（电气工程专业论文）变电站仿真培训系统中操作票专家系统开发与实现.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 电力系统倒闸操作是电力生产运行的重要工作 是调整和改变电网运 行方式的主要手段 为确保倒闸操作的正确性 倒闸操作前必须填写操作 票 由于系统运行人员的水平参差不齐 必须加强对运行人员的培训 使 其具有扎实的专业知识和丰富的现场运行经验 因此很有必要研究一套操 作票专家系统 提高开票的效率 本文研究了一种新型的操作票生成系统 本系统以网络图论为基础 利用面向对象的编程技术 以j a v a 和s q l s e r v e r 2 0 0 0 为主要开发工具 设计并实现了操作票的开票 存储 打印 统计及考核功能 该系统已应用到实际工作中 且人机界面简单 操作方 关键词 操作票 电力系统 图论 a b s t r a c t c o m m a n do r d e rs h e e ti sa n i m p o r t a n t w o r kf o r p o w e rs y s t e m s p r o d u c t i o na n do p e r a t i o ni t i sam a i nm e t h o dt oa d j u s ta n dc h a n g et h e e l e c t r i c a ln e t w o r ko p e r a t i o nm e a n si no r d e rt om a k es u r et h a tt h eo p e r a t i o ni s c o r r e c t c o m m a n do r d e rs h e e tm u s tb ew r i t t e no u tb e f o r eo p e r a t i o n b e c a u s e t h eo p e r a t i o nw o r k e r sa r ea td i f f e r e n t1 e v e l s t h et r a i n i n go ft h e mm u s tb e s t r e n g t h e n e d t om a k et h e mh a v ew e l l k n i tp r o f e s s i o n a l k n o w l e d g ea n d a l b u n d a n c eo p e r a t i o ne x p e r i e n c eo nt h es p o ts o i t i s v e r yi m p o r t a n tt o d e v e l o p ap r o f e s s i o n a ls y s t e mo fc o m m a n do r d e rs h e e tt oi m p r o v et h e v e l o c i t ya n da c c u r a c yt h i sa r t i c l ep u tf o r w a r dan e ws y s t e mo fc o m m a n d o r d e rs h e e t o nt h eb a s eo fg r a p ht h e o r y t h es y s t e mm a k e su s eo ft h e k n o w l e d g eo fo b je c to r i e n t e da n dt a k e sj a v aa n ds q ls e r v e r 2 0 0 0a st h e m a i n i yd e v e l o p i n gt o o l s t h ef u n c t i o n sa r ed e s i g n e da n dr e a l i z e da sc o m m a n d o r d e rs h e e tw r i t i n g s a v e i n g p r i n t i n g s t a t i s t i c sa n dc h e c k i n g m aw e r l ji a n p o w e rp l a n tt h e n n a lp o w e re n g i n e e r i n g d i r e c t e db yp r o f j i ax i u f a n g k e yw o r d s c o m m a n do r d e rs h e e t e 1 e c t r i c a lp o w e rs y s t e m g r a p h t h e o r y 声明尸明 本人郑重声明 此处所提交的硕士学位论文 变电站仿真培训系统中操作票 专家系统开发与实现 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间 在导师指导下 进行的研究工作和取得的研究成果 据本人所知 除了文中特别加以标注和致谢 之处外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得华 北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 