电力系统继电保护信息管理的图形化平台摘要：探讨了继电保护信息管理系统图形化平台的实现继电保护图看不懂，分析了继电保护图形平台的一、二次图纸、数据构造、拓扑识别等核心问题。根据对继电保护图形平台的特性剖析提出了基于继电保护视口的设计方式以及图形与数据的智能关联思想，并依此对继电保护图纸进展模块分解、定义和储存。根据实际系统的功能需求剖析，将继电保护图纸分解为相互关联的模块序列。据此设计图形化平台可以实现图文技术资料综合管理、继电保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厂和上海变电管理所继电保护信息管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确性。关键词：电力系统；继电保护；图形化平台；网络拓扑１引言电力系统继电保护信息管理是保证电力系统平安运行的重要根底工作，包括继电保护图纸、定值单、备品备件表册、保护定检记录、保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，继电保护信息管理的许多工作都已使用计算机和网路进展处理，如继电保护整定计算程序、AutoCAD勾画保护图纸、保护定值的数据库管理等。然而，由于缺少统一规划，以上各项工作常常是分散独立实现的，各功能模块的数据格式和操作平台互不支持，从而导致了继电保护信息管理工作的混乱。
由于设备更新和接线变更而导致同一个系统的图纸、文件不一致，给平安生产带来隐患。由于继电保护专业的复杂性、权威性和对电力系统平安的非常重要性，有必要对继电保护信息管理的各方面工作进展统一规划，建立基于统一平台的继电保护信息管理系统。而其中的重点难点是继电保护图纸的管理。为此，本文提出了一种基于继电保护图纸的继电保护信息管理的图形化平台，利用图形化的方式把继电保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方式抒发下来。同时，利用继电保护图纸作为纽带，将继电保护信息管理的其它工作有机地联系上去，设计了统一的数据和图纸标准，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，可以便捷地挂接各类继电保护信息管理模块，可以在MIS系统上运行，可以便捷用户进展维护和自行扩充。本文对继电保护信息管理的图形化设计模式和具体方式进展了追忆和总结，并剖析了继电保护信息管理图形化平台设计的特征，提出了新的思路。２继电保护信息管理图形平台设计的特性剖析继电保护紧紧联系着电力系统一次和二次系统。由于继电保护信息管理工作各功能要求的差异性，图形平台设计不仅遵守通常系统设计的规律之外，还必须要适应由此而至的一些个性需求。
与用于电力系统辅助估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好多。下面就继电保护图形平台设计中要考虑的一些特征进展剖析。２.１继电保护的模块化配置及其逻辑约束现代电力系统的继电保护种类繁杂，但是她们能在一起协同工作的关键是她们遵守了模块化的设计。比方同一个电压保护，可能包含速断、延时速断、过负荷三段，它们的保护范围有重叠也有不同，但是根据保护定值和动作延时就可以使它们各负其责，互相配合补全。不同保护之间也有逻辑上的约束，比方个别保护在个别时侯要被手动闭锁，某些时侯又要解锁。继电保护系统的这些关联关系实质是其信息管理的核心，也是联系各项管理工作模块的一条主线。因此，图形平台设计应充分抒发这一特性。２.２电气联系的强关联和图纸表示的弱关联继电保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〞〕，但是在工程图纸中，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——二次触点——保护出口——断路器〞在电气上严密相关，但是图纸上却只有借助图纸的标明才可以让人们识别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能够挺好地理解这种图纸。
