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1、大型火电厂电气倒闸操作防误专家系统刘玉兰高茜张云生【摘要】内蒙古伊敏发电厂电气倒闸操作防误专家系统,采用了面向对象的程序设计技术，由电气倒闸操作专家系统和电气倒闸防误闭锁系统组成，可对操作票实行规范化管理，防止误操作的发生，提高电气运行的现代化管理水平，还可进行人员的学习培训。文中介绍了系统的软硬件组成、功能及软件的实现方法。【关键词】电气倒闸操作专家系统防误闭锁系统操作票Anti-maloperation Expert System for Electric Switchingin Large Thermal Power PlantAbstract The anti-maloperation
2、 expert system for electric switching in Yiming Power Plant of Inner Mongola applies object-oriented programming technology. It is composed of electrical switching expert system and electrical switching interlocking system. By normalizing operation order management, it can prevent from maloperation
3、and promote modern management level, also provide training to operators. This paper also presents systematic software and hardware composition,funtions and method of software realization.Key wordselectric switchingexpert systeminterlockingoperation order0引言内蒙古伊敏发电厂是一个新建的大型火力发电厂，一期工程为2500MW机组，现在已有一台机
4、组正式并网发电，另一台也即将完工。这样大的电厂并网发电对电网影响很大，确保其安全运行就成为一个至关重要的问题。由于新建电厂的电气运行人员现场运行经验较少，为保证电气操作万无一失，开发了伊敏电厂电气倒闸操作防误闭锁专家系统。该系统由电气倒闸操作专家系统和电气倒闸操作防误闭锁系统组成。电气倒闸操作专家系统将电力系统网络数据、电气操作规则、防止误操作规则和电气运行专家经验等信息，作为知识库的知识输入计算机中存储。制作操作票时，专家系统知识库自动进行逻辑推理，制作适合各种操作任务和运行方式的操作票。倒闸操作前的模拟预演在计算机上进行，操作票上每一项都进行模拟操作。计算机与智能型主接线图模拟盘相连接，一
5、次设备模拟操作在模拟盘上进行，各种保护设备模拟操作在计算机屏幕上的保护屏或控制屏图形上进行。模拟预演中，计算机与模拟盘通信，监视模拟预演操作的正确性，出错即语音报警。模拟预演操作完全正确后，将一次设备模拟预演操作的正确结果输出到防误闭锁系统的电脑钥匙中，运行人员使用电脑钥匙到现场依次打开防误锁。只有防误锁打开后，才能对一次设备进行操作，避免了因走错间隔等原因造成误操作。系统还具有对运行人员进行岗位培训的功能，这对于新建电厂尤其重要。1系统的软硬件组成和功能1.1硬件硬件系统由计算机微机系统、智能型电力系统主接线图模拟盘和防误闭锁电脑钥匙3大部分组成，其结构示于图1。其中智能型电力系统主接线模拟
6、盘后的单片机主要功能如下：(1)采集模拟盘上设施(开关、刀闸及地线)状态并存储，以备掉电后重新运行时恢复模拟盘状态；(2)与系统主机通信，刷新专家系统中系统主接线图的设备状态，使之互相保持一致，读取防误操作规则，检查模拟操作的正确性，出错即报警；(3)与电脑钥匙通信，传送闭锁设备的操作顺序。图1系统硬件组成1.2软件系统在Windows95操作系统环境下，采用面向对象的软件开发技术，使用VisualBasic5.0语言编程。电气倒闸操作专家系统的用户界面功能示于图2。图2用户界面功能示意专家系统的核心是推理机。根据系统需求，推理机由3个推理机对象组成，即形成操作票推理机、模拟预演推理机和设计操