学位论文作者签名 期 竺 笪 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有 权保管 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件 学校可以采用影印 缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文 学校可允许学位论文被查阅或借阅 学校可以学术交流为目的 复制赠送和交换学位论文 同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表 传播学位论文的全部或部分内容 涉密的学位论文在解密后遵守此规定 作者签名 导师签名 日期 型z 笪 日 期 耋丘 盟节 华北电力大学丁程硕十学位论文 1 1 引言 第一章绪论 电力是衡量一个国家经济发展的重要标志 也是反映人民生活水平的一个重要 指标 电力生产已经成为现代生产的主要能源和动力 电力系统的安全运行对保障 国民经济各部门的正常生产具有极其重要的意义n 射 电力系统是一个非常庞大 复 杂的系统 电能的生产 输送 分配 使用又是在同一时刻完成 因此电力系统的 运行方式需要经常调整变化 而系统运行方式的改变需要进行一系列的倒闸操作 因此倒闸操作票自动生成系统是电力生产中非常重要的一部分 开发功能完善 智 能化程度高 通用性能好的操作票自动生成系统是许多电力生产单位的迫切需要 1 1 1 操作票的基本知识 发电厂 变电站的电气设备有运行 冷备用 热备用和检修四种状态 由于检 修 试验及事故等原因 设备的状态需要改变 这种电气设备由一种状态转换到另 种状态 或改变系统运行方式所进行的一系列操作称为倒闸操作n3 1 倒闸操作是 项复杂烦琐 且经常性的工作 一旦出现错误必然会造成停电 设备损坏 甚至 人员伤亡等恶性事故 为确保电力生产安全 电力生产安全规程 规定倒闸操前 作必须填写倒闸操作票 操作票制度是保证准确 安全操作的重要组织措施 倒闸 操作的基本步骤如下 1 接受任务 系统调度员预先下达操作任务 包括操作目的和项目 执行 时间等 2 填写操作票 出操作人填写 填写的目的是拟订操作内容和顺序 防止 在操作过程中发生顺序颠倒或错误 3 审核操作票 操作票填写好后 必须先自审 再由监护人审核 最后由 值班负责人审核 4 模拟操作 正式操作前操作人和监护人应在模拟盘上进行模拟操作 以 检查操作票是否正确 5 接受正式操作命令 必须得到由系统调度员发布的操作命令后 才能进 行正式操作 系统调度员发御操作命令时 操作人和监护入必须同时受令 并向系 统调度员复诵 经双方核对无误后 在操作票上填上发令时间和发令人 6 正式操作 操作人和监护人进入操作现场 进行正式操作时 必须严格 华北电力大学工程硕士学位论文 执行唱票复诵制度 操作中每进行一项操作均应严格执行 四对照 即对照设备 名称 编号 自己所处的位置和拉合方向 由监护人高声唱票 操作人必须做到声 音宏亮认真复诵 监护人核对无误后发出 对 执行 命令后 操作人方可执行操 作 每操作完一项 在操作票顺序栏中打上红色的 严禁操作完一起打勾或 提前打勾 以避免操作漏项或跳项 7 复查设备 所有操作项目进行完毕 操作人应在监护人的监护下 对照 操作票检查操作结果 检查仪表 信号 开关电器的位置等准确无误 8 操作汇报 操作完成后 监护人立即向发令人汇报操作结果 操作票执 行情况 合操作起 止时间 发令人认可后 由操作入在操作票上盖 已执行 图 章 9 记录 监护人将本次操作的内容合起 止时间记入操作记录本中 由倒闸操作的基本步骤可知 正确填写倒闸操作票是正确完成操作任务的前提 和保证 由于手工开列操作票耗时长 效率低 易出现错误 引入微机来填写及自 动生成倒闸操作票已成为必然 1 1 2 课题的研究意义 变电设备的倒闸操作是变电站运行的基本操作 是调整和改变电网运行方式的 主要手段 操作票是记录这些倒闸操作票顺序的票单 开列正确的操作票是进行正 确倒闸操作的前提 正确的倒闸操作又是保证电力系统运行安全性和稳定性的前 提 随着电力工业的飞速发展以及电网自动化水平的提高 变电站传统的人工开票 的方式 显然已经不能适应现阶段的要求 因此操作票专家系统也就应运而生 由 于现有操作票专家系统存在通用性和用户维护性差 因此开发智能化微机防误闭锁 与专家系统已成为必然 对于仿真变电站的操作票系统 除了具有自动开票的功能 之外 还引入了培训和考核功能 利用仿真环境 提高培训效果 这对于提高现场 运行人员的开票能力 减少系统事故的发生具有重大意义 1 2 操作票专家系统国内外研究现状 1 2 1 国外的操作票专家系统发展概况 国外对电气操作票管理系统的研究较少 考虑的问题比较简单 操作任务种类 少 操作过程只考虑一次设备的顺序 不涉及保护压板自动装置的投切与调整 通 常操作票专家系统操作任务仅限于四种 停电 送电操作 并列 单独运行 所涉 2 华北电力大学工程硕士学位论文 及的电气设备类型仅限于三种 母线 线路 变压器 操作票专家系统研究较早的 是日本的t a k a s h ia b e 等人开发的v i r g o 专家系统 1 2 2 国内的操作票专家系统发展状况 国内自上世纪8 0 年代起 操作票专家系统开始应用于电力系统 一些高校及 