谈电力系统继电保护信息管理的图形化平台

1、13/13HYPERLINK /电力系统继电爱护信息治理的图形化平台摘 要：探讨了继电爱护信息治理系统图形化平台的实现，分析了继电爱护图形平台的一、二次图纸、数据结构、拓扑辨识等核心问题。依照对继电爱护图形平台的特点分析提出了基于继电爱护图元的设计方法以及图形与数据的智能关联思想，并依此对继电爱护图纸进行模块分解、定义和存储。依照实际系统的功能需求分析，将继电爱护图纸分解为互相关联的模块序列。据此设计图形化平台能够实现图文技术资料综合治理、继电爱护动作图纸仿真和其它相关的附加功能。开发的广东沙角发电厂C厂和广州变电治理所继电爱护信息治理系统在实际工作中有效地发挥了作用，验证了本文思想和算法的正

2、确性。 关键词： 电力系统；继电爱护；图形化平台；网络拓扑1引言 电力系统继电爱护信息治理是保证电力系统安全运行的重要基础工作，包括继电爱护图纸、定值单、备品备件台账、爱护定检记录、爱护动作正确率统计等方面。随着计算机技术在电力系统应用的深入和普及，继电爱护信息治理的许多工作都已使用计算机和网络进行处理，如继电爱护整定计算程序、AutoCAD绘制爱护图纸、爱护定值的数据库治理等。然而，由于缺乏统一规划，以上各项工作往往是分散独立实现的，各功能模块的数据格式和操作平台互不支持，从而造成了继电爱护信息治理工作的混乱。由于设备更新和接线变更而造成同一个系统的图纸、文件不一致，给安全生产带来隐患。 由

3、于继电爱护专业的复杂性、权威性和对电力系统安全的特不重要性，有必要对继电爱护信息治理的各方面工作进行统一规划，建立基于统一平台的继电爱护信息治理系统。而其中的重点难点是继电爱护图纸的治理。为此，本文提出了一种基于继电爱护图纸的继电爱护信息治理的图形化平台，利用图形化的方法把继电爱护各环节的复杂逻辑和大量信息直观形象地用图文并茂的形式表达出来。同时，利用继电爱护图纸作为纽带，将继电爱护信息治理的其它工作有机地联系起来，设计了统一的数据和图纸规范，实现信息共享。另一方面，这一平台又要有足够的通用性和可扩展性，能够方便地挂接各种继电爱护信息治理模块，能够在MIS系统上运行，能够方便用户进行维护和自行

4、扩展。 本文对继电爱护信息治理的图形化设计模式和具体方法进行了回忆和总结，并分析了继电爱护信息治理图形化平台设计的特点，提出了新的思路。2 继电爱护信息治理图形平台设计的特点分析 继电爱护紧紧联系着电力系统一次和二次系统。由于继电爱护信息治理工作各功能要求的差异性，图形平台设计除了遵循一般系统设计的规律之外，还必须要适应由此而来的一些个性需求。与用于电力系统辅助计算的一次系统的图形化平台相比，这种差异性所带来的设计和实现的难度要大专门多。下面就继电爱护图形平台设计中要考虑的一些特点进行分析。2.1继电爱护的模块化配置及其逻辑约束 现代电力系统的继电爱护种类繁多，然而他们能在一起协同工作的关键是

5、他们遵循了模块化的设计。比如同一个电流爱护，可能包含速断、延时速断、过负荷三段，它们的爱护范围有重叠也有不同，然而依据爱护定值和动作延时就能够使它们各负其责，互相配合补全。不同爱护之间也有逻辑上的约束，比如某些爱护在某些时候要被自动闭锁，某些时候又要解锁。继电爱护系统的这种关联关系实质是其信息治理的核心，也是联系各项治理工作模块的一条主线。因此，图形平台设计应充分体现这一特点。2.2电气联系的强关联和图纸表示的弱关联 继电爱护涉及的二次系统与一次系统之间有着电气上的关联（且称之为“强关联”），然而在工程图纸中，经常出现一次图和二次图是分开表示的情况（且称之为“弱关联”）。“一次设备继电器二次触

6、点爱护出口断路器”在电气上紧密相关，然而图纸上却只有依靠图纸的标注才能够让人们辨识它们之间的关联关系，需要深厚的专业知识和对系统的深入了解才能专门好地理解这些图纸。另外，继电爱护二次图既庞大又复杂，对现场人员的技术素养要求专门高。二次图之间的这种强关联和弱关联也专门常见，如交流回路中的启动继电器与直流回路中的辅助触点之间的关联关系等。许多现场人员看不明白二次图，这要紧是因为继电爱护动作具有一系列的逻辑闭锁和连锁反应。因此，继电爱护图形平台应提供联系这些一二次图纸及其各个元件的索引，为现场人员扫瞄和阅读图纸提供关心。2.3继电爱护二次图纸的不规范 继电爱护信息治理图形平台应提供应用于各工作模块的

