（电力系统及其自动化专业论文）变电站操作票管理系统研究.pdf

a b s t r a c t t h ee l e c t r i cs w i t c h i n go p e r a t i o no r d e ri n s t i t u t i o no ft h ep o w e rs y s t e mi sa n i m p o r t a n tm e a s u r et o e n s u r et h es e c u r i t ya n ds t a b i l i t yo ft h es y s t e m w i t ht h e d e v e l o p i n g o ft h ep o w e rs y s t e ma n dt h ee l e c t r i cp o t e n t i a l ，t h et r a d i t i o n a lh a n d _ w r i t t e n s h e e t sc a nn ol o n g e rm e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h es a f e t yi no p e r a t i n gt h ep o w e r s y s t e m t h em e a s u r et oo p e r a t et h ep o w e rs y s t e ma u t o m a t i c l ya n di n t e l l i g e n t l yh a s b e c o m et h em a i nt r e n do ft h ed e v e l o p m e n to ft h es y s t e m i nt h i sp a p e r , i tc u tt h eo p e r a t i o nt a s ki n t om u l t i p l es u b t a s k si no r d e r t os o l v et h e d i f f i c u l t yi nu s i n gt h ei n i t i a ls t a t ea n dt a r g e ts t a t et or e p r e s e n tt h er e p e a ti t e mo f t h e o p e r a t i o nt a s k i nt h ea u t o m a t i cs y s t e m ，i td e v i d e st h er u l e si n t ot h ef i r s ta n dt h e s e c o n do p e r a t i n gs e q u e n c e i ta t t a c h e dt h es e c o n do p e r a t i n gs e q u e n c ei n f e r e n c et ot h el u s t o p e r a t i n gs e q u e n c ei n f e r e n c e i td e v e l o p e da ne q u i p m e n ts e a r c hs t r a t e g y i n f e r e n c e e n g i n ew i t hi n t e l l i g e n te n l i g h t e n i n gi n f o r m a t i o nr e c e i p tw i t hh i g hs p e e da n dh i g h s u c c e s sr a t ea n dd e v e l o p e das e to fp r a c t i c a la u t o m a t i ce l e c t r i cs w i t c h i n go p e r a t i o n o r d e rs y s t e m w i t hf r i e n d l yi n t e r f a c e ，c a na u t o m a t i c l yp r o c e s s i n gr e g u l a t i o n e x a m i n a t i o nt oe n s u r et h ea c c u r a c yo ft h eo p e r a t i o ns t e p s b a s e do nb | sm o d e ld e s i g n ，u s i n g n e ts o f t w a r ep l a t f o r m ，i th a sd e v e l o p e da s y s t e mo ft h e e l e c t r i cs w i t c h i n go p e r a t i o no r d e rs y s t e mu t i l i t y t h es y s t e mh a s r e a l i z e dt oc o m p l e t ei nf i l l i n g ，s i g n a t u r ea n da