科学研究院先后开展了这项工作 比如华北电力大学 上海交大 福州大学等高等 院校 他们对操作票专家系统的研究与推广起到积极的推进作用 至今已有不少 操作票专家系统投入使用 按其所采用的设计实现方式可分为以下几种 1 原始型 将原来用手写操作票 改为用计算机文字编辑工具或表格编辑工具进行编写 将格式设计好后就可以打印输出 这是利用计算机产生操作票最低级和原始的形 式 却使人感觉到了用微机产生操作票的优点 字迹清楚 票面整洁 修改方便 2 数据库型 将操作票的内容用数据库的形式存放 开发数据库管理和维护的系统 能对操 作任务进行分类存储 检索和输出 每一个操作任务的内容以整张票的方式用文本 存储 操作人员通过选择分类检查方法生成相应的操作票内容 这在早期开发的操 作票系统和m i s 系统较常见 3 图形结构型 针对操作票中有无违反安全操作规程的操作内容进行检查 设计出一种图形化 用户界面的操作票审核系统 用户在手写完操作票后 在图形界面上逐项操作 检 查所写操作票有无违反安全操作规程的操作内容 也可以在操作的同时形成操作 票 这种方法是将操作设备 设备之间的拓扑关系及设备操作规则用一种数学模型 来表达 如用矩阵论或图论表示设备及设备之间的拓扑关系 用逻辑表达式表示电 气设备的操作规则 这种方法侧重的是校核操作步骤是否正确 而不设计操作内容 的自动生成 实际上操作内容的形成是由用户的行为决定的 系统只起校核作用 这是一种目前实际应用最多的一种方法 4 智能推理型 此方法利用专家系统思想实现操作内容的自动生成 通过对应用对象进行仔细 分析 建立知识库 规则库和推理机 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 操作人员通过给定的界面 选择 操作任务和其它配置项 就能自动生成相应的操作内容 通过引入电网的图形拓扑 结构图 使操作票专家系统在具有智能性的同时又具有友好的图形化人机界面系 统 为了适应特殊的操作 可进行手写操作票的审核 通过与在线数据库相连 可 在线获取操作票编写需要的当前电网状态信息 实现在线操作票的推理 3 华北电力大学工程硕十学位论文 1 3 操作票系统存在的不足 经过众多专家和科研人员的大量研究 一些操作票专家系统已经投入实际运行 管理工作中 将工作人员从繁重的手工劳动中解脱出来 其省时 方便 高效 准 确等特点已成为共识 操作票专家系统已为电力系统的安全 高效运行提供了有力 的保证 但是在使用过程中也反应出了一些不足 主要表现在以下几方面 1 系统通用性较差 操作票专家系统大多是调度运行单位根据自己的技术特点 丌发的 标准不统一 难以推广到其他单位 即使本单位内部 由于改造 调整等原因 经常出现变电站 一次主接线的改变 二次保护和自动装置的更改 由于软件过于固化使原来操作系 统无法直接应用到新的接线方式下 因修改涉及到的程序问题 工作人员无法独 立完成 随着无人值守变电站的普及 操作大队的出现 实现在一定范围内通用的 操作票专家系统就更具实际意义 2 系统的开放性差 升级困难 对软件涉及过程中的标准化和模块化程序设计有待于进一步研究 1 4 本文所作的主要工作 本课题来源于山东省电力学校变电运行仿真项目 操作票专家系统是变电运行 仿真项目的一部分 本系统除具有开列操作票的功能外 还具有培训考核的功能 为了满足以上功能 本文主要做了以下工作 1 确定软件系统总体结构框图 2 采用m ss q ls e r v e r 数据库技术建立电气设备数据库和规则库 在总体上 保证信息的完整性 无重复性和良好的可扩展性 采用了权限控制方案 工作职能 与权限相对应 既保障信息数据的安全 又保证工作得以顺利进行 3 实现操作票生成系统各模块基本功能 采用软件产品设计开发流程 实现操 作票系统基本功能 尤其是设计并实现了操作票考核系统 满足了检查培训效果的 要求 4 对于已经确定的变电站主接线图 设置相应的防误操作校验规则库 在此基 础上对电气设备进行模拟操作 同时将操作过程记录下来生成操作票 5 设计简约 美观 大方的人机交互界面 使操作人员轻松自如的完成操作票 的编写 打印 登记工作 4 华北电力大学 丁程硕士学位论文 第二章操作票专家系统的构建 2 1 对操作票专家系统的基本要求 变电站工作票操作票制度是电力系统运行管理中的一项行之有效的安全措施 及时 正确地开列工作票和操作票是调度运行工作中一项至关重要的工作 传统的 手工开票方式已不能满足现代电力系统日益庞大的需求 计算机开票系统日趋发 展 为确保计算机开票的准确 方便 快捷 对操作票专家系统提出了几个基本要 求 1 通用性强 操作票专家系统能适用于多个电压等级和接线形式的变电站 一套系统可支持多个变电站的开票任务 用户界面要简单 清晰 美观 易扩充 易维护 当规则发生改变时 用户可以方便的修改相应的操作规则表 2 功能完善 可以进行图形开票 也可手工编辑和修改 又能选择操作任 务后 由专家系统能自动生成操作步骤 并用简化的票面格式予以显示 供用户确 认其正确性 3 可靠性高 从软件程序编制的各个阶段都要考虑到各种异常情况的发生 并具有检测排除错误数据的功能 4 系统开放 即可单独使用 也可以与变电站仿真培训系统配套使用 这 样可以起到培训运行人员的丌票技能和管理自动化水平 2 2 系统基本功能设计 根据对操作票专家系统的要求以及变电站实际需要 将系统分成四部分 开票 系统 