7、作票推理机。推理机制均采用正向、精确推理，深度优先搜索策略，冲突仲裁策略为知识优先排序。运行人员在正常生产活动中使用形成操作票、模拟预演和设计操作票推理机，制作操作票和进行模拟预演。培训的主要功能是在不影响正常运行的前提下，使用计算机对运行人员进行仿真培训。为保证运行知识库中的数据不受影响，把系统数据拷贝到培训目录下。由负责人给出培训或考核题目，让运行人员对给定的操作任务设计操作票，并与专家系统形成的标准操作票相比较，对运行人员的技术水平作出评价。倒闸操作专家系统知识库中的知识由电力系统运行专家提供，知识工程师使用知识获取工具获取知识，输入计算机中建立知识库。知识获取工具即知识库维护工具，包括
8、系统主接线图绘图工具、系统数据库维护模块、防误逻辑维护模块及操作规则维护模块。开发人员和知识工程师(或领域专家兼任)使用这些工具建立和维护系统知识库。1.2.1系统数据库维护模块系统数据库包括操作术语库、操作类型库、二次图形库、保护设备库和保护屏库。(1)操作术语库。该库存储一些代码和汉字对照表，这些汉字是组成操作票中所有操作项的标准操作术语的基本元素，从键盘分类输入。基本元素中无重名和冗余，输入汉字自动形成代码，显示或打印操作项时，将代码转换成汉字。库内容分为3类：1)动作类，如拉开、合上、投入、退出，检查$表计指示正确，在$侧挂一组地线等。不同的厂站操作术语不尽相同。2)名称类，单元(线路
9、、主变压器等)名称、设备编号、一次设备名称、保护屏名称、保护设备名称和保护设备位置名称等。(3)其它类，如“联系调度”、“并列”、“解列”和“检查母线完好无异物”等无法归入以上类别的操作项元素。(2)操作类型库。存储系统所有一次设备操作类型，如一般的开关操作有：拉开、合上、检查在开位、检查在合位等；对于小车开关，还需要定义推至、拉开$位置一类的操作。(3)二次图形库。存储系统所有的二次设备的图形数据，以供绘制二次设备图形选用。在二次设备图形中定义了二次设备的操作类型。(4)保护设备库。存储各个保护屏、控制屏及动力刀闸箱的所有保护设备(压板、操作把手和动力刀闸等)。每个保护设备定义时，选择一个二
10、次图形。保护设备供保护屏、控制屏对象挑选，一个压板类保护设备可供多个保护屏使用。(5)保护屏库。它是保护屏、控制屏及动力刀闸箱的代名词，用来存储各个保护屏的保护设备配置信息。1.2.2操作规则维护模块本模块用来建立操作任务文件、典型操作规则库、检修任务规则库和运行方式规则库。典型操作规则库存储的是形成操作票的一般规则，它是一类操作任务所有可能出现的操作项按操作顺序排列的操作项全集。检修任务规则库和运行方式规则库存储的是形成操作票的特殊规则。典型操作规则库的建立是可视化的，用户在系统主接线图、保护屏及控制屏的二次设备图形上操作，操作的每一项由系统自动记录下来，就可建立典型操作规则库。特殊规则库的
11、建立也是可视化的，在典型操作规则库列表框中进行选择。检修任务规则库反映不同检修任务操作项的取舍规则；运行方式规则库反映系统运行方式不同时的操作项取舍规则。1.2.3防误逻辑关系规则库维护模块该模块是建立每个一次设备和重要的二次设备防止误操作的逻辑关系规则库。规则包括“五防”原则和其它所有一次、二次设备间的防误闭锁关系。防误逻辑关系规则库的建立是可视化的，知识工程师在系统主接线图和保护屏、控制屏及动力刀闸箱图形上进行“操作”，系统将操作的设备状态记录下来，自动形成防误逻辑关系规则记录，存入规则库。允许逻辑关系表达式为任意的逻辑表达式，重要的条件优先安排。为提高推理速度，在建立防误逻辑关系规则库时
12、，系统自动进行逻辑化简。此规则库对于本系统至关重要，用它来检查模拟预演操作的正确性和设计操作票的正确性。1.2.4绘图模块使用此模块绘制系统主接线图，存储主接线图中各个单元的名称和一次设备类的属性(名称、位置及图形样式等)，描述电力系统一次设备间的拓扑结构。绘制好的主接线图供模拟预演、设计操作票、获取典型操作规则和防误逻辑关系规则使用。1.2.5形成操作票推理机根据操作任务，运行人员经过简单的菜单选择，专家系统推理机经逻辑推理，自动形成正确的操作票。具体过程是：首先选择操作任务，先选择电压、任务分类(线路停送电、母线和变压器停送电等)；接着选择操作任务的所在单元、检修任务(线路检修、开关电流互