p p r o v i f i gt h eo p e r a t i o no r d e r , a n ds oo n w i t hs t a n d a r dw e bb r o w s e r t h es y s t e mp r o v i d e ss u p p l y i n gt h es h e e t sa u t o m a t i c ，a n d t h er e a l i z a t i o no ft h el i m i t so ft h ea u t h o r i t yi nt h eo p e r a t i o ns y s t e ma n dp r o v i d e s d i f f e r e n tl e v e l so fc o n t r o la n dm a n a g e m e n ti nt h eo p e r a t i o ns y s t e m a sa r e s u l to ft h e r e a l i z a t i o no ft h es y s t e mt oa c h i e v et h ed e l i v e r yo ft h es h e e t si nt 1 1 ew e b ，t h ew r i t i n g o ft h es h e e t sw i t hn on o r m sa n ds i g n i n gi m p r o v e st h ew o r ke f f i c i e n c y k e yw o r d s - s u b s t a t i o ne l e c t r i c a u t o m a t i c ；s t r a t e g yi n f e r e n c ee n g i n e ； s w i t c h i n go p e r a t i o no r d e rs h e e t s ；b sm o d e s ； t h ee l e c t r i cs w i t c h i n go p e r a t i o no r d e rs y s t e m 独创性声明 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和取得的 研究成果，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，也不包含为获得墨鲞苤堂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：阅日孑辰签字日期：沙绎月子日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 蒙，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借闲。同意学校 i = ；i 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 擘位论文作者签名：阎日君辰导师签名：名烟舀 釜字日期：汐勺7 年月日签字日期：砂夕年 乡月尹日 第一章绪论 1 1 课题的背景和意义 第一章绪论 众所周知，电力工业是国民经济的先行和基础产业，电力系统的稳定运行与 国民经济的各部门及人民日常生活有着极为密切的关系。提高工作效率，降低设 备维护及故障处理时间，保证供电可靠性，成为电力企业面临的一个重要任务。 电力行业用电量不断增加的同时，质量要求也越来越高，为了达到上述要求，必 须采取相应的安全组织措施，而在发电厂、变电站等电力企业的倒闸操作和电气 设备的检修工作中使用的操作票就是其中的重要措施【4 。 倒闸操作是变电站运行值班人员的一项重要工作。它关系着变电站及电力系 统的安全运行，也关系着电气设备上正在工作的工作人员的生命及操作人员本身 的安全。误操作可能造成全变电站停电，甚至扩大到整个电力系统，使系统瓦解。 而且，倒闸操作是一项比较复杂的工作，既有一次回路的操作，也有二次回路的 操作，操作项目繁多，多达几十乃至上百项操作，稍有疏忽，就会造成事故。因 此正确的倒闸操作具有十分重要的意义。 传统的倒闸操作票是由值班人员手工填写的。为了保证其正确性，一般要由 操作监护人、班长、值班长等几个层次的审核手工填写操作票的方式有许多缺 点，如下： 1 手工编写操作票非常烦琐，工作强度大，对值班人员带来很大的精神压力 和负担。要编写出一张正确无误的操作票，值班人员必须具有较高的电力专业知 识水平和丰富的经验，对电网结构、当前运行方式、电力设备、继电保护以及电 力有关规程要非常熟悉。而且他们必须不受环境、时间、健康和情绪等因素的影 响，始终保持高度的注意力。 2 手工编写操作票，开票时间较长。如果操作票有几十项甚至上百项内容， 则工作量会很大，填写一张操作票需要很长时间，由于操作票中不仅不允许错项、 漏项和项目顺序颠倒，而且不允许涂改，一旦出现错误，该操作票就应该作废重 写，从而使填票的时间变长，影响检修电网设备和恢复送电等工作，对电网的安 全、稳定运行不利。 3 手工填写操作票无法保证每张操作票的正确性。如果正确性不高，一旦站 内发生误操作事故，很可能引起严重的后果。 