管理系统 维护系统和考核系统 开票系统中最常用的是图形丌票 所谓图形丌票就是用户按照一定的顺序依次 点击主接线图上的设备及相关二次设备 系统自动记录操作内容同时进行五防判断 以形成正确的操作票序列的丌票方式 在图形开票方式下 可对操作票序列项进行 回退 删除 修改等操作 每次对操作票序列项进行的操作 系统都会自动对其重 新进行五防判断 若不通过判断 系统拒绝此次操作并给出警告及错误信息提示 操作票也可通过选择操作任务 由历史票或典型票库等调出形成 开票系统中还设 置了用户管理系统 可以设置系统用户的权限 管理系统是对预存票 典型票 历史票进行查询和对存档票的统计 操作任务 项数等信息 维护系统是进行初始化信息以及页码信息 任务模板等基本信息的维护 进行 5 华北电力大学工程硕士学位论文 数据初始化工作 如 图形库的修改 操作术语的增减及设备位置库的维护等工作 考核系统能通过图形开票功能实现运行人员的培训考核 以检查培训效果 并 可实现操作票的打印 综上所述 系统基本功能确定如图2 1 所示 2 3 系统总体结构设计 2 3 1 总体结构框图 图2 一l 系统功能框图 根据现场调度人员下达的操作指令 操作人员系统登录后 可以在操作图形界 厩上选择操作设备和操作任务后 专家系统对设备进行判断 搜索 从数据库中自 动调出标准操作票 也可以在图形界面上依次选择相关设备 专家系统逐步记录 经操作人员检查 修改 确认后生成标准操作票 并存储 打印 对存入数据库中 的操作票 用户可以通过管理接口调出修改 根据以上分析 可以确定专家系统总体结构框图 如图2 2 所示 6 华北电力大学工程硕士学位论文 知识库 推理机 2 3 2 系统主要组成模块 图2 2 系统总体结构框图 1 系统初始化模块 该模块是确保生成正确操作票的前提条件 在系统投 入运行之前 使用系统初始化模块对目标变电站所有设备的参数进行初始化设置 包括电网的连通性计算 系统接线型式判定 设备元件电气状态判定等一系列初始 化工作 以确保电气设备开关状态与实际一致 为下一步生成正确的操作票做好准 备 参数设置通过快捷菜单 然后显示编辑界面 由用户自由编辑 2 操作票生成模块 该模块用于生成操作票 是本系统的基本模块 用户在选择完操作任务后 系统根据用户选择的电压等级等信息形成操作票名 称 进入图形开票界面进行图形开票 系统自动记录操作人员的操作顺序 并形成 标准操作票 对不符合五防判断的操作项拒绝操作 并给出错误提示信息 图形丌 票过程中可以进行返步 删除等基本操作 也可以进行预演 预存 作废等功能选 择 3 操作人员管理模块 此模块主要是出于安全性的考虑来设计的 本设计 中采用了操作登录和维护权限密码设置方案 人员的权限角色分为两种 站长和操 作人员 站长相当于系统管理员 具有最高的管理权限 可以使用系统的全部功能 模块 可以增减操作人员 同时可以限制操作人员的操作权限 操作人员具有有限 的管理空间 只能拥有权限范围内的部分系统功能使用权 4 操作票管理模块 系统倒闸操作票分为四种 典型票 预存票 练习票 及历史票 操作票管理是本系统的一个主要模块 用于对这四类操作票进行管理 可以对操作票进行查询 查看 调用等 5 考核系统模块 为了检测培训效果 我们在操作票专家系统中设置了考 核系统模块 考核系统模块主要包括三部分 远程服务管理器 综合管理系统 华北电力人学工程硕士学位论文 考核登录系统 远程服务管理器主要用来存储学员信息 验证用户信息等 根据登陆使用者 身份不同 使用的权限也不同 管理员享有最高权限 可以增加学员人数 改变学 员的权限 设置学员的登录密码 查询已记录到数据库中的一些或全部学员信息 综合管理系统主要用来录入试题到远程服务管理器 设置考试时间 并能自动评判 试卷 考核登录系统是指学员根据管理员提供的用户名和密码登录 选择试题进入 考试 6 人机接口模块 人机接口是用户与系统的交互界面 主要功能是完成人 机的对话通信 采用全图形方式 包括使用菜单 光标和窗口 操作人员只需在界 面上进行鼠标点击 选择要操作的设备和操作 人机接口就会形成相应的操作任务 而后将任务交由推理机 之后将推理机工作的推理结果在界面上显示出来 运行人 员也可以通过人机接口修改系统生成的操作票 人机接口还可以向用户显示相关的 设备信息和操作信息 在出现任何非法的输入或操作时 均有警告提示 7 知识库 知识库由数据库和规则库组成 数据库包括静态数据库和动态数据库 静态数据库中存放变电站设备的相关属 性 如坐标 状态 编号 名称 保护配置等 动态数据库作为暂时容器 存储相 关的中间数据及临时数据 如推理结果 操作步骤等 在完成相关操作后 自动释 放 以节省内存空间 数据库结构整体框图如图2 3 所示 规则库存放专家系统运 行过程中每个模块的指令规则 以确保其功能的实现 图2 3 数据库结构整体框图 8 推理机 推理机是专家系统的重要组成部分 具有依据一定策略进行推 理的能力 即能够根据知识推倒出结论 而不是简单地去搜索现成的答案 专家系 统中采用的推理策略有冲突消解策略 正向推理策略 反向推理策略 混合推理策 略 双向推理策略及元控制策略等 根据面向对象推理机的特点和机制 结合操作票专家系统的实际情况 应采用 8 宁 雾 一 宜 删 一 鲎榭蹦 一 华北电力大学j 亡程硕 学位论文 消息驱动的控制推理方法 变电站的拓扑结构由有限种类的设备按一定的联系组 