基于典型接线的防误闭锁逻辑规则生成与校核系统的研发与应用

黄金魁

（国网福建省电力有限公司检修分公司，福建 福州 350013）

0 引言

变电站中一般安装有微机五防系统，微机五防系统作为倒闸操作安全的保障，发挥了很大的作用。微机五防防止误操作的判断依据源于防误闭锁逻辑规则，以往的防误闭锁逻辑规则都是人工编写的，整个编写过程效率低，花费时间成本高，并且遗漏易错，存在较大的安全风险[1]。对此业内展开了研究，期望引入一种自动生成和校核防误闭锁逻辑规则的技术，也陆续有了一些成果，比如根据设备连接关系，使用程序抽象规则算法自动生成刀闸、地刀、地线、网门之间的逻辑关系，实现一些简单的防误闭锁逻辑规则生成；或者是在此基础上进一步实现开关、刀闸等在不同运行方式下的抽象规则算法[2]。

上述研究的技术方案在微机防误闭锁逻辑规则自动生成上面带来了进步，但仍然存在不足，对于使用程序抽象规则算法自动生成刀闸、地刀、地线、网门之间的逻辑关系的方案，只能实现一些简单的防误闭锁逻辑规则生成，无法保证全面性，只能在特定的系统中作为补充功能使用；对进一步在此基础上增加开关、刀闸在不同运行方式下的复杂倒闸操作抽象规则，将会引起规则复杂化而导致系统无法证明其自身算法正确性的问题，导致系统的输出结果将基于不可靠的抽象规则算法基础，从而无法保证其对防误闭锁逻辑规则校核结果的正确性；对于存储特定接线和防误闭锁逻辑规则并直接使用该预存数据进行变电站主接线建模的方案，存在使用困难、通用性差、维护复杂的问题，导致实用性不高。

1 系统结构及功能

1.1 系统概述

针对防误闭锁逻辑规则编写与审核存在的上述问题，福建省检修分公司组织设计与建设了一套基于典型接线的防误闭锁逻辑规则生成与校核系统，该系统技术与现有研究成果的区别在于设计了专有的变电站典型接线和防误闭锁逻辑规则设知识库，并提供了可视化审核功能。设计专有知识库的分层模式可以使系统知识域耦合度大大降低，有利于逐个针对性研究解决[3]，同时可视化设计使得系统的防误闭锁逻辑规则（算法）库可以提供类似于字典方式的查看及审核功能。同时系统约定在规则库中对于简单明确的规则使用通用逻辑规则表达，复杂的规则结合典型接线使用抽象防误闭锁逻辑公式库，使得整个规则算法清晰明了，从而降低了系统的复杂度，使得整个系统具备充分的可证明性，极大地提高了系统的可信赖性、全面性与可靠性。

1.2 系统功能模块

系统功能模块结构图如图1所示，包括输入输出模块、图形编辑模块、典型间隔模型库、图形分析模块、抽象防误闭锁逻辑公式库、抽象逻辑规则库和防误闭锁逻辑规则生成模块。

图1 系统功能模块结构图Fig.1 Structure diagram of system function module

1.2.1 输入输出模块

输入输出模块读取微机五防系统的一次主接线图，并将得到的模型匹配结果、防误闭锁逻辑规则返回给微机五防系统。

1.2.2 图形编辑模块

用于绘制和编辑变电站主接线图，该图形编辑模块可调用典型间隔模型，可迅速完成变电站整体接线布局及绘制。

1.2.3 典型间隔模型库

典型间隔模型库用于存储不同类型的典型间隔模型；每一典型间隔模型由若干单元设备组成，包括开关、刀闸、地线、网门、母线、线路负载、主变、电容器组、电抗器组、所变和PT，单元设备具备微机五防系统需要使用的必要五防属性参数；必要五防属性参数为微机五防判断时需要考虑的设备属性参数，包括线路开关、主变开关、旁路开关、线路侧刀闸、母线侧刀闸、双母出线母线侧刀闸和旁路刀闸等。另外，典型间隔模型中的设备使用通用编号进行命名[4-5]。

