專利名稱：電氣操作五防閉鎖的拓撲分析算法的制作方法
技術領域：
本技術屬于電力系統(tǒng)電氣操作的微機仿真及過程控制領域，特別是變電站微機防誤閉鎖，變電站微機操作票，配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，配網(wǎng)操作票，電網(wǎng)仿真調度系統(tǒng)。
背景技術：
變電或配電運行中經常涉及倒閘操作，操作不當會危及人身安全，引發(fā)電網(wǎng)事故，造成巨大經濟損失。為確保操作安全，電力部規(guī)定所有電氣操作必須嚴格執(zhí)行五防要求防止誤拉、合開關，防止帶負荷拉、合刀閘(或推拉小車)，防止帶電掛地線(合接地刀閘)，防止帶地線合開關(合刀閘)，防止誤入帶電間隔，變電站倒閘操作必須首先擬寫操作票，通過五防系統(tǒng)驗證后，才能進行實際操作。上述開關又名斷路器，有消弧裝置，可以帶電分合；刀閘又名隔離開關、隔離刀閘，帶電分合會發(fā)生弧光放電，因而，因而嚴格禁止帶電分合。
五防閉鎖可以分為機械閉鎖和微機閉鎖，機械五防閉鎖裝置(如88202300、89210622、92216250)，只能處理相鄰電氣設備的聯(lián)動關系，只能處理局部問題，范圍稍作擴展，就無法處理；微機閉鎖根據(jù)電氣設備之間的邏輯關系，控制設備的電氣操作，從原理上來看，可以有效解決大范圍電氣操作的五防閉鎖。
目前的微機閉鎖系統(tǒng)或操作票系統(tǒng)，毫無例外地采用人工編制邏輯判據(jù)的辦法，枚舉各種電氣組件的狀態(tài)，編制允許或禁止操作的邏輯條件，合上一個刀閘可能涉及數(shù)十甚至數(shù)百種電氣狀態(tài)的組合，而一個變電站或配電網(wǎng)包含成百上千的開關刀閘，需要編制的邏輯條件成千上萬，其準確性、完整性無法保證，工作量特別大，對于安全操作構成隱患。
針對現(xiàn)有技術存在的工作量大而安全性差的缺陷，本發(fā)明提出電氣操作五防閉鎖拓樸分析，以微機算法取代傳統(tǒng)的人工分析，實現(xiàn)五防閉鎖分析過程的微機化。

發(fā)明內容
本發(fā)明所采取的技術方案根據(jù)五防要求，通過對電氣接線圖的拓撲分析，計算拉合開關、拉合刀閘(推拉小車)、掛地線(合接地刀閘)的電氣操作是否符合安全規(guī)范。
繪制電氣接線圖，并在各線路末端設置電源(負載)點，該點區(qū)別于通常的電源和負載，實際反應電網(wǎng)上的電流流動，可以有輸入、輸出、雙向、切斷四種狀態(tài)。電氣接線圖上的電氣組件是軟件對象，具有連接點、通斷狀態(tài)等屬性；電源(負載)點的狀態(tài)可動態(tài)調整，以符合實際的電力邊界條件。
根據(jù)接線圖上電氣設備狀態(tài)和相互連接關系，以及接線圖上的電源(負載)狀態(tài)和分布進行拓樸分析，計算合開關、合刀閘(推入小車)、分刀閘(拉出小車)、掛地線(合地刀)的電氣操作是否符合安全規(guī)范。具體如下合開關，在接線圖上搜索該開關兩側無接地通路；合刀閘，在接線圖上搜索該刀閘兩側無接地通路，并且，合上前兩側存在通路或者合上后未構成供電回路；分刀閘，在接線圖上搜索該刀閘斷開后，兩側存在通路；或者分開前該刀閘未構成供電回路；掛地線(合地刀)，在接線圖上搜索該接地點不存在電源通路；并且該接地點與電源之間存在分開的刀閘或拉出的小車，構成安全隔離。
采用本發(fā)明的微機防誤閉鎖系統(tǒng)或操作票系統(tǒng)，無須輸入任何邏輯條件，只要繪制準確的電氣接線圖，微機即可根據(jù)五防要求對電氣操作進行動態(tài)分析，準確判斷每一步操作是否合理，確保電氣操作的安全性。