成 这些设备及其联系构成操作票推理的两大要素 各类操作任务具有层次性和相 关性两个特征 逐层推理和消息传递是推理机的主要工作方式 系统推理机结构如 图2 4 所示 2 4 系统的软件开发工具的选择 系统以网络图论为理论基础 利用面向对象的编程技术 以j a v a 及s q ls e r v e r 2 0 0 0 为主要开发工具 2 4 1j a v a 语言 图2 4 系统推理机结构图 j a v a 是一个由s u n 公司开发而成的新一代编程语言 使用它可在各式各样不同 种机器 不同种操作平台的网络环境中开发软件 j a v a 正在逐步成为i n t e r n e t 应用 的主要 丌发语言 它彻底改变了应用软件的开发模式 带来了自p c 机以来又一次 技术革命 1 7 j j a v a 语言的主要特点如下 1 j a v a 的跨平台性 即一次编译到处运行 j a v a 不仅仅是一种语言 更重 要是一种区别于传统系统 遵循 网络就是计算机 信条的平台技术 j a v a 平台将 9 华北电力大学t 程硕士学位论文 面向对象系统扩展成包括程序和数据的网络计算机 n c 而这个平台的核心就是 j a v a 虚拟机 这使j a v a 成为万能开发平台 2 面向对象技术 j a v a 全面支持面象对象技术 这体现在c l a s s 类 是j a v a 程序构成的基本单元 一个j a v a 程序通常由许多c l a s s 组成 而且这些c l a s s 还会 有一定的继承关系 j a v a 支持c 1 a n 的单继承 从而使类之间的继承关系更明确 继承的结果产生类的多态性 类的多态本质上讲就是可以用父类的引用访问继承类 的实现 子类对象 类的这种多态性最终形成了组件对象模型的基础 即通过接口 父类 访问实现 子类 3 j a v a 中线程及同步控制 线程概念的引入是为了实现并行处理 从而提 高程序的效率 j a v a 中的线程实现非常简单 可以用两种方式来创建线程 一种是 实现r u n n a b l e 接口 另一种是继承t h r e a d 类重写r u n 方法 两种方式唯一的不 同就是前者保留了继承一个类的可能 因为j a v a 只支持类的单继承 但接口没有 此限制 2 4 2s q l s e n e r 数据库管理软件 s q l s t 九l c t u r e dq u e r yl a n g u a g e 是i b m 公司在2 0 世纪7 0 年代开发的数据查 询语言 现在已经成为关系数据库查询语言的标准 它是用于查询 更新和管理关 系数据的一种语言 s q l 是由美国国家标准局 a n s i 和i s o 指定的标准 s q l 功能 丰富 使用灵活 语言简洁易学 是关系数据库领域中的一个主流语言 2 9 1 s q ls e r v e r 是一个关系数据库管理系统 是m i c r o s o f t 推出新一代数据管理与 分析软件 s q ls e r v e r 是一个全面的 集成的 端到端的数据解决方案 它为企业 中的用户提供了一个安全 可靠和高效的平台用于企业数据管理和商业智能应用 s q ls e r v e r 2 0 0 0 是m i c r o s o r 公司推出的s q ls e r v e r 数据库管理系统的新版 本 该版本继承了s q ls e r v e r7 0 版本的优点 同时又比它增加了许多更先进的 功能 具有使用方便 可伸缩性好 与相关软件集成程度高等优点 2 9 1 1 0 华北电力大学1 程硕士学位论文 第三章操作票专家系统各模块功能的实现 3 1 操作票专家系统的图论描述 为了提高操作票自动生成系统的通用性和用户的可维护性 将图论应用于该系 统 图论是本软件的理论基础 倒闸操作涉及到系统图中各个设备之间连接关系的改变 各设备之间物理连接 关系的正确描述是搜索匹配的基础 只有根据当前运行状态和操作任务自动跟踪电 网运行方式才能生成设备操作序列 网络拓扑的关键是明确描述设备的电气连接关 系和物理上的相互位置 电力系统的接线方式复杂多样 如何使计算机正确识别整个电力系统的结构信 息 成为操作票专家系统首要解决的问题 1 2 图论是本软件的理论基础 是研究事物与事物间相互关系的科学 在图论中将 事物抽象为点 将事物问的关系抽象为点的二元关系 称为边或线 称点及其二元 关系的集合为图 这些由点 线组成的图称为拓扑图 它构成了描述事物间联系的 数学模型 电力系统的网络结构可以抽象为一个拓扑图 即将每个设备抽象为一个节点 设备之间的电气连接作为支路 形成网络的拓朴结构图 从而将整个系统的网络结 构转化为一个连通的图 图3 1 给出了电网络转换为拓扑图的简单示例 d 1 d 1 图3 一l 电网络转换为拓扑图 华北电力大学工程硕士学位论文 3 2 微机防误闭锁编程的原则 倒闸操作是发电厂 变电站改变设备运行状态和系统运行方式的基本的操作 是一项非常重要且繁琐的工作 一旦出线错误 就会造成设备的损坏 供电的中断 甚至人员的伤亡 因此必须采取有效措施 防止误操作的发生 根据现场运行的实 际情况 最经常出现的误操作有 误拉 误合断路器 带负荷拉 合隔离开关 带电挂接地线或合接地丌关 带地线送电 误入带电间隔等 为防止误操作 带来的危害 除了采取有效的组织措施外 操作票制度 外 