实现无人值班变电站网络化五防闭锁系统的方法

1.实现无人值班变电站网络化五防闭锁系统的方法，其特征在于：
(一)组建系统网络：
首先建立一个由生产控制I区专用网、生产III区网、管理信息区网组成的系统网络，所述生产控制I区专用网与生产III区网之间通过正向物理隔离器单向连接；所述生产III区网与管理信息区网通过防火墙单向连接；
(二)建立系统接口：
(1)建立图形显示处理COM组件：
以地理信息GIS系统提供的图形资源作为唯一的图形数据源，采用大多数开发平台均支持的COM组件技术，建立图层数据加载、图形基本操作、图元对象数据查询功能于一体的图形显示处理COM组件；
(2)以调用本地图形数据的方法为主，采用FTP文件上传/下载保持图形数据的同步：
当用户使用GIS图形编辑系统修改了变电站的一次接线图并将变更后的图形保存后，所述的GIS图形编辑系统会更新一次接线图变更状态文件，本五防闭锁系统根据所述一次接线图变更状态文件进行本地数据的更新；
WebService读取图形数据服务器中相应变电站的图形数据，所述图形数据包括：该变电站的站址分布、站内一次接线图的线路、设备、注记，并将这些图形数据导出成Shapefile文件格式；导出的Shapefile文件按照变电站名称分类存放在FTP服务器的相应目录下，图层名称固定不变；WebService在导出所述Shapefile文件后，更新所述一次接线图变更状态文件，设置该变电站图形已更新标志；同时，通过正向物理隔离器向生产III区网传送更新图形文件，保持图形数据同步；
(3)建立五防闭锁系统与电脑钥匙之间的标准通讯规约：
所述生产控制I区专用网中的主站终端和子站终端与电脑钥匙之间的通讯协议为标准通讯规约，所述标准通讯规约实现了五防闭锁系统与多个不同厂家电脑钥匙的顺畅通讯，所述标准通讯规约定义了五防闭锁系统与电脑钥匙通讯程序之间的操作数据、回传数据的详细内容以及接口数据文件的格式，定义了程序句柄存储结构及4个通讯消息，详细说明了五防闭锁系统与所述电脑钥匙通讯程序、电脑钥匙之间接口数据的形成、下载、回传的通讯过程和数据处理过程；
(4)所述生产控制I区专用网中的主站与子站之间的通讯采用网络TCP/IP协议；
(5)五防闭锁系统与所述生产控制I区专用网中的综自系统接口：
采用串行通讯协议，实现五防闭锁系统实时接收综自系统传来的实遥信数据，并将五防闭锁系统的遥控效验信息及虚遥信数据及时上传到综自系统。

技术领域\n本发明涉及一种实现无人值班变电站网络化五防闭锁系统的方法。\n背景技术\n目前，在公开的五防闭锁系统中，如镇江供电公司的AAN-2000网络型防误集控系统，以微型计算机和工业级单片机为基础，以变电所一次系统图和所有电气设备的防误操作规则库软件为核心，由变电所端防误系统和监控中心防误工作站两部分构成。对现场设备的实时位置控制与采位由分布式控制器通过CAN总线完成，分布式控制器对锁具的控制采用星形接线方式，总控机对分布式控制器下发或接收数据信息，再通过网络与监控中心进行信息交换，完成各项防误功能。又如武汉水利电力大学开发的微机防误闭锁装置，内置常规操作规则库，即标准“五防”逻辑，实现了大多数操作原件无需用户编制“五防”规则，减轻了安装调试工作量；特殊操作规则库，用于复杂接线方式中特殊元件和用户特殊要求的五防闭锁，库结构简单，直观，可由用户自己编程，修改；开发性的模块化设计，可不断对常规操作规则库进行充实，完善和优化，以适应操作规则不断发展的需要。上述供电公司在变电站防止误操作闭锁操作中，主要使用单机版的变电站五防闭锁管理系统，进行操作票的编制、模拟预演等操作。上述类系统数据存储在单机上，数据的安全得不到保障，更无法实现一些重要操作信息数据的共享；由于各变电站之间采用了不同厂家的五防闭锁系统，各系统之间技术实现与通讯标准各不相同，信息不能共享；由于五防应用的开发都是基于不同的图形数据格式，在供电公司范围内存在着多种变电站一次接线图，图形的格式不一致，势必造成图形数据的重复录入，导致数据的不一致。