本發(fā)明適合各種接線關系、各種運行方式的變化，可完全取代目前基于人工輸入邏輯條件的辦法，從而節(jié)省大量勞動、杜絕人工失誤，使五防閉鎖的完整性、準確性得到充分保證。


圖1變電站局部電氣接線示意圖。
圖2接地搜索流程圖(拓樸分析過程I)，搜索參考點電氣接線各方向是否存在接地線或已合上的接地刀閘，只要尋找到任意一個接地通路即可判定該點存在接地回路。
圖3電源搜索流程圖(拓樸分析過程II)，假定合上部分設備，搜索參考點電氣接線各方向是否存在電源，輸入輸出雙向節(jié)點也視為電源，只要尋找到任意一個電源連接通路即可判定該點存在電源回路。
圖4負載搜索流程圖(拓樸分析過程III)，搜索參考點電氣接線各方向是否存在負載，輸入輸出雙向節(jié)點也視為負載，只要尋找到任意一個負載連接通路即可判定該點存在負載回路。
圖5電源-負載通路搜索流程圖(拓樸分析過程IV)，假定合上部分設備，搜索兩點間的電源負載連接，即一個端點連接電源，另一個端點連接負載，輸入輸出雙向節(jié)點可視為電源也可視為負載，只要尋找到任意一個電源負載通路即可判定兩點間存在電源負載回路。
圖6兩點間通路搜索流程圖(拓樸分析過程V)，假定切斷部分設備，搜索兩點間的聯(lián)接通路，即一個端點與另一個端點可以允許大電流流過，只要尋找到任意一個聯(lián)接通路即可判定兩點間存在電氣通路，兩節(jié)點是連通的。
圖7電流流向計算流程圖(拓樸分析過程VI)，假定合上部分設備，搜索兩點間所有電源-負載對，以判定電流流向，如所有電源-負載對的電流流向一致，即可得到其真正的電流流動方向。
具體實施例方式本發(fā)明涉及運用計算機程序，對電氣接線圖進行拓樸分析實現(xiàn)電氣操作五防閉鎖，算法分為兩大部分，首先將具體設備的操作條件展開成電氣拓撲分析條款，然后給出這些拓撲分析條款的具體計算過程。
這里將設備操作條件劃分為電氣條件和單元條件兩個方面，通常要求兩個方面同時滿足，也有部分地區(qū)對單元條件不作硬性規(guī)定，本技術給出完整算法，具體應用時，可以只取其中一部分。電氣條件如防止帶電接地、防止帶負荷拉合刀閘等與設備帶電狀態(tài)有關，是必須遵守的操作規(guī)則，通過拓撲分析準確判斷被操作設備的電氣狀態(tài)，即可解決此類閉鎖；單元條件，如電氣單元內先合刀閘后合開關，先斷負載側刀閘、后斷電源側刀閘等規(guī)則，只要通過拓撲分析識別相應電氣單元，并分析電流流動，即可解決。
主要電氣設備操作的拓撲分析條款分述如下合開關，首先，如果開關兩側存在接地通路，則合上開關有可能引起對地短路，引發(fā)重大事故，所以，要求合上開關前應確保地線已拆除(地刀已拉開)；其次，考慮到合刀閘直接送電易引起事故，要求送電時先合刀閘后合開關，即合上開關前其兩側刀閘已合上。
合刀閘，首先，為避免對地短路引起重大事故，要求送電過程中，首先拆除地線，即合上刀閘前應確保地線已拆除(地刀已拉開)；其次，如果刀閘合上后即能構成供電回路，則在將合未合之時，發(fā)生弧光放電，引發(fā)重大事故，所以要求刀閘合上后不構成供電回路，即回路上存在分開的開關隔離電源-負載回路，但有一個例外母聯(lián)投運后，開關單元切換母線運行，此時合上刀閘固然構成供電回路，但由于處于運行狀態(tài)母聯(lián)短路該刀閘兩側節(jié)點，合上刀閘也不會構成危險，即刀閘合上前，如果兩側存在母聯(lián)通路，合上刀閘是安全的；再次，假定刀閘所在電氣單元的開關處于假分閘狀態(tài)，為縮小可能的事故范圍，應先合電源側刀閘，后合負載側刀閘。