还增加了技术措施即 防误闭锁 由于最常见的误操作有五种 防误闭锁又称为 五防 闭锁 五防 闭锁是发电厂 变电站安全运行的重要保障 五防 闭锁必须遵守倒闸操作的基 本原则 i3 1 3 2 1 倒闸操作的基本原则 1 线路停送电操作原则 1 拉 合隔离开关及小车断路器送电前 必须检查并确认断路器在断丌位 置 倒母线除外 2 严禁带负荷拉 合隔离开关 所装电气和机械防误闭锁装置不能随意退 出 3 停电时 先拉开断路器 然后拉开负荷侧隔离开关 最后拉丌电源侧隔 离开关 送电时顺序相反 即先合上电源侧隔离开关 再合上负荷侧隔离开关 最 后合上断路器 4 在操作过程中 发现误合隔离开关时 不准把误合的隔离开关再拉开 发现误拉隔离开关时 不准把已拉开的隔离 丌关重新合上 只有用手动涡轮传动的 隔离开关 在动触头未离开静触头刀刃之前 允许将误拉的隔离丌关重新合上 不 再操作 2 母线倒闸操作原则 1 母线送电前 应先将该母线的电压互感器投入 母线停电前 应先将该 母线上的所有负荷都转移完后 再将该母线的电压互感器停止运行 2 母线充电时 必须用断路器进行 且其充电保护必须投入 充电正常后 停用充电保护 1 2 华北电力大学工程硕士学位论文 3 倒母线操作时 母联断路器应合上 确认母联断路器已合好后 再取下 其控制熔断器 然后进行母线隔离开关的切换操作 母联断路器断开前 必须确认 负荷已全部转移 母联断路器电流表指示为零 再拉开母联断路器 3 变压器操作原则 1 停送电操作顺序 送电时先送电源侧 后送负荷侧 停电时先停负荷侧 后停电源侧 2 凡有中性点接地的变压器 变压器的投入或停用时 均应先合上各侧中 性点接地隔离开关 变压器在充电状态 其中性点接地隔离开关也应合上 3 两台变压器并联运行 在倒换中性点接地隔离开关时 应先合上中性点 未接地的变压器的接地隔离开关 再拉开另一台变压器中性点的接地隔离开关 并 将零序保护切换到中性点接地的变压器上 4 变压器分接开关的切换 无载分接开关的切换应在变压器停电状态下进 行 分接开关切换后 必须用欧姆表测量分接开关接触电阻合格后 变压器方可送 电 有载分接开关在变压器带负荷状态下 可手动或电动改变分接头位置 但应防 止连续调整 3 2 1 2 一次设备防误闭锁编程原则 1 接地开关或临时地线的编程原则 1 2 分合接地刀闸或临时地线的编程原则分别是 合接地刀闸或挂接临时地线 必须从接地点开始线路延伸的各个方向都有断丌 的刀闸 断路器和主变被视为短路 分接地刀闸或拆除临时地线 无条件 2 隔离丌关的编程原则 分合隔离开关的原则分别是 合隔离开关 本回路断路器必须断开 从本隔离开关开始线路延伸的各个方向 的接地刀闸或临时地线全部断开 分隔离丌关 本回路断路器必须断开 在潮流方向固定不变时 送电的顺序是先合电源侧隔离开关 再合负荷侧隔离 开关 最后合断路器 停电顺序是先分断路器 再分负荷侧隔离开关 最后分电源 侧隔离开关 一般规定母线侧为电源侧 3 断路器的编程原则 华北电力大学工程硕士学位论文 断路器 开关 又可以分为四类 线路断路器 分段断路器 母联断路器及 主变断路器 各类型断路器的编程规则如下 1 线路断路器 分合线路断路器的编程原则分别为 合线路断路器 在相邻侧隔离开关都在合位或都在分位时可以合线路开关 分线路断路器 无条件 2 分段断路器 分合分段断路器的编程原则分别为 合分段断路器 在相邻侧刀闸都在合位或都在分位时可以合分段开关 分分段断路器 当某段有线路断路器在运行状态且该段的主变断路器也在运行 状态时 分段开关才可以分 当某段线路断路器都在停电状态时 分段断路器也可 以分 3 母联断路器 分合母联断路器的编程原则分别为 合母联断路器 在相邻侧隔离开关闸都在合位或都在分位时可以合母联断路 器 分母联断路器 当无电源供电的一条母线上的所有母线侧隔离开关都断开 即 所有负荷均已倒到另一条母线上时 母联断路器可以分 当两条母线均有电源供电 时 母联断路器也可以分 4 主变断路器主变停电顺序为先断低压侧主变断路器 再断中压侧或高压 侧主变断路器 主变送电顺序为先合高压侧或中压侧主变断路器 再合低压侧主变断路器 一 般高压侧 中压侧为进线 电源侧 低压侧为出线侧 负荷侧 高压侧或中压侧主 变断路器分合顺序一般无要求 低压出线不停电时 应保证高 中压有一路电源给 低压供电 操作高压侧主变断路器时 应保证主变中性点再在合位 分合主变断路 器的原则分别为 合主变断路器 在相邻侧隔离开关都在合位或都在分位时可以合主变断路器 分主变断路器 当非全站停电时 当一台主变停电 要保证另一台主变在运行 状态 且低压分段断路器应在合位 当非全站停电时 当高压主变断路器全部断丌 应保证至少有一台中压主变断路器在运行状态 当中压主变断路器全部断开时 应 保证至少有一台高压主变断路器在运行状态 4 母线p t 隔离开关的编程原则 分合母线p t 隔离丌关的原则分别是 合母线p t 隔离开关 p t 相邻侧接地刀闸或临时地线全部断开 分母线p t 隔离开关 当无电源供电的一条母线上的所有母线侧隔离开关都已 断丌 即所有负荷均已倒至另一条母线上 时 母线p t 隔离开关可以分 当母联或 分段断路器在合位时 同一电压等级的两条母线p t 隔离开关不能同时断开 以防 止二次设备失压 1 4 华北电力大学工程硕 学位论文 5 旁路母线充电的编程原则 对旁路母线充电必须用旁路断路器充电 