何 婷，邓子夜，何飞跃

（中国水利水电科学研究院 自动化研究所，北京 100038）

随着计算机技术在水电自动化监控系统的应用越来越广泛，在监控系统的设计和使用方面有了更高的要求。目前，电气主接线和厂用电接线图等水电监控画面的一次系统图的绘制与电力元件的建模建库是分开完成的，即先在数据库中建立电气元件的相关数据，然后利用已有的固定图形绘制电力元件，再将元件的数据与其图形一一对应绑定。这样工作不仅非常繁琐耗时，而且没有体现电力接线图的拓扑连接特点，并容易导致图形和数据的对应连接出错。

图模库一体化在配电网电力系统和电厂继电保护等领域已有了较多的应用[1,2]，但是在水电自动化监控系统中还未广泛应用。为此，北京中水科水电科技开发有限公司推出的iP9000计算机监控系统[3,4]开发了新的绘图包IPM，该绘图包能够方便地完成绘图、编辑、浏览及运行测试等功能，提供开放性的图元定制，采用图模库一体化技术，在绘图的同时建模建库，大大减少了工程设计的工作量，并实现了更多人性化功能。

1 实现原理

1.1 概述

IPM绘图包作为iP9000系统中图模库一体化绘图软件包，全部操作完全基于人际接口，实现全鼠标化，同时定义了快捷键操作，提供方便、灵活、快捷、直观的应用。绘图包采用了面向对象技术，电力设备图元是以电力设备为描述对象，完成以电力设备为中心的各种量测量的显示、数据库录入及更改。具有遵循IEC61970 CCAPI的CIM有关电力元件的连接包，并支持网络拓扑和动态着色。在测试状态，可以立即观测所绘制的图形在实际运行环境下的情况。

图模库一体化的技术旨在以绘图为先导，实现电力设备建库、建模，以厂站为单位，图1为图模库一体化流程图。先进行画面的绘制，然后设置设备的参数，通过绘图软件的检查功能，确保接线正确性，将接线图的数据结构映射到关系库中。

图1 图模库一体化流程

1.2 图模库一体化过程

绘图软件中已包含一定数量的常用电力元件模型，提供开放式的元件定制，若已提供的电力设备图元不能满足本地区接线图的绘制，可以按电力设备属性规则制定新的电力元件，如开关为两个端点，三卷变压器为三个端点等，并将电力元件保存为模型。本软件由面向对象语言编成，提高了软件开发的可维护性、灵活性和可扩充性。先建立图元基类，并定义图元对象的基本操作，比如创建、旋转、放缩、移动、删除等。再由基类继承得出各电力元件的类，分为保护装置、避雷器、变压器、电抗器、电流互感器、电容器、电压互感器、发电机、负荷、开关刀闸、连接点、母线、线路、消弧线圈类。这些类先继承其父类的属性，然后再定义各自电气特点的属性。电气设备在软件中摆放绘制，编号命名保存后会在数据库建立该电气元件相应类别里的模型，按顺序自动生成设备ID，并按照设备的接线端子数生成设备端子ID和连接端ID，有几个端子就生成几个端子ID和连接端ID（例如：水电机1个端子，开关刀闸2个端子，三卷变3个端子，母线看作无数个端子等），为了区别端子ID和连接端ID，连接端ID为负。将电气元件用连接线连接，连接线会生成连接线ID，当连接成功后，连接线便有“连接”的属性，该属性显示连接线连接的两个接线端ID，若为T型连接线，则该连接线的一端连接显示另一条与之相连的连接线ID。通过这样的设置，就能清晰地将整个电气接线图转化为数字连接结构来做分析。

另外，通过设备参数设置不仅能够给电气设备设置编号和名称，还能对电压、设备类型等电气属性进行设置，并把这些参数存入相应类别中的参数表中；可以通过端子量测标注对设备的电流、电压、有功、无功等各种电气模拟量进行标注，显示在画面上。通过SCADA映射功能完成参数映射，映射SCADA代码，检查命名规则，计算旁路关系，生成各具有命名规则的设备参数表和遥测点、遥信点，并建立开关关系，直接在数据库中建立与画面相关的数据内容。图2为量测映射基本过程。

