快捷键可立即运行一个菜单项。系统将一些常用的菜单项指定了 快捷键，可实现键盘对菜单命令的访问。 主视图：显示主站接线图及其它图形，如系统联络图，一次接线图等。 弹出式菜单：主要选择作否预防性试验，选定后通过变量传送给系统选择 是否作预防性试验。 各分路选项和开关选项：开关选项决定哪个开关被选中，各分路选项则决 定被选开关的运行状态。 4 ) 实施方案： 提供图形平台，在该图形中提供提一次系统图、二次设备屏位图的绘制功 能，能够完成对开关、刀闸、接地刀闸、接地线、二次保护压板的操作， 并形成操作票 已完成的操作票经过确认，在系统图形中能够准确反映设备实际状态( 包 括接地线和保护压板) 丰富“接地线管理”清册，实现接地线的编号、电压等级、特殊使用要求 和位置、使用情况、数量等内容的管理。 增加对接地刀闸的管理，反应接地刀闸的数量、名称、使用状况等信息 对已经合上的接地刀闸、已悬挂的接地线可在图形中的实际位置进行闪动 提示 可将现场已经使用的接地线、已合上的接地刀闸进行列表，标注地线编号 和悬挂位置，只要表内容不为空，在窗口中就有明显提示信息( 提示界面 可与图形进行切换) 。 可直接反应接地线( 接地刀闸) 装设和拆除人信息 在操作票中设有逻辑防误功能，在有地线的送电范围内填写操作票进行提 华中科技大学硕士学位论文 不和告警。 增加操作票管理、标准票编辑、操作票统计等功能 外配显示输出设备，可考虑用投影仪、液晶显示器、等离子电视机等显示 设备，以显示接地线、接地刀闸状态以及系统运行方式，同时能够反应保 护及其压板使用情况。 建立接地线台和接地刀闸的设备台帐，通过人工设定完成在系统图形中标 注已经悬挂的接地线或合上的接地刀闸。 对已经合上的接地刀闸、已悬挂的接地线可在图形中的实际位置进行闪动 提示。 可将现场已经使用的接地线、以合上的接地刀闸进行列表，标注地线编号 和悬挂位置，只要表内容不为空，在窗口中就有明显提示信息( 提示界面 可与图形进行切换) 。 5 ) 异常处理 绝对理想的条件在现实中是不存在的。实际运行中往往会遇到各种各样的 不可预见的异常情况。比如，计算机失电，死机，系统事故跳闸等相同或 类似情况，确保信息不丢失或损失量减小到最低限度，必须考虑应对措施， 减少重复劳动，提高效率。 自动恢复功能。在编制操作票的过程中突然出现异常情况无法继续，需要 重新登录系统甚至重新启动机器时能快速回到异常前的状态，杜绝了信息 全部丢失的“恐惧”。这种功能对于较多项操作票编制效果显著，完全利 用计算机的自身功能实现的。 有条件修改功能。操作票中的非强制项很多，如二次回路、继电保护等， 缺少这些不至于酿成误操作事故，但会给执行过程带来麻烦，严格上讲， 不允许操作票内容残缺。对于非强制项要在编制过程中能够进行适当调 整，缩小计算机编制操作票与手写方式之间灵活性上的差异，否则编制操 作票时的重复性工作量增加。 多票操作模式。编制与执行操作票时通常是一份接一份的模式，存在“操 作票排队”的问题，限制了并列或交叉的可能性，与实际不相符。多操作 票模式从实用性和安全性两方面综合考虑，消除了时间上的“空耗”。 华中科技大学硕士学位论文 中断信息上传功能。由于运行方式的改变或系统突发事故等现象必须终止 或中断操作时，必须将操作过的信息准确并能随时上传到系统，确保监视 系统与现场状态保持高度一致。 6 ) 变电站操作票生成系统的界面截图： 开始画面如3 2 图： 图3 2 ；开始画面 程序初始化口令如图3 3 所示： 2 2 华中科技大学硕士学位论文 图3 3 ：初始化口令截图 该系统的程序主界面如图3 4 所示： 图3 4 ：主程序图 2 3 华中科技大学硕士学位论文 该系统的程序界面截图如图3 5 所示： 图3 5 ：程序界面截图 该系统的地线选择界面截图如图3 6 所示： 图3 6 ：地线选择界面截图 2 4 华中科技大学硕士学位论文 检修的有效时间；帮助运行人员对即将进行的倒闸操作有一个全过程的了解。同时 还便于两票的审查、统计和管理；便于加强变电运行值班人员基本技能的培训。 