另外，继电保护二次图既庞大又复杂，对现场人员的技术素养要求很高。二次图之间的这些强关联和弱关联也很常见，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。许多现场人员看不懂二次图，这主要是因为继电保护动作具有一系列的逻辑闭锁和连锁反响。因此，继电保护图形平台应提供联系那些一二次图纸及其各个器件的索引，为现场人员浏览和阅读图纸提供帮助。２.３继电保护二次图纸的不标准继电保护信息管理图形平台应提供给用于各工作模块的根本信息，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剖析的一次主接线系统图不同，继电保护图纸量大面广，制作的时间跨径可能很大，也涉及好多部门，图纸格式和储存介质也不尽一致，等等。所有那些给基于继电保护图纸的信息提取带来很大困难，因此图形平台设计应充分考虑继电保护图纸的以下不标准性。１)继电保护的图纸常常不是一张严格意义的拓扑图，通常只是原理示意图。比方拓扑上的同一个节点，为了布图和人们理解的便捷，却常常分开在不同的图纸或则在一个图纸的不同地方表示。因此，不如一次系统图那样可便捷地获得拓扑联接关系。２)图纸与图纸之间不连续，原本有直接联系的器件由于图纸空间限制，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借助各类符号和标记。
３)图纸格式不统一，信息不全甚至有错误，很多图纸信息需要在后台数据库进展手工修正，如何手动识别错误信息以及不遗漏每位器件是图形平台设计需应对的困局。４)由于历史缘由以及继电保护管理的特殊性要求，有些图纸和文件必须以原始方式扫描的方法储存，以保证其权威性。图形平台应支持这些图纸的输入方法，并施行有效的管理。２.４继电保护图纸的细度差别对于继电保护信息管理，有的模块可能只须要基于图纸的各类管理功能，那么我们称其区分细度是图纸。而有的模块却可能须要辨别细度是视口，比方要求实现熔断器的相关参数的在图查询。这就要求图形平台针对不同的情况应用不同的解决方案。如此就能最大限度借助现有资源，开发出适用的系统。３继电保护信息管理图形化平台的图形和数据关联应当明晰的是继电保护信息管理系统应用对象是宽广的继电保护工作人员，因此客户端平台应当主要是流行而易用的Windows系列操作系统。利用Windows环境，设计开发一个继电保护图形化系统，现在有很多种可选的开发工具。对于用户界面设计来说，快速的可视化开发工具如VB、Delphi，以及同样可视化并且程序执行效率较高的如VC＋＋；对于联网数据库的设计，可以选用可视化的通用关系型数据库如Oracle、SQLServer、Sybase；对于网页设计，可以选用各类Html语言编辑工具如MSVisualInterdev等等。
此外多媒体的设计在图形化平台中也很重要，因为这是一个形象生动的抒发方式，可以按照用户需求灵活地度身订制。３.１绘图工具及视口的设计视口的设计是图形化系统的根底。一个很常用的方式是自己设计一个绘图系统，利用点线的组合勾画各类器件如熔断器和断路器等等。这样做的用处是可以自如地设计图元和图纸的各类数据构造和功能，缺点是须要自己做繁杂的降低、删除、编辑甚至缩放和联通等等绘图功能，而绘图程序的设计比较冗长，有缺陷的设计会给平台的运行带来灾难性的后果，所以设计时测试阶段的时间应当相应长一些以强化系统的健壮性。同时基于灵活性的考虑，应该考虑和主流CAD和CAM系统兼容问题。另外一种方式，就是借助现今通用的各类CAD和CAM软件如AutoCAD［１］，或者是基于地图的信息管理系统如MapInfo［２］，来订制和勾画各类视口从而产生整个图纸系统［３］。这样做的用处是可以借助成熟软件的强悍绘图功能，其普及性、完善性的优势是特别显著的。但是须要开发者把握它们的二次开发技术，因为这种软件只能作为开发继电保护图形化系统的一个工具，深层次的功能如拓扑寻觅和各类数据管理不可借助它们完成。一个直接的做法是在CAD软件根底上，定制适用于继电保护图形平台的各类视口，利用其附加属性，充分表示器件的拓扑、隶属、主从等关系及其参数，为完善管理数据库提供良好的环境。
３.２图形和数据的智能关联对于图形化平台来说，图形和数据应当采取适合的方式关联因而选择恰当的储存方式。用面向对象的设计的观点来看［４］，我们可以用各类类对象来描述电力系统的各个视口。利用类之间的承继关系描述具体各器件之间的关联。每一个类对象具有自己的属性〔也就是它的数据〕和技巧〔也就是它的功能〕。比方对于熔断器来说，其图形信息应当是按照熔断器的机型决定具体勾画的方式，而其相关联数据这么有其触点信息、延时信息、整定值信息、关联继电保护信息、标志是否带电的状态位等等；其功能应当有视口勾画函数、判断是否带电的函数、带电与掉电的动作函数等等。对于一个触点来说，其图形信息应当是按照触点机型和触点当时状态决定具体勾画方式，其相关联数据这么有位置状态信息、其所属熔断器信息和所在回路信息等等，其功能这么有闭合和断掉的函数等等。对于图形和数据，可以根据具体系统的需求剖析在模块界定完毕以后进展组织。图１是一个继电保护整定估算和仿真的数据框图。４继电保护信息管理图形平台的网路拓扑识别４.１网路拓扑识别方式及其性能比较网路拓扑信息是继电保护信息管理的根底，尤其是在进展继电保护整定计算和仿真等辅助剖析功能时更是关键。