第一章绪论 4 目前1 1 0 k v 及以下电压等级变电站趋向于无人值班变电站，其倒闸操作 采用专职负责模式。个维护操作队要负责十来个变电站，如果仍用人手工编写 操作票，劳动强度大，而且有时候根本来不及。 5 。随着电网的飞速发展，系统电网结构越来越复杂，电网自动化水平不断提 高，电网操作愈加复杂和频繁，传统的填写操作票的方法由于随意性大，耗时多， 差错率和作废率高，效率低，己经不能适应电网安全运行的要求。 近年来，随着计算机在电力系统厂、站中的广泛运用，操作票自动生成专家 系统应运而生。用专家系统来完成填写操作票的工作，不仅能够排除运行人员由 于运行经验不足，专业知识有限等客观因素的影响，而且可以避免人为的偶然性 错误，快速、准确地开出倒闸操作票，从而为正确、及时地进行倒闸操作奠定了 基础，同时也为操作票的标准化管理提供了方便。与传统的手工开票方式相比， 实行计算机填写操作票的优越性主要体现在以下几个方面： 1 开票速度快，操作票规范、整洁。 2 能够直观反映当前一、二次设备运行状态。 3 提高了变电运行人员电气设备倒闸操作工作效率，保证了电气设备检修的 有效时间。 4 实现变电站、厂电气设备倒闸操作票的智能自动管理。 5 帮助变电运行值班人员对即将进行的电气设备倒闸操作有一个全过程的 了解。 6 方便变电运行值班工查看电气设备典型倒闸操作票。 7 便于电气设备倒闸操作票的审查、统计和管理 8 便于加强变电运行值班人员基本技能的培训。 因此，变电站操作票专家系统的研究对减轻值班人员劳动强度，加快开票速 度，减少开票的出错率，提高电力系统的安全稳定运行水平具有非常重要的意义 【1 5 】。 1 2 国内外研究动态及发展水平 国外关于电气工作票的研究很少，对操作票管理系统的研究也较少，从现有 的文章看大部分都集中在“s w i t c h i n gs e q u e n c e 的设计上，从i e e e i e e e l e c t r o n i cl i b r a r y 中检索到的文章不多，近几年发表的关文章更是凤毛麟角。就 已报道的研究成果来看，他们所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，实现起来比 较容易，其中较早出现的操作票系统有日本的t a k a s h ia b e 等人开发的v i r g o 操 2 第一章绪论 作票系统。它采用知识描述语言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。所设计的电气设备类型仅限于三种：母线、线路、变压器， 而且形成的操作票中不涉及保护压板的投停，也未涉及安全自动装置的运行管 理。国内对这个问题的研究比较活跃，近几年发表的文章和取得的应用成果也比 较多。这可能和国内电网自动化水平低，误操作事故时有发生有关【l 2 1 。 对于微机操作票系统来说，通用性和智能性是人们追求的两个主要目标。通 用性通常反映系统维护的工作量，如针对不同厂站进行知识库维护等。而智能性 通常反映系统开票的工作量，如开票中人工干预的程度及出票后的正确度等。目 前微机操作票系统的开票方式主要包括：典型票查询方式、基于图形的开票方式、 专家系统开票方式等，其中专家系统开票方式按其实现方式又可分为产生式推理 方式、开关逻辑控制方式等等。值得指出的是，在实际应用中，一套微机操作票 系统可提供多种开票方式，使用人员可以根据实际情况选择合适的开票方式。下 面对常见的开票方式做简单介绍【l 刁： 1 典型票查询方式 。 用典型操作票建立典型操作票数据库，而后将数以百计的各种操作票进行分 类后存储于数据库中。应用时，按照任务的要求从典型操作票数据库搜索出所需 要的典型操作票，在此基础上根据当时具体情况进行修改，得到实际需要的操作 票。该系统实际上是无具体的知识表达，仅仅是一种操作票数据库结构，不属于 智能型，在早期开发的操作票专家系统和现在投运的m i s 系统中较为常见。 这种方法实现简单，工作人员易于掌握，数据库用户维护平台可以开发得十 分友好，因此使用十分广泛。但是，通常情况下编辑典型票工作量是很大的，而 且这种方式不具有智能性，不能判断开出的操作票内容是否正确。虽然目前应用 广泛，但不应该是微机操作票系统的发展趋势。 2 基于图形的开票方式 利用图形处理技术，拥有逼真、直观的图形化用户界面，模拟电力系统一次、 二次接线图，使调度员能够方便快捷地选择操作任务、操作元件，能够方便地通 过点击相应的元件，人工生成操作票。同时，系统还能根据已有的操作票，自动 模拟操作，给出操作完成之后的状态图。 这类系统一般与规则校验相结合，用户在每次的点击过程中，系统根据所选 操作的初始状态和目标状态调用规则库中该元件的操作规则，如果不满足，则系 统会禁止该操作并报警，这时须找出禁止操作的原因，操作相关设备使之最终满 足规则，而操作其他设备时，又将校验相关规则，如不满足又需要操作另外设备， 如此层层约束，直到遇到某操作的规则满足为止。这种系统在现场也得到较为广 泛的使用。 第一章绪论 但是，这类系统也有其自身缺点，如不能自动推理出操作票，不具备智能性。 因为电力系统中二次设备的操作具有很强的习惯性，所以此类系统也很难做到通 用。