4 1 1 知识库分析 知识库由两部分组成：设备库和规则库。设备库主要存放电气运行中各运行设 备的相关信息o “。变电站操作票系统与变电站自动化系统共享系统的图形建模功能， 因此设备库可自动生成。设备库分为厂站表、母线表、变压器表和线路表等。设备 之间的拓扑连接关系由各表中相关字段来表示。规则库是存储丌列操作票的操作经 验知识，根据实际运行特点，可细分为变压器知识、线路知识和母线知识等。规则库 以操作规则表的的形式来表现。操作规则表的设计如表3 所示。 表4 1 操作规则表 亭s域英文名域中文名定义 j，w z d d 觏目b l d 关键字 2c d ，n ，l 鲫f 注解 3 k h o w l e d g e l i s t 已知参数表 4d ，d e r 暇枣 5 n e w a r g l i s l 薪参数表 6c o ，l 讲咖一条鲈 7 c d ”c m 矗e 结论 4 1 2 推理机分析 推理机模块是系统中最重要的部分，所有的部件都与它进行信息交换。它具有推 理和控制两个功能0 4 0 “。运用已有的知识和规则，推出新的 ? 刂啤低巢捎 正向推理，采用 深度优先搜索。当操作人员给出操作任务时，得到m l e i d 字段的值， 将操作规则表中相应的记录取出并按o r d e r 排序。然后，依次取出每条规则进行匹 配。首先，取出 order为o的记录，判断condition的条件是否满足。若不满足，则表明不能进行该 华中科技大学硕士学位论文 参数得到n e w a r g l i s t 新参数用于操作语句。然后，按o r d e r 顺序依次取出以下各条记 录。判断各条记录的c o n d i t i o n 条件是否成立；若成立，则根据该条记录的c o n c l u d e 字段，写出相应的操作语句；若不成立，则该条操作语句不写出。以”线路由运行 转为冷备用”为例，首先，根据r u l e i d 找到规则表中共对应两条记录，首先取出o r d c r 为0 的记录，判断条件n d i t i o n 是否成立，即判断该线路是否处于运行状态，若不是， 则不能进行该项操作；若是，得到用于操作语句的相关参数，并取出o r d e r 为1 的 记录，判断条件c o n d i t j o n 总是成立的，则开出操作语句“将线路由运行转为冷备 用”。 4 2 应用特点分析 1 ) 操作票系统的设备应该完全按照电力设备在变电站的实际位鼍编制，真实可靠。 2 ) 利用操作票系统，在主菜单上进行倒闸操作完全按照电力系统给定的逻辑关系进 行变化。 3 ) 系统可以帮助变电运行值班工较快掌握即将进行的电气设备倒闸的全过程。是变 电运行值班工提高自身技术素质，强化自我培训的有利工具。 4 ) 系统使用方便，变电站一、二次设备所涉及的倒闸操作以及一、二次设备进行倒 闸操作所需的倒闸操作票，仅通过鼠标即可完成，无需对使用人员进行专门培训。 5 ) 具有操作票管理功能 6 ) 五防功能1 的实现：五防功能的实现基于这样的假设，每次系统开票以前系统所 有设备状态与一次设备状态一致，且满足五防的条件。五防功能是利用专家系统 通过规则推理实现，具体实现是，系统在开票过程中每生成一个操作语句，调用 一次五防模块进行五防验证，保证本操作语句导致的系统状态迁移满足五防要 求；用户在操作票自动生成后可手工修改操作票，系统对用户的每一修改同样地 调用五防模块进行五防验证，这样就保证系统每一步状态迁移都满足五防要求。 由此我们可以认为系统在开列操作票的起始状态、中间过程及终止状念都满足五 防要求。 7 ) 计算机编制操作票系统不同于典型票专家”系统，主要有以下几点区别： 华中科技大学硕士学位搭芋 重要猎黑臻溺训! i 9 i 剐斐裂剥乍高憾浠噍眩燃孙翼鬻静舔w 娃篓薹薹羹蠹冀蚕 釜苇；门轿疆婚：耘灞w 噜：编茗型妊攀孥i 一；辏。 薹乳鞠翘豁妊窝。涌挈合挺誊再烈矍霾籍瓣到弼；牵硬甚j 芹) ( 篇；明朝酢群管 春伯司提高菜骄酾茗銮 车慧粹 鲡鞋静鲢箝烈酣蚤：堆瓣洱丽甍鲤陷鞫。褒 型健县鞲；蒜曜蠊啦艰强研篷坳。