1.2.4 图形分析模块

图形分析模块用于将输入输出模块读取或绘制的一次主接线图拆解成若干间隔，并将拆解到的间隔与典型间隔模型库中的典型间隔模型进行匹配，具体工作机制如下：

（1）拆解：随机从某一个单元设备开始为起点沿连接路径进行搜索，同时以母线、主变、线路负载、主变、电容器组、电抗器组、所变和PT作为搜索边界，然后将此过程中搜索到的单元设备作为一个间隔。其中搜索的算法在系统中有大量运用，其基本流程如下图2所示。重复遍历上述的拆解过程，即可将整个一次主接线图拆解成多个间隔：

图2 搜索算法基本流程Fig.2 Basic flow of search algorithm

（2）匹配：对拆解得到的间隔和典型间隔模型中的开关、刀闸以及间隔类型的标识设备进行匹配运算，若匹配成功，则可得出与拆解间隔配对成功的典型间隔模型信息；而拆解间隔与该典型接线模型中相同位置的各单元设备也就具有所述微机五防系统需要使用的必要五防属性参数。

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用于存储若干抽象防误闭锁逻辑公式，并使用通用编号进行编写，其格式与当前防误闭锁逻辑规则一致。每一抽象防误闭锁逻辑公式对应一种典型间隔模型，用于规定不同典型间隔的防误操作判断条件；如图3所示，模型编号为DMCX_01的典型间隔模型和模型编号为SMCX_01的典型间隔模型，其抽象防误闭锁逻辑公式实例示例如下，

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+D Z0=1,DZ2=1,DZ3=1!

KG11:DZ1=0,DZ2=0,DZ3=0+DZ1=1,DZ2=0,DZ3=1+D Z0=1,DZ2=1,DZ3=1!

图3 模型DMCX_01与模型SMCX_01Fig.3 Model DMCX_01 and SMCX_01

其中，设备通用编号“0”表示设备分操作条件，设备通用编号“1”表示设备合操作条件，“：”表示分隔符，“，”表示与运算，“+”表示或运算，“=”表示相等比较运算，“！”表示语句结束。

抽象逻辑规则库则用于存储抽象逻辑规则，每一抽象逻辑规则表示一种防误操作判断条件，一般来说抽象逻辑规则对应的防误操作判断条件是简单明确的，比如“地刀地线合上要求所有电气连接的刀闸在分位”“刀闸合上要求所有电气连接的地刀地线在分位”等。抽象逻辑规则适用于所有设备类型，与具体的典型间隔模型无关。

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用于将抽象防误闭锁逻辑公式和抽象逻辑规则转换成实际变电站防误闭锁逻辑规则。其工作机制如下：防误闭锁逻辑规则生成模块获取到模型间隔匹配结果后，查找典型间隔模型对应的抽象防误闭锁逻辑公式，然后调用该抽象防误闭锁逻辑公式，将通用设备编号使用具体设备编号进行替换，即可得到防误闭锁逻辑规则；防误闭锁逻辑规则生成模块还根据一次主接线图中的设备类型，调用对应抽象逻辑规则，并将抽象逻辑规则转换成具体设备编号后输出相应的防误闭锁逻辑规则，再将这两部分所生成的防误闭锁逻辑规则进行与运算便获得了最终的生成结果。

1.2.7 防误闭锁逻辑规则校核模块

防误闭锁逻辑规则校核模块用于将变电站已有的防误闭锁逻辑规则与防误闭锁逻辑规则生成模块传输过来的防误闭锁逻辑规则进行校核，并将校核结果发送给输入输出模块。比较的时候，从两份文档中分别选出相同设备的相同操作条件，再将该操作条件下的各分支逻辑逐一进行比对校核，最后将比对校核的结果通过输入输出模块进行输出。

1.3 系统功能应用

为了系统更好地应用于实际工作，项目对系统的功能应用进行了如下设计，如图4所示，主要分为系统维护模块、变电站信息识别模块、防误闭锁逻辑规则生成模块、防误闭锁逻辑规则校核、系统接口5个应用模块。各子模块功能简介如下：