另外，此类系统的规则校验对开票的目的不敏感，不能对开票过程中工作人 员的操作进行完全的监督。如对某项业务不熟练，可能造成某些操作重复，由于 其操作可能不违反规则，系统不能给出提示。 3 专家系统开票方式 专家系统是人工智能应用研究最活跃和最广泛的领域之一，在各个领域得到 了广泛的应用，并在应用中得到进一步的发展。在电力行业，目前，国内外的科 研人员也开发了不少操作票专家系统，取得了很多经验。基于专家系统的操作票 自动生成系统，能够实现自动开票，通常情况下也具有比较友好的界而，同时能 与其它开票方式相结合，因此应该是微机操作票系统的主流发展趋势。基于专家 系统的操作票系统的推理方式很多，主要包括基于产生式系统的推理，基于开关 逻辑控制的推理等。 专家系统在操作票系统的应用使得自动开票成为现实，使电网、电厂设备 操作中真正利用了人工智能技术。操作票专家系统经过研究人员和运行人员的不 断改进，实用化水平得到了极大的提高，其有效性已被许多运行人员认可。自动 开票是操作票系统的发展趋势，因此专家系统在自动开票领域的应用受到了很多 关注。但是，目前的操作票专家系统普遍存在的问题是通用性差，不同接线的厂 站或电网需对应不同的源代码程序，开发工作量很大。另外，一些专家系统目前 也只是在研究阶段，即使是比较成熟的专家系统也存在智能化程度的问题，因此， 提高通用性和智能性是开发操作票系统主要任务。 1 3 现存的主要问题 1 系统可维护性 一般的开票系统都是建立在现有的网络结构上，当电网投入新设备时，必须 对数据库进行大规模的改动，这些都很不利于现场人员的维护这样的工作量使 巨大的，对运行人员来说是巨大的工作量。不管是将主接线模板做到程序里还是 做到数据库里，在电网系统突然增加了新的特殊接线形式时，整个操作票系统的 维护对现场运行人员来说将是一个工作量巨大的事情。而且当某地电网既具有正 常操作票和故障操作票系统，两个系统都需要维护时，工作量更是巨大。 2 规则校验的束缚 对操作规则的校验一般仅限于一次设备，而且只对五防规则进行校验。虽然 遵守五防规则是倒闸操作时最重要的原则，但是违反其它规则时同样可能造成严 4 第一章绪论 重的后果。然而，对于故障操作票，它是在系统发生故障情况下进行的，可能需 要一些异常甚至违反“五防”的合理操作，这就需要一个新的符合现场的安全防误 规则。 3 系统维护，升级困难 大多数微机开票系统只适用于单个变电站，无法满足集控中心的需求。现有 的集控站系统采用c s 构架，系统升级维护困难。客户端程序如果要升级或维护， 需要在每个客户端进行，工作量很大，且需要技术人员的支持。 1 4 本文要实现的工作 本文的工作目标是实现一个具有自动推理功能的变电站操作票管理系统。 本文主要解决的关键问题有： 1 本文综合考虑自动开票问题，研究变电站操作票开票系统中的知识表示问 题，采用适合的知识表示方法。把知识库与推理机完全分开，使用户可以根据本 厂站的发展而添加、删除、修改一、二次设备及操作任务、操作规则等知识，使 知识库不断发展完善。 2 把一个操作任务看作由多个操作子任务构成，且用系统的一、二次设备的 运行状态表示操作子任务。这样既把复杂的操作任务变成多个简单的操作任务之 和，又符合运行人员开票时的思维习惯。 3 减轻用户对数据的维护。通过选择一种或几种设备状态来完成操作任务目 标态的设置；将基于设备编码的模板技术应用于设备状态维护、操作任务维护、 操作规则维护等模块中；把抽象的规则“翻译”成易于理解的近似自然语言的形 式。 4 研制一套基于b s 模式的实用操作票系统。用户通过浏览器登录本系统可 完成操作票的填写、签发、审批等工作。实现操作票流转过程中不同级别权限的 控制和对已经执行完毕操作票的管理。 第二章倒闸操作和操作票的基本知识 第二章倒闸操作和操作票的基本知识 2 1 倒闸操作的基本原则 变电所电气设备可分为四种状态：运行状态，热备用状态，冷备用状态，检 修状态。倒闸操作遵循的基本规律按如下状态顺序转换：当设备由运行状态转为 检修状态时，其顺序由运行状态热备用状态专冷备用状态专检修状态：反之设 备由检修转为运行时，其顺序由检修状态专冷备用状态专热备用状态专运行状态 【2 0 】 o 1 运行状态：是指设备的隔离开关及断路器都在合上位置，将电源至受电端 间的电路接通( 包括辅助设备，如电压互感器，避雷针等投入) 。 2 热备用状态：是指设备只靠断路器断开而隔离开关仍在合上位置，其特点 是断路器一经合闸操作，即可投入运行状态。 3 冷备用状态：是指设备的断路器及隔离开关( 如实际接线中存在) 都在断开 位置，手车式断路器及隔离开关，应退出至“试验位置”。其显著特点是该设备( 如 断路器) 与其它带电部分之间有明显的断开点。 4 检修状态：是指所有的断路器和隔离开关均断开。验电并装好工作拉线或 合上接地隔离开关( 包括挂好标示牌，临时装好遮拦等) ，表示设备作为“检修状 态”。根据设备的不同，“检修状态”可分为断路器检修，线路检修，母线检修和 变压器检修。 倒闸操作是一项重要而复杂的操作，关系到电力系统的设备、供电和人身的 安全。要特别防止带负荷拉合隔离开关、误拉合断路器、带电挂地线、带地线合 闸、误入带电间隔等恶性事故产生( 合称为“五防 ) ，以及非同期合闸和错停负 荷等。