墟篁看莓型售趁聃塾畦甜业孳融弼虹鳞， 必 须加强管理“，保证做到： 发电厂、变电站运行值班人员必须坚持“安全第一，预防为主”的方针， 严格遵守电业安全工作规程关于倒闸操作的规定。接受操作任务后， 在f 式倒闸操作前对微机生成的操作票进行认真细致的审查：微机开出的 操作票必须经操作人确认、监护人校核、值( 班) 长审定并各自签名后方 可执行。与手工填写操作票的安全管理规定一样，操作人、监护人、值( 班) 长对操作票的正确性负责并承担相应的安全责任。 运行值班人员可以对微机生成的操作票进行修改，但修改后的操作票在打 印前必须经“五防”及逻辑闭锁检验程序验证无误；在正式打印出票后， 不允许对打印出的操作票进行涂改，如果经 x 华中科技大学硕士学位论文 能有效地防止误分、误合断路器。由于断路器本身的特性，以及对断路器的 操作方式特别灵活，而且对断路器的防误是“五防”中的关键，所以，对分 合断路器提出更高的要求。 对附有电动机构的隔离开关的防误。结合电动隔离开关的操作方式多样性的 实际，用电动机操作，既可以遥控，也可以就地操作；不用电动机，还可以 手动操作，决定加装防误锁。一方面是防止值班人员操作错误；另一方面是 防止非值班人员误动设备。 操作任务和操作内容间形成制约关系，杜绝操作任务和操作内容之间不对应。 由于主观原因，可能会出现如下情况，比如：“xx 线路停电检修”，虽然 操作任务明确，但是操作内容可能是其他出线停电的项目，造成任务与内容 之间脱节，计算机编制操作票系统能够避免这种错误，开操作票时，一旦操 作任务被确定，就能够保证内容正确，绝对不会停错线路。随着综合自动化 程度的不断提高，其他方面的防范措施正逐渐完善。 开操作票过程中可充分发挥遥信量的作用。由微机自动识别设备状态和设备 参数、属性等，减少人为因素的影响，将主观的因素客观化。例如，“检查 湍贤1 开关在合位”，此项内容中的合位，取自遥信量，克服并解决了 人为再判断的问题。由系统主机自动识别并直接反映到操作项目中，真正达 到了防误和高效的综合与统一。 实现防误与监控一体化，监控系统已实现了“四遥”功能，但是对于无遥信 的设备( 如所内部分隔离开关和按地刀闸) ，其状态信息不能直接由监控系统 采集出来，而在监控系统中需要监视其状态，若设备状态不反映出来，势必 干扰值班人员的工作。 计算机编制操作票系统弥补了监控系统的不足。操作票编制系统与综合自动 化系统保持“实时”通信是最为关键的环节，利用综合自动化系统采集实时 状态信息，通过电脑钥匙采集各种虚遥信，上传到操作票编制微机，保证防 误接线图的状态与现场状态一致；同时也传给监控机以至送发调度端，可实 x 华中科技大学硕士学位论文 特别是在预演操作票时，计算机编制操作票系统根据运行方式和设备状态的 实际进行校验，确保准确无误。 4 3 优缺点分析 优点： 1 ) 提高开票速度，并使票面清楚、整洁； 2 ) 开票过程中增加了计算机程序的把关( 即对操作票正确性的自动智能管理) ， 可以提高操作票的填写合格率； 3 ) 采用图形开票时，能直接看到一、二次设备当前运行状况，可有效协助值班 员对操作步骤、顺序的思考； 4 ) 提高工作效率，减少设备停用时间，提高系统稳定性并增加经济效益； 5 ) 利用该系统对运行人员进行操作票的填写技能培训，优化培训方式，提高学 习兴趣，有利于提高职工技术素质： 6 ) 可实现操作票管理的规范化，有利于操作票的统计、检查与考核； 7 ) 如将变电站微机与本单位m i s 网连通，可实现工区管理人员对操作票的远程 审核把关，防止操作票的填写错误； 8 ) 工区管理人员通过m i s 系统对操作票进行检查，快捷、方便，既可提高工作 效率，又可减少出车次数，节省经济开支： 9 ) 降低运行人员的劳动强度，为减人增效奠定基础。 缺点： 1 ) 需增加设备投资； 2 ) 需增加设备维护人员； 3 ) 即使是设置了操作票连续编号功能，仍有人可能会解密；造成私自更改操作 票号现象； 4 ) 计算机容易感染病毒，使程序受到破坏； 5 ) 计算机死机问题不易解决； 6 ) 需厂家维护时，需要时间长； 7 ) 今后软件升级时，可能会重复投资。 