\n发明内容\n本发明所要解决的技术问题是提供一种实现无人值班变电站网络化五防闭锁系统的方法。\n本发明采用如下技术方案：\n实现无人值班变电站网络化五防闭锁系统的方法如下：\n(一)组建系统网络：\n首先建立一个由生产控制I区专用网、生产III区网、管理信息区网组成的系统网络，所述生产控制I区专用网与生产III区网之间通过正向物理隔离器单向连接；所述生产III区网与管理信息区网通过防火墙单向连接；\n(二)建立系统接口：\n(1)建立图形显示处理COM组件：\n以地理信息GIS系统提供的图形资源作为唯一的图形数据源，采用大多数开发平台均支持的COM组件技术，建立图层数据加载、图形基本操作、图元对象数据查询功能于一体的图形显示处理COM组件；\n(2)以调用本地图形数据的方法为主，采用FTP文件上传/下载保持图形数据的同步：\n当用户使用GIS图形编辑系统修改了变电站的一次接线图并将变更后的图形保存后，所述的GIS图形编辑系统会更新一次接线图变更状态文件，本五防闭锁系统根据所述一次接线图变更状态文件进行本地数据的更新；\nWebService读取图形数据服务器中相应变电站的图形数据，所述图形数据包括：该变电站的站址分布、站内一次接线图的线路、设备、注记，并将这些图形数据导出成Shapefile文件格式；导出的Shapefile文件按照变电站名称分类存放在FTP服务器的相应目录下，图层名称固定不变；WebService在导出所述Shapefile文件后，更新所述一次接线图变更状态文件，设置该变电站图形已更新标志；同时，通过正向物理隔离器向生产III区网传送更新图形文件，保持图形数据同步；\n(3)建立五防闭锁系统与电脑钥匙之间的标准通讯规约：\n所述生产控制I区专用网中的主站终端和子站终端与电脑钥匙之间的通讯协议为标准通讯规约，所述标准通讯规约实现了五防闭锁系统与多个不同厂家电脑钥匙的顺畅通讯，所述标准通讯规约定义了五防闭锁系统与电脑钥匙通讯程序之间的操作数据、回传数据的详细内容以及接口数据文件的格式，定义了程序句柄存储结构及4个通讯消息，详细说明了五防闭锁系统与所述电脑钥匙通讯程序、电脑钥匙之间接口数据的形成、下载、回传的通讯过程和数据处理过程；\n(4)所述生产控制I区专用网中的主站与子站之间的通讯采用网络TCP/IP协议；\n(5)五防闭锁系统与所述生产控制I区专用网中的综自系统接口：\n采用串行通讯协议，实现五防闭锁系统实时接收综自系统传来的实遥信数据，并将五防闭锁系统的遥控效验信息及虚遥信数据及时上传到综自系统。\n本发明的有益效果是打破单机版变电站五防闭锁管理模式，建立一个统一的、网络化的、集中管理的五防闭锁管理平台，实现五防闭锁标准功能和无人值班变电站五防闭锁系统远程监视及管理功能；实现输变电地理信息系统与五防闭锁系统变电站一次接线图图形数据格式的统一和信息共享；根据五防闭锁系统与电脑钥匙标准通讯规约，实现五防闭锁系统与多个不同厂家电脑钥匙数据的下载和回传。\n附图说明\n图1为本发明所述系统网络的结构示意图。\n图2为与电脑钥匙通讯的接口数据流程图。\n图3为保持一次图形同步逻辑流程示意图。\n图4为本五防闭锁系统的功能方块图。\n在图1中，1为输变电GIS数据库服务器，2为WEB服务器，3、5、10、11、12、13、14为网络交换机，4为防火墙，6为文件接收服务器，7为正向物理隔离器，8为文件发送服务器，9为图形数据服务器，15为主站终端，16、17、18、19为子站终端，20、21、22、23、24为综自系统终端，25、26、27、28、29为通讯适配器，30、31、32、33、34为电脑钥匙，35、36、37、38、39为锁具，40为MIS网络，41为生产III区网络，42为生产控制I区网络。