基于CIM/E电网模型自动生成拓扑防误校核系统的研发与应用

杨箫箫，郭春菊，袁成，孔燕玲

国网上海市电力公司超高压分公司，上海，200000

0 引言

国内变电站现有微机防误系统多用离线式、逻辑公式，该防误系统采用逻辑公式进行防误判断。逻辑公式均由人工编写，客观上受到人员业务素质水平的影响，容易出现漏写、错写等情况，且五防系统投运验收时需要运维人员逐间隔、逐设备验证联闭锁逻辑的正确性，因手写逻辑公式本身动态判断能力不足，防误判断条件亦不够全面，整体的可靠性、全面性和标准化都亟待解决[1]。

1 拓扑防误系统的结构

1.1 拓扑防误系统概述

为了解决防误闭锁逻辑规则编写与检测中的种种缺陷，本文创新出一套以CIM/E电网模型智能生产防误校核系统，该系统在规则库中使用逻辑规则表达阐述相对清晰明了的规则，对于难度较大的规则以及特殊界限则使用抽象防误闭锁逻辑公式库，确保所有规则算法简单明了，大大减小了系统的复杂系数，提升系统的可操作性、稳定性和整体性[2]。

1.2 防误系统功能模块

本文创新设计的系统结构如图1所示，主要由图形编辑模块、抽象逻辑规则库、图形分析模块、输入输出模块等几部分组成。

1.2.1 输入输出模块

该模块的主要作用是获取微机防误系统的变电站一次设备主线图，把相关信息资料、防误闭锁逻辑规则传输到微机防误控制中心。

1.2.2 图形编辑模块

该模块的主要功能是调整并画出变电站主接线图，在实际操作过程中可利用典型间隔模型，快速准确地完成相关任务。

1.2.3 典型间隔模型库

该模块的主要作用是存储多种形式的典型间隔模型，所有模型都是由开关、母线、电容器、网门等设备组成，单元设备拥有重要的五防功能数据，是微机五防分析过程中的重要数据基础，诸如线路开关、母线侧闸刀、主变开关、线路侧闸刀等等。与此同时，典型间隔模型中的元器件一般都有相应的编号。

1.2.4 图形分析模块

该模型的主要作用是把一次主接线图划分成多个间隔，把这些间隔和典型间隔模型实施匹配，相关流程如下所示：

（1）拆分：任意选择一个设备当做起点，顺着连接路径检索，将母线、主变、电抗器组、压变等当成搜索边界，把检索到的单元设备当成一个间隔。具体的搜索模式使用频率非常高，相关顺序见图2多次循环拆分操作，就可以把一次主接线图分成很多间隔。

（2）匹配：对拆分出来的间隔和典型间隔模型中的开关、间隔种类典型元件、闸刀展开匹配分析，假如匹配结果良好，那么就能得到相应的典型间隔模型资料；拆分间隔以及相关元件设施就拥有重要的五防功能数据[3]。

1.2.5 抽象防误闭锁逻辑公式库

抽象防误闭锁逻辑公式库的主要作用是存放记录抽象防误闭锁逻辑公式，借助通用编号实施编写操作，具体的编写格式与防误闭锁逻辑规则是相同的。其中任意一个抽象防误闭锁逻辑公式都有一一配对的典型间隔模型，进而规范多种形式典型间隔的防误操作判断标准。如图3，为DMCX_01与 SMCX_01两个典型间隔模型的抽象防误闭锁逻辑表达式：

通用公式编号：CXLJ_DMCX_01；

对应模型编号：DMCX_01；KG10:DZ1=0，DZ2=0+DZ1=1，DZ2=1!

KG11:DZ1=0，DZ2=0+DZ1=1，DZ2=1!

通用公式编号：CXLJ_SMCX_01；

对应模型编号：SMCX_01； KG10:DZ1=0，DZ2=0，DZ3=0+DZ1=1，DZ2=0，DZ3=1+DZ0=1，DZ2=1，DZ3=1! KG11:DZ1=0，DZ2=0，DZ3=0+DZ1=1，DZ2=0，DZ3=1+DZ0=1，DZ2=1，DZ3=1!

设备通用编号“0”指的是设备分操作条件，编号“1”指的是设备合操作条件，“：”指的是分隔符，“，”指的是与运算，“+”指的是或运算，“=”指的是相等比较运算，“！”指的是语句结束。

抽象逻辑规则库的主要作用是存放记录抽象逻辑规则，任意一个抽象逻辑规则都有一种防误操作评价标准，通常情况下，抽象逻辑规则一一配对的防误操作判断标准不是很复杂，例如“地刀地线合上规定各个电气连接的闸刀在分位”“闸刀闭合规定各个电子连接的地刀地线在分位”等。抽象逻辑规则可广泛用于各种各样的设备期间，和典型间隔模型之间没有必然的联系。

1.2.6 防误闭锁逻辑规则生成模块

防误闭锁逻辑规则生成模块的主要作用是把抽象闭锁逻辑公式以及相关规则变成现实中变电站防误闭锁逻辑规则，其运作流程如下所示：该模块首先得到模型间隔匹配最终数据，查阅典型间隔模型相配对的抽象防误闭锁逻辑公式，然后把常规设备编号变成具体的设备编号，进而获取防误闭锁逻辑规则；该模块参考一次主接线图中的设备型号，选择合适的抽象逻辑规则，并将其变成具体设备编号，进而得到一定的防误闭锁逻辑规则，最终把得到的防误闭锁逻辑规则实施与运算，获得生成结果[4]。