华中科技大学硕士学位论文 4 4 安全性解决方案 微机应用技术的普及，使得利用微机进行变电站信息处理和运行管理成了运行人 员的一种追求。这种追求使微机填写操作票在一些变电站已经基本得到了实现。据 了解，凡采使用微机技术实现票的变电站尚未发生过因微机软件原因造成的错票现 象，使用效果良好。下面的几种观点，针对了这些问题，其解决方案如下： 4 4 1 设备安全性解决方案 1 ) 操作票系统必须符合实际，所输入的倒闸操作顺序、项目必须正确、完备。 运行人员对该系统不准擅自进行任何改动，确有必要进行修改需经单位指定的专业 技术人员实施或审核、批准； 2 ) 不使用外来软盘并定期进行杀毒维护，保证计算机程序的正常： 3 ) 确认所开操作票之前，操作人、监护人分别对操作票进行审查( 经确认的操作 票不能再进行修改) ，打印出来的操作票，还要通过操作人、监护人审核无误并签字； 特别重要或复杂的操作票，还须经值长或值班负责人审核并签字； 4 ) 非正常运行方式下不得调用“典型票”。 5 ) 如果做到了以上几项，倘若微机开出错误操作票，其错误原因也一定是人的 因素，而不会是微机的问题。因为只有输入程序错误或使用、维护不当使微机感染 了病毒，微机开票才有可能出现错误。 6 ) 再有，以微机图形开票为例，当操作人在利使用微机技术实现票过程中出现 错误，微机会发出提示音，提醒操作人检查其错误所在，如不改正错误，微机则不 允许继续进行填写；也就是说，微机开票与手工开票相比较，人工把关的因素不但 没有减少，而且还增加了一层微机程序把关。因而，不必担心微机开票会经常出错。 4 4 2 技术安全性解决方案 若利用微机开票则可能导致出现不用操作人动脑筋的问题，长此会使值班人员实 际填写倒闸操作票的能力下降，对安全运行造成威胁“。为了防止出现这种情况，可 以采取如下措施： 1 ) 利用微机开票则可能导致出现不用操作人动脑筋的问题，长此会使值班人员 实际填写倒闸操作票的能力下降，对安全运行造成威胁。这种担心不无道理，为了防 止出现这种情况，可以采取如下措施： 华中科技大学硕士学位论文 在下一个阶段，我们的工作重点将放在对该套系统的维护和推广上，使该套系统 更趋完美，更加实用，也就是要做好以下几点： 1 ) 让系统与局域网相连，使上级职能部门能在网上对两票实现监督功能； 2 ) 根据实际的需要，进一步完善监控中心站的微机管理系统，早日实现运行管 理的全面微机化。基于电网模型的自动成票推理：操作票系统可以根据用户指定的操 作主设备和操作目的，根据电力设备当前运行状态，自动推理出一张电力调度操作票。 操作的主设备可以是一次设备和部分二次设备。 3 ) 多种成票方式：系统提供多种成票方式。最常用为点图成票，即在网络接线 图或厂站接线图上选中要操作的设备，选则操作目的，系统自动生成一张符合要求的 操作票；为了便于培训调度员，系统还提供点图成令功能，即用户在接线图上依次选 择操作设备，并改变其状态，系统自动记录下用户的操作并生成一张操作票，最后就 是完全手工编辑操作票。 4 ) 图形预演：系统可以根据指定的操作票执行操作预演，模拟操作票的执行过 程。在预演中如果发现不符合安全操作的情况，将提示用户。 5 ) 安全校核：无论是自动生成还是手工生成的操作票，系统都将在编辑完成时、 预发前和执行时都进行安全校核，以避免误操作带来的事故。 6 ) 危险点分析：系统还可以对操作票执行后所带来的 下则不能更改。对擅自更改操作票编号 者给予严厉处罚。特别重要和复娶是裂景；擎型菩裂翟飘驯割裂掣彭臻喊= 要形彰 量型息型黧彰萋骓塑戎够筵蔡秽急l 引掣鹫。 掣套翟基焚夏蔫溢名指溶喘主：薹寝冀趸嚣拼供广- 醵姆望削开蹩鼙盐靠珧鞠 蛙。掣翁；誊g 是吾他单各吊供柏关父爵嵇国 华中科技大学硕士学位论文 致谢 论文的完成标志着学业的即将结束，在此之际向所有关心和支持我学习和研究的 老师、朋友和同学、亲人致以最真诚的谢意。 衷心感谢华中科技大学水电学院给我提供了这么好的机会，使我在企业工作