13、感器检修等)。如果此类任务有不同运行方式，应进一步选择运行方式。推理机根据需要调入相应的典型操作规则库和特殊操作规则库，取出操作任务的操作项全集，删除与本检修任务无关的操作项，再删除此种运行方式不需要的操作项，最后形成正确的操作票用来进行模拟预演和倒闸操作，或供培训时参考。在形成操作票推理机的推理机制中，使用了集合的差运算算法。1.2.6模拟预演推理机其功能主要是完成倒闸操作前的模拟预演。在系统主接线图模拟盘上进行一次设备的模拟操作，二次设备在计算机的控制屏和保护屏图形上进行模拟操作。系统逐项检查操作顺序的正确性，若出错，系统给出提示和语音报警。模拟预演推理机首先按操作票的操作顺序检查模拟预演
14、操作的正确性，再进一步使用防误逻辑关系规则进行检查。1.2.7设计操作票推理机对于典型操作规则中未存储的一些少见的倒闸操作票和事故处理操作票，可用操作票设计模块制作操作票。其处理过程与模拟预演类似，运行人员在系统主接线图模拟盘和二次设备图上操作，自动形成操作项，由系统记录下来，形成操作票。操作票设计过程中，推理机根据防误逻辑关系规则检查运行人员操作的正确性，出错即给出提示和警报信息。此模块经常用于培训。在设计操作票推理机中，因为采用了面向对象的程序设计，推理过程完全依靠信息传递进行，由用户操作设备，发送信息给对象，对象响应信息再使设备变位(图形变化)，推理机检查防误逻辑关系，正确继续，出错改正
15、后继续进行下一步操作。1.2.8系统初始化与屏盘通信模块系统投入运行前，使用系统初始化模块完成一次设备状态初始化。首先利用屏盘通信功能，建立专家系统主接线图与智能型模拟盘主接线图间的对号表；在模拟盘或计算机屏幕主接线图上操作，将一次设备状态设置为与现场运行方式相同的状态。二次设备初始化在保护屏、控制屏图形上进行。培训时，运行人员使用系统初始化模块改变设备状态，设置运行方式，进行不同操作任务的培训。此时，计算机不与模拟盘通信。2专家系统知识库面向对象的实现方法专家系统的基础是知识库，也是建立专家系统成败的关键。采用面向对象技术实现专家系统，需要组织面向对象的知识库，所有事实库和规则库均以“类-&
16、-对象”表示。系统将发电厂作为父类，将一次设备、二次设备、操作任务、典型操作规则、特殊操作规则及防误逻辑规则等均作为子类，子类下面还有子类。父类的知识可以为子类所共享，子类只需表达其特殊属性与特殊操作。每个对象具有知识获取和管理的完整机制，包括知识的建立、撤消及规则的插入、删除、修改和检索等。对象模型示于图3，它明确表示出知识库的组织方法和各个对象间的关系。图中仅给出对象名称，连线上面的小加号表示对象间是1对多或多对多的关系。图3系统对象模型3运行情况1998年8月电气倒闸操作防误专家系统投入试运行。伊敏发电厂运行专家使用专家系统提供的系统维护工具，对系统数据库和知识库进行了全面、仔细地检查，
17、对各功能模块进行了测试，分别对发电机类、500kV类、220kV类和厂用电类等8大类的30几个小类制作了1000余份合格的操作票；同时，使用专家系统分别对各班组长和运行人员进行了培训。由于系统界面非常友好，各班组都掌握了系统使用方法。运行人员使用系统提供的设计操作票模块和模拟预演模块，对电力系统有了全面的了解，迅速提高了技术水平。4结束语专家系统的“瓶颈”问题是知识的获取问题，即知识库的建立和维护问题。由于采用面向对象的软件开发方法(OOM)，选择了Windows操作系统和面向对象的可视化编程语言，使系统维护工具对领域专家和知识工程师完全开放和透明，领域专家和知识工程师很容易理解知识库的组织方
18、法及其间的联系。采用可视化的数据录入方法，由系统自动进行知识的存储转换，使知识的获取较方便、简捷。当电厂扩建或更新设备时，用户可方便地对系统的知识库进行更新。此外，系统实现了与防误闭锁装置的互连，将模拟预演过程的一次设备操作顺序记入电脑钥匙，倒闸操作时使用电脑钥匙到现场首先打开防误锁，再进行操作，避免因走错间隔等原因发生误操作。系统功能较强，不仅可用于生产中制作操作票、模拟预演防误监视，还可用于电气运行人员学习培训。随着发电厂正式并网发电，该系统将对安全生产起到重要作用。作者单位：刘玉兰高茜(东北电力学院吉林132012)张云生(伊敏发电厂内蒙古021014)5参考文献1 刘玉兰.变电站电气倒闸操作模拟仿真培训系统.电力系统自动化，1996(1)2 刘玉兰.面向对象的电气“两票”专家系统开发工具.电网技术，1998(10)收稿日期：1997-03-03(责任编辑叶雷)