\n具体实施方式\n实现无人值班变电站网络化五防闭锁系统的方法如下：\n(一)组建系统网络(见图1)：\n系统网络由生产控制I区专用网、生产III区网、管理信息区网组成；生产控制I区专用网与生产III区网之间通过正向物理隔离器7单向连接；生产III区网与管理信息区网通过防火墙4单向连接；所述生产控制I区专用网由主站、子站、生产控制I区网络42、文件发送服务器8组成，主站和各子站通过生产控制I区网络42双向连接；所述生产III区网由生产III区网络41、文件接收服务器6、网络交换机5组成，网络交换机5与文件接收服务器6单向连接，文件接收服务器6与生产III区网络41单向连接；所述管理信息区网由网络交换机3、MIS网络40、输变电GIS数据库服务器1、WEB服务器2组成；输变电GIS数据库服务器1与MIS网络40双向连接，WEB服务器2与MIS网络40单向连接，网络交换机3与MIS网络40单向连接。\n所述主站由存储各变电站的一次接线图数据的图形数据服务器9、装有主程序和钥匙通讯程序的主站终端15、通讯适配器25、电脑钥匙30、锁具35、综自系统终端20、网络交换机10组成；锁具35与电脑钥匙30双向连接，电脑钥匙30通过通讯适配器25与主站终端15双向连接，网络交换机10分别与主站终端15、图形数据服务器9和生产控制I区网络42双向连接，主站终端15通过RS232接口与综自系统终端20双向连接。\n所述各子站的结构相同，其中第一个子站由装有主程序和钥匙通讯程序的子站终端16、通讯适配器26、电脑钥匙31、锁具36、综自系统终端21、网络交换机11组成；锁具36与电脑钥匙31双向连接，电脑钥匙31通过通讯适配器26与子站终端16双向连接，子站终端16通过网络交换机11与生产控制I区网络42双向连接，子站终端16通过RS232接口与综自系统终端21双向连接。\n(二)建立系统接口：\n(1)建立图形显示处理COM组件：\n随着GIS系统的推广及应用，符合国际标准的矢量格式图形数据成为空间数据查询及分析的重要资源。目前，在供电企业中存在许多自定义格式的图形数据，与之相应地存在许多读取自定义格式数据的应用系统。这样势必造成数据源的不统一，使得数据的正确性和唯一性得不到保证，不仅影响了对图形的日常维护工作，还对整个供电企业信息工作流程的规范化运作造成了困扰。为了充分利用GIS系统提供的图形资源，需要制订对标准矢量图形进行读取及显示的应用规范，在软件接口层上支持数据共享平台。\n为了统一图形数据源，减少图形数据维护量，以GIS系统提供的图形资源作为唯一图形数据源，GIS系统在软件接口上提供数据共享平台，采用大多数开发平台均支持的COM组件技术，建立图层数据加载、图形基本操作、图元对象数据查询等功能于一体的图形显示处理COM组件(MoControl组件)，五防系统在此基础上进行二次开发，以实现图形数据的操作和统一。\n(2)以调用本地图形数据的方法为主，采用FTP文件上传/下载保持图形数据的同步：\n当用户使用GIS图形编辑系统修改了变电站的一次接线图并将变更后的图形保存后，编辑系统会更新一次接线图变更状态文件(Update.ini)，本五防闭锁系统根据该文件进行本地数据的更新；\nWebService读取图形数据服务器中相应变电站的图形数据，这些数据包括：该变电站的站址分布、站内一次接线图的线路、设备、注记，并将所述图形数据导出成Shapefile文件格式；导出的Shapefile文件按照变电站名称分类存放在FTP服务器的相应目录下，图层名称固定不变；WebService在导出所述Shapefile文件后，更新所述一次接线图变更状态文件，设置该变电站图形已更新标志；同时，通过正向物理隔离器向生产III区网传送更新图形文件，保持图形数据同步；\n保持一次图形同步逻辑流程见图3。