7、差不多信息，包括：元件的拓扑关系、主从隶属关系、时序动作逻辑关系等。与用于电力系统辅助分析的一次主接线系统图不同，继电爱护图纸量大面广，制作的时刻跨度可能专门大，也涉及专门多部门，图纸格式和存储介质也不尽一致，等等。所有这些给基于继电爱护图纸的信息提取带来专门大困难，因此图形平台设计应充分考虑继电爱护图纸的以下不规范性。 1) 继电爱护的图纸经常不是一张严格意义的拓扑图，通常只是原理示意图。比如拓扑上的同一个节点，为了布图和人们理解的方便，却经常分开在不同的图纸或者在一个图纸的不同地点表示。因此，不如一次系统图那样可方便地获得拓扑连接关系。 2) 图纸与图纸之间不连续，原本有直接联系的元件因为

8、图纸空间限制，不得不人为地分开画在不同的图纸上，整个图纸系统关联是依靠各种符号和标记。 3) 图纸格式不统一，信息不全甚至有错误，专门多图纸信息需要在后台数据库进行手工修正，如何自动辨识错误信息以及不遗漏每个元件是图形平台设计需应对的难题。 4) 由于历史缘故以及继电爱护治理的专门性要求，有些图纸和文件必须以原始形式扫描的方式存储，以保证其权威性。图形平台应支持这种图纸的输入方式，并实施有效的治理。2.4继电爱护图纸的粒度差异 关于继电爱护信息治理，有的模块可能只需要基于图纸的各种治理功能，那么我们称其分辨粒度是图纸。而有的模块却可能需要分辨粒度是图元，比如要求实现继电器的相关参数的在图查询。

9、这就要求图形平台针对不同的情况应用不同的解决方案。如此才能最大限度利用现有资源，开发出适用的系统。3 继电爱护信息治理图形化平台的图形和数据关联 应该明确的是继电爱护信息治理系统应用对象是宽敞的继电爱护工作人员，因此客户端平台应该要紧是流行而易用的Windows系列操作系统。利用Windows环境，设计开发一个继电爱护图形化系统，现在有专门多种可选的开发工具。关于用户界面设计来讲，快速的可视化开发工具如VB、Delphi，以及同样可视化然而程序执行效率较高的如VC；关于联网数据库的设计，能够选用可视化的通用关系型数据库如Oracle、SQL Server、Sybase；关于网页设计，能够选用各

10、种Html语言编辑工具如MS Visual Interdev等等。此外多媒体的设计在图形化平台中也专门重要，因为这是一个形象生动的表达方法，能够依照用户需求灵活地度身定制。3.1绘图工具及图元的设计 图元的设计是图形化系统的基础。一个专门常用的方法是自己设计一个绘图系统，利用点线的组合绘制各种元件如继电器和断路器等等。如此做的好处是能够自如地设计图元和图纸的各种数据结构和功能，缺点是需要自己做琐碎的增加、删除、编辑甚至缩放和移动等等绘图功能，而绘图程序的设计比较繁琐，有缺陷的设计会给平台的运行带来灾难性的后果，因此设计时测试时期的时刻应该相应长一些以加强系统的健壮性。同时基于灵活性的考虑，应该

11、考虑和主流CAD和CAM系统兼容问题。 另外一种方法，确实是利用现在通用的各种CAD和CAM软件如AutoCAD，或者是基于地图的信息治理系统如MapInfo，来定制和绘制各种图元进而形成整个图纸系统。如此做的好处是能够利用成熟软件的强大绘图功能，其普及性、完善性的优势是特不明显的。然而需要开发者掌握它们的二次开发技术，因为这些软件只能作为开发继电爱护图形化系统的一个工具，深层次的功能如拓扑查找和各种数据治理不可依靠它们完成。一个直接的做法是在CAD软件基础上，定制适用于继电爱护图形平台的各种图元，利用其附加属性，充分表示元件的拓扑、隶属、主从等关系及其参数，为建立治理数据库提供良好的环境。3

12、.2图形和数据的智能关联 关于图形化平台来讲，图形和数据应该采取合适的形式关联进而选择恰当的存储方法。用面向对象的设计的观点来看，我们能够用各种类对象来描述电力系统的各个图元。利用类之间的继承关系描述具体各元件之间的关联。每一个类对象具有自己的属性（也确实是它的数据）和方法（也确实是它的功能）。比如关于继电器来讲，其图形信息应该是依照继电器的型号决定具体绘制的方法，而其相关联数据则有其触点信息、延时信息、整定值信息、关联继电爱护信息、标志是否带电的状态位等等；其功能应该有图元绘制函数、推断是否带电的函数、带电与掉电的动作函数等等。关于一个触点来讲，其图形信息应该是依照触点型号和触点当时状态决定