然后拉开旁路断路器 合线路旁路隔 离开关 然后再合旁路断路器送电 6 电容器组的编程原则 电容器组投运次序 母线先送电 然后再投电容器组 电容器组停电次序 先停线路断路器及电容器组 然后再停母线 3 3 数据库的建立 综合性微机管理电气倒闸操作 需要处理大量的数据 形成各种数据流 动态 实时数据和静态历史数据 因此图形开票平台软件需要数据库的后台支撑 我们 利用开发工具s q ls e r v e r 2 0 0 0 的数据库管理与开发功能 分析电气倒闸操作及操 作票管理的数据流程 建立了如下数据库 1 属性信息数据库 整个系统实现的基础是图形数据库一体化技术 其中最为关键的技术就是如何 建立图形和数据库的一一对应 基本方法就是通过图元属性来把设备图元对象与数 据库记录一一对应起来 建立一个完备的设备图元属性信息数据库 对完成系统图 形化平台设计起到极为重要的作用 属性信息数据库包括属性信息管理表 断路器 隔离开关参数表 变压器参数 表 二次设备参数表等 2 综合数据库 综合数据库里存放了诸如系统运行方式 线路操作条件 操作票保存 操作票 统计 值班员名册等信息数据 3 用户权限数据库 系统管理模块的功能主要是划分用户的权限 在本系统中 系统管理员可以根 据具体的用户需求建立用户群组 并赋予相应的用户权限 本系统共设有两种用户 权限 系统管理员和系统值班员 4 操作票数据库 操作票数据库用来保存操作票 在生成操作票后 如果选择保存该操作票 系 统将把它保存到操作票数据库中 被保存到数据库中的除了各操作语句外 还包括 开票人姓名 操作设备种类 保存时刻等信息 3 4 应用服务器与数据库的连接 为了增强程序的可移植性 简化程序的安装 采用了动态配置b d e 的方法实现 华北电力大学工程硕士学位论文 应用服务器与数据库的连接 3 3 1 将数据库连接的配置信息放在i n i 文件里 在以后 程序安装时 只需要修改i n i 文件就可以很方便地连接数据库了 动态配置数据库 的流程图如图3 2 所示 3 5 推理机的实现 图3 2 动态配置数据库的流程 推理机是一组计算机程序 用来控制 协调整个系统 是专家系统的重要组成 部分 它根据当前输入的数据 利用知识库中的数据 按照一定的推理方法 找出 解决问题的策略 并把结果送到用户接口 根据面向对象推理机的特点 我们采用 消息驱动的控制推理方法 变电站的拓扑结构由有限种类的设备按一定的联系组成 这些设备及其联系构 成操作票推理的两大要素 各类操作任务具有层次性和相关性两个特征 例如 某 线路要检修 就要首先断开开关 然后断开负荷侧刀闸 再断开母线侧刀闸 这种 顺序绝对不能颠倒 这就是层次性 对于线路的操作 一般要涉及相关的开关 刀 闸 接地刀闸 二次保护等设备的操作 这说明元件有相关性 逐层推理和消息传 递是推理机的主要工作方式 推理机工作的基本步骤如图3 3 所示 3 6 操作票生成过程 倒闸操作改变了网络的拓扑结构 由于我们关心的主要是各电气设备之间的邻 接关系 因此采用邻接矩阵来描述网络的拓扑结构 系统在取得操作任务后 首先 查询逻辑公式表 如果该设备在该操作方式下没有逻辑公式 系统会由输入的操作 任务信息 包括操作性质和操作设备编号 存数据库中的邻接矩阵表中搜索与此设 备有直接联系的设备 记录下这些设备的编号及操作前后的状态 并按照 电业安 1 6 华北电力大学工程硕士学位论文 全工作规程 的操作规则 形成该设备在该操作方式下的逻辑公式 之后根据逻辑 公式判断现有条件下是否满足操作条件 如果满足逻辑公式 表明该条件可以进行 该操作 生成操作票 否则拒绝操作并生成和显示错误信息以供用户参考 操作票 生成过程如图3 4 所示 图3 3 推理机流程 图3 4 操作票生成过程 1 7 华北电力大学工程硕士学位论文 4 1 系统特点 第四章操作票专家系统的应用 本专家系统是一套集工作票 操作票 微机闭锁装置功能为一体的智能综合管 理系统 该系统在变电站一次接线图 二次设备图上进行模拟操作 生成相应的工 作票和操作票 并相应生成闭锁装置程序 可以进行模拟演习 培训测试 具有五 防智能检查 声光报警功能 图形 数据库具有网络功能和当地功能 且能与m i s 系统接口 该系统共用开发平台 图形平台 编写语言统一 运行界面统一 便于 管理 便于维护 便于升级 i2 1 本软件的主要特点如下 1 共享的数据平台 本系统充分考虑到工作人员现有的软硬件资源 为现有的系统提供了充分的数 据接口 可以与运行管理中使用的m i s 等系统进行数据交流 实现数据共享 降低 数据维护的成本 避免数据的重复录入 减少工作人员的劳动量 并可以最大限度 的挖掘使用现有系统之间的数据 2 五防 检查系统 该系统的实质是一套专家系统 运行人员按照操作票指定的操作内容和顺序 在主接线图和相关的二次设备元件上进行操作 这些操作将受到 五防 检查系统 的检查 也要受到操作中有无漏项 跳项等检查 如果有违反规程或操作不符合操 作票的规定 立即报警 由此可以杜绝人为恶性事故的发生 可以减轻运行人员开 票时的心理压力 与闭锁电脑钥匙通信 将本软件所生成的操作票中的操作步骤下 载到五防闭锁的电脑钥匙中 工作人员也可选择 五防 功能的有无 3 用户管理 本软件对用户进行分级管理 防止用户越权操作 保障系统安全 用户可分为 超级用户和普通用户 超级用户可以利用软件的图形编辑功能自主添加新建变电 