分刀閘，首先，如果刀閘分開前構成供電回路，則在將要拉開時，發(fā)生弧光放電，引發(fā)重大事故，所以要求刀閘分開前不構成供電回路，即回路上存在分開的開關隔離電源-負載回路，但有一個例外母聯(lián)運行后，開關單元切換母線運行，此時刀閘分開前固然構成供電回路，但處于運行狀態(tài)的母聯(lián)短路該刀閘兩側節(jié)點，拉開刀閘也不會構成危險，即刀閘分開前，如果兩側存在母聯(lián)通路，分開刀閘是安全的；其次，假定刀閘所在電氣單元的開關處于假分閘狀態(tài)，為縮小事故范圍，應先斷負載側刀閘，后斷電源側刀閘。
掛地線(合地刀)，首先，如果該接地點與電源之間存在通路，則接地引起對地短路，引發(fā)重大事故，因而要求接地點無電源連接；其次，如果接地點與電源之間僅有拉開的開關隔離，則開關誤動作或開關假分閘，會導致對地短路，引發(fā)重大事故，所以要求接地點與電源之間應存在拉開的刀閘或拉出的小車，形成有效隔離；再次，為養(yǎng)成良好的操作習慣，要求接地前，接地點兩側刀閘已拉開。
這些設備操作的拓撲分析條款歸納如下表，表中給每條條款以一個編號，每個編號對應一個具體計算，隨后逐條討論。

變電站電氣接線圖，是拓撲分析的基礎。參考圖1，是根據(jù)實際電路繪制的接線圖，其中的開關、刀閘、變壓器、線段等電氣組件，是接線圖的基本組成元素。本發(fā)明要求這些電氣組件是軟件對象，具有連接點、通斷狀態(tài)等屬性，便于對電氣組件的相互連接及電氣通路的搜索。
考慮到電氣接線圖是從整個電網(wǎng)中人為切割的一部分，需要在切割的邊界，即線路末端，設置電源(負載)點的分布，這里所述的電源(負載)點區(qū)別于通常意義上的電源或負載，它本質上反映了電網(wǎng)上電流流動，可以為輸入、輸出、雙向、切斷任意一種狀態(tài)，狀態(tài)之間可以動態(tài)切換，以反映該電氣接線圖代表的一小塊電網(wǎng)的實際工作狀態(tài)。電源(負載)點實際上給定了電氣拓撲分析的邊界條件，通過分析該電氣接線圖上電氣元件的通斷狀態(tài)及相互連接關系，求解電路上節(jié)點之間的聯(lián)結通路，或節(jié)點與具體設備間的聯(lián)結通路。主要處理表中所列的幾種計算①開關“兩側無接地”采用“拓樸分析過程I”(圖2)。
搜索參考點電氣接線各方向是否存在接地線或已合上的接地刀閘，只要尋找到任意一個接地通路，即可判定該點存在接地通路，開關不允許合上。
②刀閘“斷開后，兩側存在通路”采用“拓撲分析過程V”(圖6)。
假定切斷該刀閘，搜索刀閘兩側的通路，如存在通路，表明斷開該刀閘，電流可以從其它通路流過，兩側等電勢。
③刀閘“分開前不構成供電回路”采用“拓撲分析過程IV”(圖5)。
在該刀閘兩側搜尋電源-負載通路，如未發(fā)現(xiàn)電源-負載通路，表明該刀閘分開前無電流流過，不構成供電回路。
④刀閘“兩側無接地”采用“拓撲分析過程I”(圖2)。
搜索刀閘兩側的接地通路，如找到一條接地通路，則該刀閘不允許合上，否則，容易發(fā)生誤操作。
⑤刀閘“合上前，兩側存在通路”
采用“拓撲分析過程V”(圖6)。
搜索連接刀閘兩側的通路，如存在通路，表明刀閘兩側等電勢。
⑥刀閘“合上后不構成供電回路”采用“拓撲分析過程IV”(圖5)。
假定合上該刀閘，在該刀閘兩側搜尋電源-負載通路，如未發(fā)現(xiàn)電源-負載通路，表明該刀閘合上后無電流流過，否則，在合閘過程中可能出現(xiàn)弧光放電。
⑦“接地點無電源連接”采用“拓撲分析過程II”(圖3)。
在該點周圍搜索電源通路，如未找到電源通路，則在該點接地不會引起接地短路。
⑧“接地點與電源間存在拉開的刀閘或拉出的小車”采用“拓撲分析過程II”(圖3)。
假定合上接線圖上所有開關，搜索接地點的電源通路，如未發(fā)現(xiàn)電源通路，則接地點與電源間存在除開關之外的其它斷開設備，構成安全隔離。