\n(3)建立五防闭锁系统与电脑钥匙之间的标准通讯规约：\n所述生产控制I区专用网中的主站终端和子站终端与电脑钥匙之间的通讯协议为标准通讯规约，所述标准通讯规约实现了五防闭锁系统与多个不同厂家电脑钥匙的顺畅通讯所述标准通讯规约定义了五防闭锁系统与电脑钥匙通讯程序之间的操作数据、回传数据的详细内容以及接口数据文件的格式，定义了程序句柄存储结构及4个通讯消息，详细说明了五防闭锁系统与所述电脑钥匙通讯程序、电脑钥匙之间接口数据的形成、下载、回传的通讯过程和数据处理过程；\n采用串行通讯协议，采用自定义规约，实现五防闭锁系统与电脑钥匙通讯，包括自学通讯、操作传输、钥匙回传。\n随着将来变电站五防闭锁系统的应用，五防闭锁系统与电脑钥匙的通讯标准也多种多样，为了达到五防系统的通用化目标，便于推广用，实现系统与电脑钥匙接口的统一，数据信息下载、回传通畅，需建立五防闭锁系统与电脑钥匙标准通讯规约。规约详细规定五防系统与电脑钥匙的通讯协议、上传或下传数据信息标准。\n五防闭锁系统根据操作票生成操作数据文件，存储在接口数据文件中。\n操作数据信息包括：站号、操作组号、总项数、已操作项数、设备ID、分/合状态。\n五防闭锁系统和电脑钥匙通讯程序间通过共享内存和消息通讯机制完成程序间的协调通信，通讯过程如下：\nA：向电脑钥匙传操作项\n1)五防闭锁系统进行预演操作，完成后生成操作文件向钥匙通信程序发送接收操作项消息(WM_USER+201)。\n2)通信程序将操作项传入电脑钥匙，完成操作后向五防闭锁系统发送操作项接收完毕消息(WM_USER+202)。\nB：向五防闭锁系统回传操作结果\n1)电脑钥匙通信程序从电脑钥匙中接收回传项，接收完毕后写入文件，并向五防闭锁系统发送接收回传项消息(WM_USER+203)。\n2)五防闭锁系统接收完回传项后向通信程序发送回传项接收完毕消息(WM_USER+204)，完成回传操作。\n(4)所述生产控制I区专用网中的主站与子站之间的通讯采用网络TCP/IP协议；\n采用网络TCP/IP协议，采用自定义规约，实现主站状态信息实时下传到子站；子站经电脑钥匙回传的系统状态及时更新上传到主站；子站随时申请主站状态信息；主站及时将操作项预演内容信息下传到子站；达到主站预演，主站或子站回传信息；子站预演，子站回传信息；主站、子站状态信息始终保持一致。\n(5)五防闭锁系统与所述生产控制I区专用网中的综自系统接口：\n采用串行通讯协议，实现五防闭锁系统实时接收综自系统传来的实遥信数据，并将五防闭锁系统的遥控效验信息及虚遥信数据及时上传到综自系统。\n(三)软件部署：\n系统软件主要包括数据库系统、主站系统、子站系统、WEB服务系统和文件传输系统五部分。\n(1)数据库系统采用ORACLE 9i数据库系统进行管理，实现变电站一次接线图图形和五防操作票等信息的存储，同时提供主站和子站使用。\n(2)主站系统包括集控型微机防误闭锁主站软件、集控型专家操作票软件、集控型通讯接口软件、MO控件、MoControl组件。\n(3)子站系统包括集控型微机防误闭锁子站软件、MO控件、MoControl组件。\n(4)WEB服务系统部署WEB应用服务，采用B/S模式，提供五防Web Services服务，通过浏览器实现一、二次设备状态信息的浏览、操作票的查询。\n(5)文件传输系统部署文件发送、文件接收实时服务程序，通过五防专用正向隔离器实现将操作票信息、开关状态信息、二次设备信息、一次接线图变更信息等数据由生产控制I区传送到生产III区，实现一次接线图的同步更新和五防闭锁系统信息的共享。\n(四)数据架构设计：\n本地数据存储采用Access 2000库，ADO操作方式；网络数据存储采用Oracle库。