1.2.7 防误闭锁逻辑规则校核模块

该模块的主要作用是把变电站原来的防误闭锁逻辑规则和生成模块发送的防误闭锁逻辑规则展开检验分析，把检验数据传输到输入输出模块当中。在比较分析过程中，从两个信息资料中依次选出同一设备的同一操作标准，然后把相应的分支逻辑展开比较分析，并把最终结果传输到输入输出模块当中。

2 拓扑防误系统的功能

要想让拓扑防误系统在变电站中发挥出更好的职能作用，提高防误分析水平，需要对相关功能模块进行优化分析，进而拥有以下功能：

2.1 接线图绘制及编辑

系统拥有变电站图拓扑绘制功能，而且绘制的图案满足SVG的规则，能够任意扩大、变小、一定，保证图像不变形、不失真，具体内容见图4。

2.2 外部图形文件读取

系统能够获取符合CIM标准的SVG图形，能够识别电器元件的节点数据、拓扑连接信息。除此之外，系统能够对接线图形实施优化补充，避免出现核心设备防误资料不全的问题。

2.3 外部防误闭锁逻辑规则文件读取

识别所有的图形之后，系统能够深入分析相应的防误闭锁逻辑规则信息，并作出进一步的解析分析，开展下一步的校核工作。

2.4 典型接线模型图库维护系统

能够查阅典型接线模型，参考现实需求优化、补充接线模型，再次录入到数据库中，进而对数据库图形作出补充。

2.5 典型接线模型防误规则库维护

能够查阅典型接线房屋规则，参考现实需求优化、补充典型接线防误规则，再次录入到数据库中，进而对数据库做出补充。

2.6 接线图信息、设备逻辑可视化呈现

系统能够正常读取接线图，准确识别主接线的常规资料，还可以显示分析数据。可以读取的常规信息有变电站主接线类型、间隔与设备数量、电压等级结构等等。

系统拥有设备逻辑可视化功能，通过读取接线图，参考电压等级、间隔种类等类型划分显示设备逻辑。参考实际操作需求显示特定的单一元器件逻辑，也可以在同一时间显示所有设备的逻辑。与此同时，系统显示的逻辑信息包括正常倒闸防误逻辑、检修操作防误逻辑等等。

2.7 接线图信息及防误闭锁逻辑规则生成

参考典型接线模型库、典型规则库，系统接收到图形之后，能够智能分析出接线图资料以及防误闭锁逻辑规则，具体涵盖正常倒闸操作防误逻辑、检修操作防误逻辑等等。

2.8 变电站防误闭锁逻辑规则自动校核

参考典型接线模型库和典型规则库，系统接收到接线图形、防误闭锁逻辑规则后，能够智能化检验防误闭锁逻辑规则语法是否合法、是否全面、是否正确，还可以将检验结果显示出来。

2.9 可配置的防误闭锁逻辑规则运算符

系统能够对防误闭锁逻辑规则运算符给出差异化的配置，对“开始”“等于”“分割”“与”“或”等符号实施自定义处理，从而适用于多个厂商的防误闭锁逻辑规则，进一步提高系统的应用范围。

2.10 批量生成、校核拓扑防误闭锁逻辑规则

系统能够在同一时间接收很多变电站接线图，进而智能化形成防误闭锁逻辑规则文档，以不同的站名命名并传输出来。系统能够在同一时间接收很多变电站接线图、相互匹配的防误闭锁逻辑规则文档，智能化同时检核多个变电站防误闭锁逻辑规则文档，以不同站名来命名并传输出来[5]。

3 基于CIM/E电网模型的拓扑防误系统的应用

3.1 拓扑防误系统的设备配置

针对本文提出的新型拓扑防误系统，应用于变电站现场设备，需配置五防交换机和防误主机，本次实施中用珠海优特拓扑防误型JOYO-B4防误系统，在五防交换机中扩展一套具有拓扑防误模型功能的JOYO-B4防误主机，与自动化及其他设备连接关系如图5所示。

基于设备拓扑连接关系，结合状态条件实现自动防误逻辑校验。定义设备连接关系和防误逻辑规则，封装于拓扑防误模块中，通过拓扑连接关系识别设备接线关系，结合设备状态和属性，采用特定算法，判断当前操作闭锁条件是否满足，达到防误操作的目的。

为实现实时对位、实时防误判断功能，需同时配置带无线功能的钥匙底座及五防钥匙，通讯方式选择为UT-NET模式。如图6所示。

3.2 拓扑防误系统与传统防误系统的对比

（1）国内普遍使用的微机防误系统，防误功能实现主要依靠人工正确编写逻辑规则表，在投运验收时需要运维人员对所有设备间的五防闭锁关系进行验证，确保五防系统正确实现防误操作。如此，逻辑规则表编写和联闭锁验证都不能完全保证正确性，降低了防误操作的可靠性[6]。

（2）而拓扑防误系统以CIM/E电网模型为基础绘制拓扑防误模型，调用防误数据库后实现变电站所有防误闭锁关系，在提高运维人员验收效率的同时，进一步提高了五防闭锁关系的准确性、防误操作的可靠性，全力保证人身、设备以及电网的安全稳定运行。

（3）针对拓扑防误系统，仅需在设备投运初期对拓扑防误系统逻辑进行校对，后期技改、翻仓、扩仓均无需对逻辑进行验证，只需简单核对拓扑防误系统配置，可减少人为编写程序带来的逻辑错误，同时也能节省因验收五防逻辑所带来的人力成本，工作效率高。

4 结语

本文提出了一种基于电网模型自动生产防误校核模型的方法，将现有的防误规则由“人工手写逻辑公式校核”提升为“防误模型智能校核”，提升防误操作的技术水平，实现智能化、数字化、信息化的管理措施，对电网倒闸操作过程中的人身安全和设备安全起到实质有效的安全管控，为电力设备的安全稳定运行提供保障，具有非常重大的意义。