除了上述一次回路的操作外，还有许多单独进行的二次回路设备的操作， 如改变继电保护的运行方式及定值等。 在倒闸操作时，应遵循下列具体原则： i 拉合闸时，必须用断路器接通或断开负荷电流及短路电流，绝对禁止用 隔离开关切断负荷电流。 2 在合闸时，应先从电源侧进行，在检查断路器确在断开位置后，先合上 母线侧隔离开关，后合上负荷侧隔离开关，再合上断路器。 3 在拉闸时，应先从负荷侧进行，拉开断路器后，检查断路器确在断开位 置，然后再拉开负荷侧隔离开关，最后拉开电源侧隔离开关。对两侧具有断路器 6 第二章倒闸操作和操作票的基本知识 的变压器而言，在停电时应先断开负荷侧断路器切断负荷电流，后断开电源侧断 路器切断变压器空载电流。 4 在倒母线时，隔离开关的拉合步骤是先逐合上需要转换至一组母线上 的隔离开关，然后逐一拉开在另一组母线上运行的隔离开关。 5 在回路中未设置断路器时，可允许用隔离开关进行某些操作。 6 利用等电位原理，可以拉合无阻抗的并联支路。 2 2 填写操作票的要求 电气操作票是在给定操作任务的情况下，一些电气设备由当前运行状态切换 到目标状态时，遵守操作规则而形成的一系列操作命令的有序集合。电气操作票 制度是我国电力系统运行管理中一种防止误操作的有效安全措施。各种误操作引 发不少的设备损坏、停电及人员伤亡的严重事故，经常是由于不合格的操作票或 不严格执行操作票引起的，为此必须高度重视操作票的填写和贯彻【乃】。 1 0 k v 及以上设备的倒闸操作时，必须按照电业安全规程填写统一操作 票，内容主要包括一、二次回路各器件的操作和检查其状态，应在有序的步骤中 进行。 填写操作票时，下列各项应作为单独项填入： 1 拉，合断路器。 2 拉，合隔离开关。 3 为了防止误操作，在操作前对其设备运行位置所必须进行的项目检查， 应在检查后立即进行该项目操作。应明确验电及装拆接地线的地点及编号( 拉， 合接地隔离开关的编号) ，其中每项验电及装设接地线( 合接地隔离开关) 应列入一 项，接地开关操作后，应检查完好性。 4 检修结束恢复送电前，对送电范围内是否遗留有接线应进行检查。 5 两个并列运行的回路，当需要停下其中一回路而将负载转移至另一回路 时，操作前对另一回路所带负载情况是否正常进行检查。 6 取，放控制回路，电压回路，互感器回路保险。 7 停用保护回路，电压回路连接片和投入保护回路连接片。 2 3 操作任务和操作要点分析 操作任务按电气设备类型的分类如表2 1 所示： 7 第二章倒闸操作和操作票的基本知识 表2 - 1 操作任务的分类 操作设备。 操作任务 1 线路( 包括线路上的开关)1 ) 线路停电检修 2 ) 线路维修完成后送电 3 ) 线路开关停电检修 4 ) 线路开关维修完毕送电 5 ) 将某线路负荷调至另一线路运行 6 ) 线路恢复正常运行 2 开关 1 ) ( 线路) 开关停电检修 2 ) ( 线路) 开关维修完毕送电 3 ) ( 母联) 开关停电检修 4 ) ( 母联) 开关维修完毕备用 5 ) ( 线路) 开关停电检修，线路由旁路代路运 行 6 ) ( 线路) 开关维修完毕，恢复原运行方式 3 母线 1 ) 将工作母线上的负荷倒换至备用母线上 供电，工作母线停电检修 2 ) 工作母线维修完毕送电，备用母线转备用 3 ) 母线停电检修 4 ) 母线维修完毕送电 4 主变1 ) 主变停电检修 2 ) 主变维修完毕送电 5 所变1 ) 所用变倒至其他所用变运行，所用变停电 检修 2 ) 所用变维修完毕送电 6 p t 1 ) p t 停电检修 2 ) p t 维修完毕送电 以下是针对各种不同的操作任务的操作要点分析： 1 变压器停、送电的操作 空载拉、合主变压器时，应先将主变压器11 0 k v 及以上系统侧的中性点接地 刀闸推上，以防止出现操作过电压危及变压器绝缘；主变压器送电时，应先从电 源侧充电，再送负荷侧。当两侧或三侧均有电源时，应先从高压侧充电，再送低 第二章倒闸操作和操作票的基本知识 压侧；停电操作时，先停负荷侧，后停电源侧：当两侧或三侧均有电源时，先停 低压侧，后停高压侧。 2 单母线停电的操作 对于单母线停电备用操作，断开接至该母线上的所有断路器( 先断负荷侧， 后断电源侧) ，可不拉开母线电压互感器和接至该母线上的所用变压器侧隔离开 关，但必须取下电压互感器低压侧熔断器熔丝，拉开所用变压器低压侧隔离开关。 对于单母线停电检修操作，断开接至该母线上的所有开关( 先断负荷侧，后断电 源侧) ，拉开所有断路器两侧的隔离开关，将母线电压互感器和接至该母线上的 所用变压器从高、低侧断开，对母线上的工作地点验电接地。6 - l o k v 母线停电操 作时，禁止在带电的空母线状态下拉、推电压互感器或所用变压器高压侧隔离开 关，以防止出现操作过电压。 3 双母线的操作 倒母线时断路器和隔离开关的操作应该注意以下事项：倒母线前，必须检查 两条母线确在并列运行状态，这是实现等电位操作倒母线必备的重要安全技术措 施；倒母线前，还应将母联断路器的直流操作熔断器的熔丝取下。倒母线操作 时，母线侧隔离开关的操作可采用两种倒换方式：逐一单元倒换方式，即推上 一组备用母线上的母线侧隔离开关后，就立即拉开相应一组工作母线的母线侧隔 离开关：全部单元倒换方式，即把全部备用母线的母线侧隔离开关推上后，再 拉开全部工作母线的母线侧隔离开关。