图4 系统功能应用模块图Fig.4 Module diagram of system function application

1.3.1 接线图绘制及编辑

系统可实现接线图绘制，绘制的图形文件符合SVG标准规范要求，可随意放大、缩小，任意移动、不失真、不变形。

1.3.2 外部图形文件读取

系统可读取满足CIM规范的SVG图形，可识别设备节点信息，拓扑连接信息等。同时，系统支持对读取的接线图形进行完善，以弥补关键性的设备防误信息缺失。

1.3.3 外部防误闭锁逻辑规则文件读取

在读取完外部图形文件后，系统可进一步读入相对应的防误闭锁逻辑规则文件，并对读取的防误闭锁逻辑规则文件进行解析，以进行校核。

1.3.4 典型接线模型图库维护

系统支持典型接线模型的查看，可根据需要添加或修改典型接线模型，并重新入库，实现典型接线模型图库的不断优化和完善。

1.3.5 典型接线模型防误规则库维护

系统支持典型接线防误规则的查看，可根据需要添加或修改典型接线防误规则，并重新入库，实现典型接线防误规则库的不断优化和完善。

1.3.6 接线图信息可视化呈现

系统可对绘制好的或者是读取的接线图进行图形分析，可识别主接线形式等基本信息，并将分析结果显示出来。支持识别的基本信息至少包括：变电站主接线形式、电压等级构成、间隔与设备类型、间隔与设备数量等信息。

1.3.7 设备逻辑可视化呈现

系统提供设备逻辑可视化，根据绘制或导入的接线图，按电压等级、间隔类型等分类显示设备逻辑。并可根据操作选择显示指定的单个设备逻辑或同时显示全站设备逻辑。另外，所显示的单个或全站设备包含正常倒闸防误逻辑和检修操作防误逻辑。

1.3.8 接线图信息及防误闭锁逻辑规则生成

根据典型接线模型库及典型规则库，在导入外部接线图形文件后，系统可以自动生成接线图信息和变电站防误闭锁逻辑规则，所生成的防误闭锁逻辑规则可包括正常倒闸操作防误逻辑和检修操作防误逻辑。

1.3.9 变电站防误闭锁逻辑规则自动校核

根据典型接线模型库及典型规则库，在导入外部接线图形文件和防误闭锁逻辑规则后，系统可自动校核防误闭锁逻辑规则语法的合法性，逻辑条件全面性，正确性，冗余问题等，并推送验证结果。

1.3.10 多样化的信息可视化和数据导出功能

系统可配置多种可视化信息查看模式，比如接线主信息查看，单设备、多设备、全站设备防误逻辑查看，正常倒闸操作防误逻辑和检修操作防误逻辑查看，同时提供不同的防误逻辑校核和导出策略，以满足不同的业务需要。

1.3.11 可配置的防误闭锁逻辑规则运算符

系统提供对防误闭锁逻辑规则运算符的不同配置，可对防误闭锁逻辑规则文本中逻辑语句的“开始、结束、分隔、与、或、等于”等运算符进行自定义，从而兼容不同防误厂家防误闭锁逻辑规则格式，用以实现通用的防误防误闭锁逻辑规则校核。

1.3.12 批量生成防误闭锁逻辑规则

系统可同时导入多个变电站接线图，然后根据导入的接线图自动批量生成相应的防误闭锁逻辑规则文本，并按站名分别导出。

1.3.13 批量校核防误防误闭锁逻辑规则

系统可同时导入多个变电站接线图及相应防误闭锁逻辑规则文本，自动批量校核各个变电站防误闭锁逻辑规则文本，并将校核结果按站名分别导出。

1.3.14 系统外部接口

系统具备外部接口，可与现有变电站各种生产管理系统进行信息交互，从而实现变电站实物接线图与变电站防误闭锁逻辑规则的自动导入[6]。

2 结论

本项目研究应用基于典型接线的防误闭锁逻辑规则生成与校核系统，并在国网福建检修分公司所辖500kV变电站展开试点运行。试点变电站中，原有人工编写与校核防误闭锁逻辑规则需要花费大量的时间，如一般双联变4串双母双分的常规500kV站防误闭锁逻辑规则的编制与审核，需要将近30人工日，而使用该项目系统后，整个变电站防误闭锁逻辑规则自动生成和校核的时间不到10分钟，即使再加上数据输入和输出处理等工作，所花费的时间也不超过一天，工作效率提高90%以上。若能将该系统及相关规范标准进行推广，实现福建全省变电站防误闭锁逻辑规则智能自动化编制和审核，将有效提升整体的工作效率，有利于提高防误闭锁逻辑规则的规范性和安全性，有利于相关管理工作的改善，也符合调控一体化、运检一体化的发展趋势。