13、具体绘制方法，其相关联数据则有位置状态信息、其所属继电器信息和所在回路信息等等，其功能则有闭合和断开的函数等等。 关于图形和数据，能够按照具体系统的需求分析在模块划分完毕之后进行组织。图1是一个继电爱护整定计算和仿确实数据框图。4 继电爱护信息治理图形平台的网络拓扑辨识4.1网络拓扑辨识方法及其性能比较 网络拓扑信息是继电爱护信息治理的基础，尤其是在进行继电爱护整定计算和仿真等辅助分析功能时更是关键。目前网络拓扑的算法要紧是一次主接线的算法进展比较多，继电爱护二次图的拓扑提取由于其图纸自身的不严密性和复杂性研究较少。 从拓扑的提取方式看，一是利用AutoCAD或者MapInfo设计各图形模块，

14、完成图纸绘制的工作，再利用它们丰富的二次开发功能，提取图纸中各图元的连接信息，进一步形成所需拓扑数据库。二是自制的绘图工具，因此在绘制图纸时也能够形成所需拓扑。当图纸是扫描输入时，由于无法辨识图元，只能通过手工输入方式形成拓扑数据库。但这种方法不值得推广，因为如此尽管表面上减轻了工作难度，能够填充任意所需拓扑，然而假如没有严整的拓扑表达方式，会给以后的整定计算和仿真带来灾难性的后果。因此手工形成拓扑，只能够作为自动形成拓扑的一种辅助手段。 从拓扑的存储形式看，目前应用较广的是用关联矩阵存储节点和支路之间的连接关系。这种算法数学描述严谨，便于程序处理，比较适合于一次接线图的拓扑描述。关于继电爱护

15、二次系统图，由于元件数量庞大，因而会造成速度和性能的严峻下降，只适合于用于教育培训的继电爱护典型回路的动作逻辑演示。4.2基于模块的拓扑存储及搜索 关于继电爱护来讲，由于一二次之间的关联等等缘故，继电爱护图纸总体上网络的严密性比较差，有时会出现逻辑上不严格的拓扑出现。因此专门难采纳和一次主接线系统一样的方法来规范二次图纸的拓扑。本文提出一种基于模块的表示法来存储拓扑结构。此处的模块能够依照具体系统设计需求灵活定制，比如能够把模块定义为继电爱护图纸中的图元或行，也能够把模块定义为继电爱护中的某一功能块。利用模块之间的逻辑联系，按照逻辑对图纸分模块进行定义。如此能够认为所谓图纸即是一些模块的组合，

16、而这些模块之间的某些联系就表达了继电爱护的某些功能。如此能够减少搜索深度，优化系统性能。 基于行定义的表示法在国外的图纸中比较适用，因为SIMENS，ALSTHOM等常用的厂家图纸差不多上按照行来阅读，一次和二次分不同图纸表示。国内的经常一二次一起，交直流一起，行的意义不是专门明显，因此能够将继电爱护图纸中的操纵块按照其功能逻辑进行模块的定义和分割。依照需求分析的不同，能够粗略地把某些操纵块定义为模块，也能够细致地把触点定义为模块，模块之间的组合逻辑即可将图纸所表达的继电爱护动作逻辑反映出来。 在基于模块的拓扑存储和搜索中，我们首先区分静态数据和动态数据。所谓静态数据确实是在图纸上的状态是不变

17、的，如一些电阻和一些连接线。所谓动态数据确实是图纸上的状态可变元件，比如具有开关电路功能的元件（触点，熔丝等等）和不具有开关电路功能然而状态可变的元件（如继电器，光字牌等）。基于模块的拓扑存储只需考虑各模块中的动态数据，内存中能够用广义表的格式加以存储，搜索时以模块为单位进行广度或深度的优先搜索。如此的拓扑存储方式直接面对拓扑变化的核心问题，存储容量专门小，搜索速度也大大加快。它能够克服继电爱护图纸拓扑显示不规范的问题，同时也加强拓扑不良数据的辨识，程序的健壮性较好。假设差不多预定义了模块及其属性同时差不多形成了数据库，那么继电爱护的搜索算法能够表示如下： 1) 预定义图纸上的模块及其属性，并将它们形成数据库。 2) 输入继电爱护初始设置和故障代码。 3) 依照初始设置和故障代码在数据库中进行搜索，得到第一级启动的模块列表。 4) 对启动的每一个模块在数据库中进行广度优先的遍历，得到次级启动的模块列表。 5) 重复4)，直至有动作结束标志（如搜索到标志为出口继电器的模块）。如此便形成了遍历的动作逻辑树。 6) 以树形逻辑框图或者其它合适形式输出给用户