一般情况下，都应采用第二种操作方式。 双母线同时工作时，一条母线停电的操作应该注意以下事项：将欲退出的母线停 电，母线上无工作时，可不拉开母线上的电压互感器高压侧隔离开关，但必须取 下电压互感器二次熔丝；母线上有工作时，应拉开母线上的电压互感器高压侧隔 离开关，并在工作地点验电接地。 4 电压互感器停电的操作 先停用接入该互感器二次回路中可能误动的保护或自动装置，或进行二次电 压切换；当双母线、单母分段母线并列运行时，可将停运电压互感器所带的继电 保护、自动装置电压回路切换至另一台电压互感器，然后再停运电压互感器：取 下电压互感器低压侧熔丝或断开低压自动空气开关，然后拉开其高压侧隔离开 关；在电压互感器与其高压侧隔离开关之间验电接地，对于6 1 0 k v 电压互感器可 在其高压侧隔离开关动触头上装上一组绝缘罩。强调的是：电压互感器停电应从 一次、二次全部断开电源，防止电压互感器二次反供电；一定要先停低压后停高 压，送电时与此相反。 9 第三章自动开票系统的设计与实现 第三章自动开票系统的设计与实现 自动开票系统的智能程度很高，用户指定操作任务，系统就能根据电网结构 及操作规则自动推理出正确的操作票来。 3 1 知识表示方法 为了使智能系统能像人类专家那样处理和解决领域问题，必须从专家那里吸 取足够的知识，而知识必须以适当的形式表示出来才便于在计算机中存储、检索、 使用和修改。对知识工程而言，知识表示是一种符号约定，通过它将人类知识映 射到计算机中【1 h 3 1 。 目前经常使用的表示方法有：一阶谓词、产生式规则、语义网络、框架网络、 p e t r i 网络、定性分析模型、可视知识模型、神经网络、不确定性知识模型等。 对于任何一个给定的问题，一般都有多种等价的表示方法，但它们表示的效 果一般来说是不同的。在确定采用何种表示法时，应考虑它是否能充分地表示领 域知识，是否有利于知识的管理、维护和计算机实现等因素。 产生式可以用于表示具有因果关系的知识，其基本形式： 礤pt h e nq 产8 ( 前提条件) 一( 结论或动作) 这里，尸代表一组前提或条件( 又称前件) ，9 代表若干结论或动作( 又称后 件) 。其含义为：如果前提尸满足，则可推出结论口或执行口所规定的动作。 例如：i f 动物会飞a n d 会下蛋t h e n 该动物是鸟 把一组产生式规则放在一起，让一个产生式的结论供给另一个产生式作为前 提使用，从而得到问题的解决，这样的系统称为产生式系统。一个产生式系统由 规则库、数据库和推理机三个基本部分组成，如图3 1 所示。 推理机 规则库数据库 图3 - 1 产生式系统 1 0 第三章自动开票系统的设计与实现 规则库由一组产生式规则组成，反映领域知识。 数据库又称为事实库、上下文、黑板等，是一个类似子缓冲器的数据结构， 用于存放问题求解过程中的各种当前信息，例如问题的初始状态、推理得到的中 间结论及最终结论等。某些事实匹配时，产生式规则被激活，并把其结论放人到 数据库中。因此，数据库的内容是在不断变化的，是动态的。 推理机是一组软件程序，负责整个产生式系统的运行。粗略地说，它要做以 下几项工作： ( 1 ) 匹配就是把数据库中的事实与规则的前提进行比较，如果二者一致， 称为匹配成功，相应的规则称为可用的；否则称为匹配不成功，相应的规则称为 不可用的。 ( 2 ) 冲突解决匹配成功的规则可能不止一条，此时称为发生了冲突。推理 机必须有相应的解决冲突的策略，通常采用优先级的方法从中选出一条执行。 ( 3 ) 操作在执行某一条规则时，如果规则的后件是一个或多个结论，就把 这些结论加入到数据库中，如果规则的后件是一个或多个操作，则执行这些操作。 本文的操作票自动推理系统采用的即是产生式规则法【4 】。 3 2 自动开票系统知识库设计 在变电站的防误闭锁装置当中，运用“五防闭锁逻辑”能够有效地防止操作 当中的三类重大的误操作事故。本文在这个的基础上针对操作规则进行了扩展， 也取得了较为满意的效果。那么我们能否可以直接采用这样的知识表示方法来应 用于自动开票系统当中呢? 针对变电站当中的设备、操作术语等陈述性的知识，这样做当然是可以的。 可是，对于操作任务以及操作规则这些程序性知识来说，它们是否适合被用于推 理还需要具体地分析。 设备的操作规则应该是这样表示的：首先对操作任务加以分类( 如：线路的一 般任务、倒母线的任务等，用户也可以根据实际情况添加其它类别的任务) ，对 每一个一次设备的每一种操作( 如开、合) ，都制定一个相应的操作规则，这个规 则实际上就是操作这个设备时所必须满足的条件，使用与这个设备相关的其它设 备的运行状态所构成的逻辑表达式来加以表示。由于对规则做了进一步的细分， 所以不仅能够表示其它的一次设备对这次操作的约束，还能够表示相关的二次设 备、检查、验电等操作对这次操作的约束。 针对某些二次设备的操作，我们也可以按照上面的办法来指定操作规则。但 是，总的来说，二次设备的操作并不像一次设备那样拥有明确的相互闭锁的关系。 第三章自动开票系统的设计与实现 并且在一个变电站中，二次设备的数量大大地超过了一次设备的数量，针对每个 二次设备都指定像这样的规则也是不太现实的。 此外，操作票当中还涉及蓍大量的检查、验电等操作项，在自动开票系统当 中要实现计算机推理出包括这种操作项的完整的操作票来，也必然要求对这类操 作制定相应的规则。 