图2 量测映射基本过程

IPM绘图软件对电气接线图提供多方面检查：通过检查可能无效的小图元，可去除图元尺寸小于资源文件中指定的小图元尺寸；通过建厂厂站数据库参数的冗余性，可检查此厂站的数据库设备参数在当前图形中是否存在，即检查无图设备；通过检查本图的设备参数与数据库参数的一致性，可检查图形中的设备在数据库中是否存在，即检查无库设备；通过检查设备连接关系，可找出为零或参数重复的图元，并生成线路及与线路相关的图元的连接关系；最后通过保存设备连接关系来构成整个电路的模型。通过这些功能，确保各电气设备参数和连接的正确性，为后面网络拓扑实时处理功能提供完整正确的参数。

水电厂的主接线图，一般是由多个孤岛电源点（根节点）构成辐射状的网络，通常用树结构来表示辐射状的特点。树结构从根节点开始，向外层节点扩展。接线图的结构分析是将物理设备连接点转化为拓扑连接点。如果从一个顶点开始，用堆栈的方法，搜索一条路径，直到顶点是断开的，没有相邻的连接点，再退回看上一个顶点是否有相邻的连接点，寻找新的支路，如此直到所有相连的路径都被访问过。再从一个新的没有相连的点开始，直到所有的点被访问过[5]。以此深度优先遍历的方法来分析整个电路的拓扑情况。根据实时扫查各遥信点的数据变化，通过拓扑分析和接线分析，对电路进行动态拓扑着色，并分析设备的拓扑状态。

2 应用

2.1 动态着色效果

通过图模库一体化技术实现拓扑动态着色，在值班员界面上可以清晰地看到各电气设备是否带电。为了显示效果，简单地搭建了一台水电机为电源点的接线图，在测试状态下模拟图中几个开关和刀闸闭合的情况，如图3。

图3 电气接线图动态拓扑着色

从图3中可以看到由断开的刀闸将电源和设备隔离开的电气设备为掉电状态，图中设置为绿色（即1，2，5，6），由闭合的开关和刀闸连接到电源的设备显示该设备对应电压等级的颜色，表示带电状态。开关刀闸的状态由其对应遥信点接收的状态实时决定，拓扑结构迅速响应开关刀闸的变化进行动态着色。

另外，在值班员界面上，可以直接右键点击查看各设备的设备参数和拓扑信息，图4为水电机的设备参数和拓扑信息，包括代码、描述、带电情况、故障情况、设备ID、各种基本属性和发电机相关的专有属性。

图4 水电机的拓扑信息和设备参数查看

2.2 图模库一体化应用优势

水电计算机监控系统iP9000中引入图模库一体化技术使得水电监控工程有了技术上的进步，并带来了高效、便捷及更高的可靠性，有如下突出优势：

水电计算机监控系统的工程设计人员可以直接按照设计院提供的电气接线图进行监控画面的绘制，在此过程中设定设备代码和相关联的遥测参数，系统自动把元件的属性添加到数据库中，不再是以往分别绘图和制作数据库的繁琐工作，减少重复机械的工作，方便快捷。

绘图软件提供的各种检查功能以及图模库一体化技术使得工程设计的出错率大大减小，为后期现场调试奠定良好的基础，更安全可靠。

动态着色的实现不仅减少了工程设计人员为提高画面的丰富性绘制动态潮流图元的工作量，也使得电厂值班人员能够更直观、清晰、准确地监视电站各设备的带电状态。

值班员界面的人性化查询可供值班员随时查询各设备的状态，不用再单独到数据库中查找设备和点参数。

3 结束语

本文介绍了iP9000水电计算机监控系统的图模库一体化的技术和应用，详细说明其实现过程，展示了电气接线图动态着色的效果，并从工程设计人员和电厂值班人员的角度阐述了图模库一体化给水电计算机监控工程带来的多种优势，也推进了水电监控事业的发展。