⑨單元狀態(tài)分析開關單元的識別，通過簡單圖形搜索即可實現(xiàn)。對于普通開關，一個工作單元由一個開關及兩側刀閘組成；對于小車開關，一個工作單元或者是一個獨立的小車開關，或者是一個小車開關外加相鄰刀閘。找到開關工作單元后，即可判斷兩側刀閘狀態(tài)，或小車開關狀態(tài)。
⑩單元內電流流向分析找到開關工作單元，然后采用“拓撲分析過程VI”(圖7)，分析開關兩側刀閘，哪一側為電源側，哪一側為負載側，從而判別“先斷負荷側刀閘，后斷電源側刀閘”和“先合電源側刀閘，后合負載側刀閘”等條件。
對于沒有拓撲連接關系的設備的操作條件，有些(如網(wǎng)門)可以作為對象屬性由程序自動處理，有些(如二次保護)可以輔助邏輯表達式，這種邏輯關系非常簡單，不易出錯。
采用本技術的操作序列輸出到電腦鑰匙中，并以電腦鑰匙控制現(xiàn)場鎖具，即可構成完善的微機防誤閉鎖系統(tǒng)，與現(xiàn)有的采用人工編制邏輯條件的系統(tǒng)相比，是一個革命性進展。
權利要求
1.一種電氣操作五防閉鎖的拓撲分析算法，其特征在于，由微機對電氣接線圖進行拓樸分析，計算電氣操作是否符合安全規(guī)范，包括以下步驟(a)繪制電氣接線圖，并在各線路末端設置電源(負載)點，該點可以有輸入、輸出、雙向、切斷四種狀態(tài)；(b)根據(jù)接線圖上電氣設備狀態(tài)和相互連接關系，以及接線圖上的電源(負載)狀態(tài)和分布，計算合開關、合刀閘(推入小車)、分刀閘(拉出小車)、掛地線(合地刀)的電氣操作是否符合安全規(guī)范。
2.根據(jù)權利要求1中所述的拓撲分析算法，其中所述步驟(a)的特征在于，電氣接線圖上的電氣元件具有連接點、通斷狀態(tài)屬性；電源(負載)點的狀態(tài)可動態(tài)調整，以符合實際的電力邊界條件。
3.根據(jù)權利要求1中所述的拓撲分析算法，其特征在于，在所述步驟(b)中，合開關的計算包括以下步驟(1)在接線圖上搜索該開關兩側無接地通路。
4.根據(jù)權利要求1中所述的拓撲分析算法，其特征在于，在所述步驟(b)中，合刀閘(推入小車)的計算包括以下步驟(1)在接線圖上搜索該刀閘兩側無接地通路。(2)在接線圖上搜索該刀閘合上前，其兩側存在通路；或者，該刀閘合上后，未構成供電回路。
5.根據(jù)權利要求1中所述的拓撲分析算法，其特征在于，在所述步驟(b)中，分刀閘(拉出小車)的計算包括以下步驟(1)在接線圖上搜索該刀閘斷開后，兩側存在通路；或者，該刀閘分開前，未構成供電回路。
6.根據(jù)權利要求1中所述的拓撲分析算法，其特征在于，在所述步驟(b)中，掛地線(合地刀)的計算包括以下步驟(1)在接線圖上搜索該接地點不存在電源通路。(2)搜索該接地點與電源之間存在分開的刀閘或拉出的小車。
全文摘要
本發(fā)明公開微機化電氣操作五防閉鎖的拓樸分析算法，在電氣接線圖的關鍵部位，設置電源(負載)點，該點可以有輸入、輸出、雙向、切斷四種狀態(tài)，由程序根據(jù)電氣接線圖上電源(負載)的邊界條件及其它電氣組件的工作狀態(tài)和相互連接關系進行拓撲分析，求解電氣操作條件。以便確保合開關、分合刀閘、接地操作的安全性。本發(fā)明可完全取代目前基于人工輸入邏輯條件的辦法，從而節(jié)省大量勞動、杜絕人工失誤，使閉鎖的完整性、準確性得到充分保證。
文檔編號H01H9/20GK1567494SQ0313196
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月21日 優(yōu)先權日2003年6月21日
發(fā)明者周慧琳 申請人:周慧琳