3 2 1 操作规则的知识表示与实现 据统计，在所有变电站的误操作中，有五种误操作，包括：误拉台断路器 带负荷拉合隔离开关 带电挂地线( 或带电台接地刀闸) 带地线台闸 误入 带电间隔，可以占到电气误操作事故的7 帆以上，而且性质恶劣，后果严重- 因 此它们是我们防止误操作的重点。 这五种误操作中，对于第 种的判断误操作的知识，可以用逻辑公式表 示，而对于第和种则不能用逻辑关系来表示。但是习惯上爱们还是用“五防 逻辑”来表示这二种逻辑闭锁关系。“五防逻辑”的原理是这样的，即操作一个 开关或刀闸时( 一般有开、合两种情况) ，要看相关的其它设备当前的运行状态， 就是说每个设备的开、台都要受到其他设备运行状态的约束。具体实现时，可以 把这些相关的设备运行状态用与或非组成一个逻辑公式，当这个公式的值为“真” 或“1 ”时，可以操作此设备，为“假”或“0 ”时不能操作。 口k g l。 。广_ o z z。 d z 5 二 二二二二 以图3 - 2 所示的双母线接线方式为例。当开关k g l 所在的间隔处于停电状 态，即d z 3 ，k g l d z l ，d z 2 都为打开状态，如果执行送电任务，使k g l 接于i 母线运行，则操作线路侧刀闸d z 3 使其合上时，要求k g i 开、d z i 台、d z 2 开 用逻辑公式可以表示成： 第三章自动开票系统的设计与实现 f ( d z 3 ) = ( x o o ( d z o ( z ) z 2 ) 经过多年的实践，利用“五防逻辑 来构成操作设备之间的相互闭锁关系， 确实是防误操作行之有效的措施。由此我们想到，在开票时，也可以引入这种逻 辑公式，在操作一个设备时，先要检验此设备当前的操作逻辑是否符合要求。但 是，简单地把五防逻辑公式拿来用于操作票中是不能满足开票要求的，这是因为： 首先，五防逻辑公式只能防止上述的误操作，但是开列操作票的规则却远远 不只是上述这几种。五防逻辑公式中只包含了相关的一次设备的运行状态，而开 列操作票时，操作的设备既有一次设备，又有二次设备：操作某设备时，既要考 虑相关的一次设备的运行状态，还要考虑相关的二次设备的运行状态。 其次，五防逻辑规则只和设备状态有关，而用于形成操作顺序的逻辑规则除 与设备状态有关外，还与操作任务有关。例如：双母线接线方式中，当操作任务 为“线路送电时”，执行操作“合上刀闸d z l ”时，要求相关设备的运行状态为：d z 2 为开，k g l 为开，d z 3 为开：当操作任务为“把线路由i 母倒到母运行”，执 行操作“合上刀闸d z l 时，要求相关设备的运行状态为：d z 2 为合，k g 2 为合， d z 4 为合，d z 5 为合。 再者，操作票中除了包含对一二次设备的“开 、“合”等实际的操作外，还 有一些检查、验电等的辅助操作。如有些变电站的运行规程规定：在拉开刀闸前， 要先检查开关确在打开的位置。类似这样的检查项在五防逻辑公式中也是无法描 述的。 值得注意的是，在对一个设备进行操作时，可能会受到多方面的限制，比如， 打开一个线路刀闸时，首先要遵守五防闭锁规则，另外可能还要看是否已经检查 过开关在打开位置。很显然这些规则对防误操作的重要性是不同的。在操作中违 反五防规则，必然会造成严重的事故，而规定“拉开刀闸前检查开关在打开位置” 是为了进一步确认开关已经打开，即使不执行“检查开关确已打开”这步检查项 就拉开刀闸，一般也不会发生事故。 所以，根据违反规则可能造成的后果的严重程度，我们又把规则分成两个 层次：“五防规则”和“其它规则”，这样，在对某个设备操作时，首先检查是否 满足“五防规则 ，如果不满足就不能操作，如果满足就再看是否满足“其它规 则，满足就形成一条操作项，不满足则给出提示，用户选择“忽略 后也会形 成一条操作项，而用户选择“确认”后不会形成操作项，生成相应的操作项后， 再执行此次操作时，操作规则就得到满足，不会出现提示了。 由以上的分析可以知道，用逻辑表达式来表示一次设备的操作规则是比较令 人满意的。但是这种方式对于二次设备来说就不太合适，因此必须对二次设备的 操作规则寻找恰当的知识表示方式。 第三章自动开票系统的设计与实现 让我们先来看一下倒闸操作时继电保护及自动装置的相关使用原n - 1 设备不允许在无保护状态下运行。停电时，应该先停一次设备，后停保护 及自动装置：送电时顺序则相反。即保护和自动装置在次设备操作的过程中要 始终地加以应用。( 操作过程容易误动的保护及自动装置不在此列) 。 2 倒闸操作将影响到某些保护的工作条件和工作原理，可能引起误动时应 当提前被停用。如在电压互感器停电之前，有关设备的低电压保护应该被停用。 3 设备虽然已经停电，但在它的保护动作( 包括校验、传动) 之后，仍会引 起运行设备开关跳闸的情况下，也要先将有关保护停用，压板断开。 由此可见，二次设备的操作是围绕着一次设备来进行的，是为一次设备来服 务的。所以，我们以“操作一个一次主设备的时候，二次设备应当具备什么样的 条件和状态”为核心，来构造二次设备的操作规则库。 按照以上的原则，我们在o r a c l e 数据库中创建了“操作规则表”和“操作规 则附表来分别来存放一、二次设备的操作规则。 