站 增加已有变电站间隔 改变接线等维护工作 并能对用户进行管理 进行用户 的添加和删除等操作 不同的普通用户对不同的变电站具有不同的生成 修改 删 除操作票的权限 使得系统的使用和管理都有很高的安全性 4 统一的运行平台 本系统所构建的分布式 开放式的综合运行平台 将容纳电力系统运行管理所 需的多个系统 包括变电站工作票 操作票和 五防 闭锁等系统 各个系统的数 华北电力大学工程硕士学位论立 据进行集中管理 便于数据的更新 备份和维护 各个系统之间可以充分的进行数 据的共享使用 功能上进行模块化设计 三个系统可以和谐统一地集成为一个系统 又可以自成体系 单独完成各自功能 4 2 系统实现 1 用户登陆 系统启动后便进入主界面 如图4 一i 所示 目4 一l 系统的主界面 选择操作票与防误闭锁程序 便出现用户置录界面如图42 所示 输入密码后 登录 登录后进入图4 3 所示的综合管理界面首页 在界面右上角有目标变电站列 表 选择目标变电站 便进入该变电站的开票界面 图4 4 所示为山东姚家仿真变 电站开票界面 削42 川户登陆界面 华北电力大学二r 程硕士学位论文 0 爵 t 算 f 酗 搀9 j 一 孽 华北电力大学1 程硕 学位论文 2 图形开票 在姚家仿真变电站综合智能管理系统中选择操作票工作下拉菜单 选取图形丌 票选项的丌始创建操作票 如图45 4 6 4 7 和4 8 所示 图4 5 创建操作票 刚4 6e q 建揲作票过程2 华北电力大学工程硕士学位论文 幽4 7 创建操作桨过科3 一 h 月 w 目 f 4 n yo 咄辨 孵 鲁 i 目 h l 口m 目 n l 一且f t l 一日8 1 l a 月m m 1d mi 目m 删48e i 建操作票过程4 在图46 中我们点击设备选择操作任务 然后在图4 7 中选择手动丌票 此时 就可以按照倒闸操作的基本原则在主接线图上进行操作了 系统会自动记录操作步 骤 在操作项目栏内逐条显示出来 如图4 9 所示 2 2 华北电力大学工程硕士学位论文 削4 9 创建撑作票过程5 在开票过程中不仅能进行一次设备的操作 也可加入二次设备操作以及验电 挂接地线等操作 如4 1 0 4 一l l 所示 幽4 l o 创建操作粟过程6 华北电力大学工程硕士学位论文 凹4 1 l 创建操作票过程7 操作票外出后如有不完善项 可进行编辑 手动修改 如图4 一1 2 所示 h4 12 创建撵作票过程8 修改完成后 点击开票按钮 进行开票 如图4 1 3 所示 固团豳 i 庙虱l i 匝圃l 忙受五 j 图4l3 创建撵作票过程9 华北电力大学工程硕十学位论文 开票成功后 对操作票进行审核 审核过程中如发现遗漏或不完善项 可以进 行编辑修改 对待审的操作票可进行如图4 一1 4 操作 l 堕 翌 碹登 旦型 i 鱼翌一j 坚 照e 图4 1 4 待审撑作票选项功能 审核通过后弹出对话框如图4 l5 所示 幽4 15 审架确认 点击接令操作按钮 进入接令状态 发令人无需用户维护 第一次填写后 系 统将自动记录 并按使用频率降序排列 幽4 1 6 垃奇选项 华北电力大学工程硕士学位论文 点击接令按钮后 系统提示如图4 一1 7 所示 接模拟操作按钮就可以进行模拟 操作了 结束点击工具栏 结束模拟 按钮 将出现提示 如图4 1 9 所示 凹4 1 7 棰拟撵作舢 削4 18 模拟操作项2 幽4 1 9 挂拟操作 砸3 华北i j 土力 学r 程硕士学位论文 最后终结汇报 苎坚一一jl 鱼翌 l 璺 j 图4 2 0 操作柴i j 能选项 除图形开票外 系统还提供了典型票开票 历史票丌票 手工丌票等功能 如 图4 2 i 所示 匝 图形开票 典型票开票 历史景开覃 手工开幕 其他方式 审核打印 搀 管理 模拟操作 终结汇报 保存当前设备状态d 幽牟2 l 操作桑开票选项 操作票丌票审核后 可以连接打印机预览 打印 如图4 2 2 图4 2 3 为打印 的操作票 崩4 2 2 操作架打印选项 华北电力火学工稃硕士学位论文 编号 预目t 2o o 一0 5 一o 倒闸操作票 年月操作开始时间日时分 操作结束时间 日时分 操作任务 0 0 2 我露开 恙接1 参停电 记号顺序 储作乓 且 时闭 l掼 i l 掉馆 2略开0 0 2 授壹0 0 2 确巳醑开 t 捡壹0 0 2 确巴断开 5掩开0 0 2 6 抟壹0 0 2 确巳幢开 7 捡壹0 0 2 确巳挖开 0 拖开0 0 2j 接壹0 0 2 l 确巳杭开 i o 接壹o o z l 确巳抗开 i l瞬开0 0 2 让金皎0 0 2 开关交洗电压开荚 i2曙开0 0 2 让金皎0 0 2 开美授翻电碌开荚 l 世明让金皎0 0 2 一 刀闸皎露倒砖元电压 l 在钛金钱0 0 2 一 刀闸丧露伽挂接 地线 l5 世明让金钱0 0 2 一 刀问与开美两确j 匕电压 i 特明让金钱0 0 2 一 刀闸与开篾研确元电压 l7 丧1 i l 金噍0 0 2 一 刀向导开美两挂棱 地曳 l l 世明镀金皎0 0 2 一l 刀闻哥开美同璃元电压 i 在钛金皎0 0 2 一l 刀闸与开天嗣挂接 地丧 2 0挂艉 2 l 硷童c 扳 备注 操作人 监护人 值班负责人 图4 2 3 打印的操作票 3 操作票管理与统计 操作票的管理与统计是变电站管理中一项非常重要的工作 由于电网的结构在 很长的时间内相对稳定 一些历史票对