目前网络拓扑的算法主要是一次主接线的算法举办比较多，继电保护二次图的拓扑提取因为其图纸自身的不严密性和复杂性研究较少。从拓扑的提取方法看，一是借助AutoCAD或则MapInfo设计各图形模块，完成图纸勾画的工作，再利用它们丰富的二次开发功能，提取图纸中各视口的联接信息，进一步产生所需拓扑数据库。二是自制的绘图工具，当然在勾画图纸时也可以产生所需拓扑［５］。当图纸是扫描输入时，由于未能识别视口，只能通过手工输入方法产生拓扑数据库。但这些技巧不值得推广，因为这样即使外表上减少了工作难度，可以填充任意所需拓扑，但是假如没有严整的拓扑抒发方法，会给之后的整定估算和仿真带来灾难性的后果。所以手工产生拓扑，只可以作为手动产生拓扑的一种辅助手段。从拓扑的储存方式看，目前应用较广的是用关联矩阵储存节点和大道之间的联接关系。这种算法物理描述严谨，便于程序处理，比较适合于一次接线图的拓扑描述。对于继电保护二次系统图，由于器件数目庞大，因而会导致速率和性能的严重下滑，只适合于用于教育培训的继电保护典型回路的动作逻辑演示。４.２基于模块的拓扑储存及搜索对于继电保护来说，由于一二次之间的关联等等缘由，继电保护图纸总体上网路的严密性比较差，有时会出现逻辑上不严格的拓扑出现。
因此很难采用和一次主接线系统一样的方式来标准二次图纸的拓扑。本文提出一种基于模块的表示法来储存拓扑构造。此处的模块可以依据具体系统设计需求灵活订制，比方可以把模块定义为继电保护图纸中的视口或行，也可以把模块定义为继电保护中的某一功能块。利用模块之间的逻辑联系，按照逻辑对图纸分模块进展定义。这样可以觉得所谓图纸即是一些模块的组合，而这种模块之间的个别联系就抒发了继电保护的个别功能。这样可以降低搜索深度，优化系统性能。基于行定义的表示法在美国的图纸中比较适用，因为SIMENS，ALSTHOM等常用的厂家图纸都是根据行来阅读，一次和二次分不同图纸表示。国内的常常一二次一起继电保护图看不懂，交直流一起，行的意义不是很明显，所以可以将继电保护图纸中的控制块根据其功能逻辑进展模块的定义和分割。根据需求剖析的不同，可以简略地把个别控制块定义为模块，也可以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抒发的继电保护动作逻辑反映下来。在基于模块的拓扑储存和搜索中，我们首先分辨静态数据和动态数据。所谓静态数据就是在图纸上的状态是不变的，如一些内阻和一些连接线。所谓动态数据就是图纸上的状态可变器件，比方具有开关电路功能的器件〔触点，熔丝等等〕和不具有开关电路功能并且状态可变的器件〔如熔断器，光字牌等〕。
基于模块的拓扑储存只需考虑各模块中的动态数据，内存中可以用广义表的格式加以储存，搜索时以模块为单位进展广度或深度的优先搜索。这样的拓扑储存方法直接面对拓扑变化的核心问题，存储容量很小，搜索速率也大大推进。它可以抑制继电保护图纸拓扑显示不标准的问题，同时也加大拓扑不良数据的识别，程序的健壮性较好。假设早已预定义了模块及其属性而且早已产生了数据库，那么继电保护的搜索算法可以表示如下：１)预定义图纸上的模块及其属性，并将它们产生数据库。２)输入继电保护初始设置和故障代码。３)根据初始设置和故障代码在数据库中进展搜索，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展广度优先的遍历，得到次级启动的模块列表。５)重复４)，直至有动作完毕标志〔如搜索到标志为出口熔断器的模块〕。如此便产生了遍历的动作逻辑树。６)以树状逻辑框图或则其它适合方式输出给用户。此外，引入专家知识库也不失为一种解决继电保护二次拓扑的献策。由于篇幅所限，不予阐述。５推论电力系统继电保护信息管理的信息量急速降低，各子系统的复杂程度加深。图形化平台是科学估算可视化的拓展，可以推动各专业的融合速率，便于工作人员对系统有更全局的掌握。基于本文的图形化平台，可以实现电力系统继电保护的整定估算、参数管理、图纸管理、培训仿真，以及各类扩充功能如：数据统计，各种报表等，适当地引入多媒体〔图形，动画，图像，声音〕可以使系统愈发友好。开发的广东沙角发电厂C厂和上海变电管理所继电保护信息管理系统在实际工作中有效地发挥了作用，取得了良好的疗效。