操作规则表的结构形式是：( 设备代码；操作性质；操作任务：操作规则一； 操作规则二；顺序因子；位置 ；操作规则附表的结构形式是： 设备代码；设备 名称；设备目标状态；顺序因子；位置) 。 1 “设备名称”是一次或二次设备的实际名称。 2 “设备目标状态”应当是实际一次或二次设备的运行状态。 操作票当中常常有一些检查、验电和检测等辅助的操作步骤，并不改变设备 的运行状态，它们的作用也是为一次设备操作来服务的，本文把这类操作的规则 也通通放在操作规则附表中。它们与二次设备的实际操作是通过设备目标状态来 加以区分的，当设备目标状态是以“x ”开头时，均表示检查验电等操作项，否则 就是表示二次设备的实际操作项。这里，x 0 表示检o f f ，x 1 表示检o n ，x 2 表示 验电，x 3 表示检测。 3 “位置”属性表明此二次操作在一次设备操作的前、后关系； 4 “顺序因子”表示同在一次设备操作之前或之后的二次操作的顺序关系， 用来解决推理当中的顺序的矛盾，具体应用见后文解释。 5 “操作性质”表示“开”、“合”等操作，可以分别用“1 ”、”0 ”等来代表，操 作性质也可以认为是此设各操作后的目标运行状态，即操作性质既可以表示操作 木身，也可以表示操作后的结果。 6 “操作任务类别”分为：线路一般任务、倒母线任务、变压器一般任务等等， 可以由用户根据实际情况添加。如：当线路开关发生异常，可以针对旁路带母线 或利用母联开关串带停电后将异常开关转检修的处理方法。 7 “规则表达式”的基木形式为： 1 4 第三章自动开票系统的设计与实现 ( x i 等于不等于y i ) 逻辑运算符1 ( x 2 等于不等于y 2 ) ( ) 逻辑运算符i i ( x n 等于不等于y n ) 其中x n 代表一、二次设备，y n 既可以代表一二次设备的运行状态，也可 以代表“检o f f ”，“检o n ，“验电”、“检测”四种辅助操作的结果。 由于倒闸操作一般都是通过对设备进行开、合( 如开关、刀闸) 和投、切( 如 保护压板、保险) 来实现，设备的运行状态也只有开与合两种，所以检查项也多 是检查开和检查合两类，这样我们特设了“检o f f ”和“检o n ”来代表这两类 检查项。“验电”操作也是倒闸操作中较多的一类操作。“检测”可以代表一种与 被操作设备紧密相关的除“检o n ”和“检o f f ”之外的检查或者测试项。逻辑 运算符可以是“与”、“或”、“非三种逻辑操作。 我们将二次操作规则放到操作规则附表当中，表达的含义是：在某类操作任 务情况下，操作某个一次设备的前、后都应该有哪些二次项的操作。但是二次的 操作往往还与具体的操作任务紧密联系。也就是说，对于某些二次操作来说，“某 类操作任务这个前提所给的范围有时还是比较大。对像这样的一些与具体的操 作任务紧密联系的二次操作来说，只有加入具体的操作任务的信息才可以表示它 们的操作规则。由于和具体任务相关，所以也只有在针对具体的操作任务进行设 置时来设置这类规则。其中，位置和顺序因子的意思和操作规则附表中相一致， 位置当中增加了可以在票的最前和最后的两个可选项。 3 2 2 操作任务的知识表示与实现 当然，同操作规则表相同，我们也需要制作出一个任务目标态表来，所有需 要的信息都把它们存放在同一个表中，只要从中取它所需要的信息就可以。 电力系统中运行的电气设备，常常遇到检修、调试及消除缺陷的工作，这就 需要改变电气设备的运行状态或改变电力系统的运行方式，这是通过倒闸操作来 完成的。一个操作任务就代表了电气设备从一种状态到另一种状态或者系统从一 种运行方式到另一种运行方式的过程。 操作任务执行前的设备状态集合，称为初始态，操作任务执行后的设备状态 集合，称为目标态。因此，操作任务可用初始态+ 目标态来表示。这样在开票前 可以将此时系统运行状态与操作任务指定的初始态进行比较，不一致时要给出提 示：在开票过程中，或开票结束时，校验是否达到目标态，提示未达到目标态的 设备。操作任务的初始态如果没有指定，可以不作判断，直接从当前系统运行状 态开始开票，操作任务的目标态必须指定。 但是，一个变电站的可操作设备有成千上万种，是把所有设备的状态都要记 录下来呢，还是只需要把其中一部分设备的状态记录下来就可以呢? 如果只需要 第三章自动开票系统的设计与实现 记录一部分设备的状态，那么这部分设备的范围是如何确定的呢? 根据部颁d l 4 0 8 - 9 1 电业安全工作规程的要求，每张操作票只能填写一个 操作任务( “一个操作任务系指根据同一个操作命令，且为了相同的操作目的 而进行的不间断地倒闸操作过程) ，这样就大大限定了一个操作任务可能涉及的 可操作设备的范围。因此，操作任务可以用与此操作任务相关的初始态和目标态 表示。 但是在变电站的倒闸操作中，有一类操作，比如对母线的充电过程，操作前 和操作后系统的运行状态都是一致的，如果我们也用上述的方法表示，就难以反 映出这类操作的性质。针对这个问题，我们引入操作子任务的概念，即把这种类 型的操作任务人为分成两个子任务，使每个子任务包含的设备只能被操作一次。 这样，每个操作子任务可以用与此操作子任务相关的初始态和目标态表示。由于 前一个子任务的目标态就是后一个子任务的初始态，所以我们只需要给第一个子 任务指定初始态，对其它的子任务只指定目标态就可以了。 当然，除了在上述的情况