\n采用本地数据存储模式，主要为了安全考虑，确保网络出现故障后，还能继续进行工作，不会影响对变电站的正常工作。\n集控主站定时更新远端的数据库服务器上的一次、二次设备状态信息、操作票信息，使本地数据与服务器端数据保持同步。\n(1)五防主站、子站运行时，默认方式为连接远端图形服务器，如果连接失败，转为连接本地图形数据。\n(2)五防系统的正确运行，除了依赖GIS图形外，还必须配置与GIS图关联的五防信息，具体包括：五防设备编号、锁号、锁型、站号、组号、点号、电压等级、所属线路等信息。\n(3)集控主站、子站与监控系统通讯，实现设备状态实时对位。\n(4)集控主站、子站之间可以实现状态对位、互传操作票项、预演票项信息。\n(5)集控主站、子站都可以与电脑钥匙通讯，实现预演项的传输和钥匙信息的回传。\n(五)数据的传递：\n(1)从生产控制I区到生产III区信息传递：\n从生产控制I区到生产III区信息传递内容见附表1。\n(2)在生产控制I区内部的信息传递：\n子站从五防图形服务器下载有更新的变电站一次图文件，子站需下载文件500k左右，主站与子站设备状态信息定时对位，传输数据大小30k左右。\n(六)系统功能(见图4)：\n无人值班变电站网络化五防闭锁系统是运用计算机技术、自动控制技术对无人值守变电站进行集中五防操作和操作票管理的综合系统。集控主站和子站系统具有完善的五防闭锁功能，基本功能涵盖了防止误操作闭锁、操作票的编制、五防闭锁模拟预演、操作票仿真培训、系统维护、统计查询等基本功能。五防WEB系统采用B/S模式，用户可以通过Web浏览器实现一、二次设备状态信息的浏览、操作票的查询。\n(1)系统基本功能：\n1)操作票的编制功能：\n运行人员可在一次接线图和二次设备图上，按模拟操作顺序编制操作票。开票过程中，系统自动进行五防审核，可以进行自由开票、按标准票开票、手工开票。\n2)五防闭锁模拟预演功能：\n模拟预演从根本上改变了模拟盘只能对一次设备预演，系统提供一次、二次设备图形界面，可对一次及二次设备同时预演操作，并根据实际操作顺序改变一次、二次设备状态。模拟完毕后可将模拟操作项的信息传输到电脑钥匙中。模拟预演分为“自由预演”和“操作票预演”。自由预演是指在模拟操作过程中，在“五防”规则允许的情况下可以对任意一次设备进行模拟操作。操作票预演是指在“五防审核”的基础上增加了所选操作票的逻辑限制，必须按所选操作票的操作项目逐步进行模拟操作。\n3)设备对位功能：\n通过与监控系统的实时通讯，获取现场设备状态，设置五防闭锁系统中设备状态，以保证系统图状态和现场设备状态一致。\n4)系统培训功能：\n系统具有操作票仿真培训功能，可记录操作人员错误操作及各种添加、删除、修改等过程操作，计时点击开票功能，按标准票逐条提示开票功能，真正达到考核和培训人员目的。\n5)系统统计、查询功能：\n系统具有操作票统计功能，可以按时间段、开票人进行统计，可统计总计开票数、总计票项数、已执行的票数、未执行的票数、废票数等。\n6)系统维护功能：\n实现对操作票样的格式设置；规则库、操作术语库、二次压板库、操作其他项库、口令库的修改；可以灵活配置与综自通讯参数、主站与子站通讯参数、操作票参数、系统参数等。\n7)WEB系统\n系统采用B/S模式，提供五防WebServices服务，用户应可以通过Web浏览器实现一、二次设备状态信息的浏览、操作票的查询，无需安装客户端软件。\n(2)集控站主要功能：\n1)集控主站能够显示所有受控子站的一次接线图，反映各子站的运行设备状态。\n2)集控主站具备各子站的微机防误功能：\n可实现集中开票、分散操作，既可以在集控中心对任意子站的操作任务进行开票、模拟预演，进行五防闭锁逻辑判断，可将倒闸操作票传给电脑钥匙，由运行人员到子站现场进行倒闸操作；又可直接将操作票通过网络下传给子站，通过子站通讯适配器发送给电脑钥匙，再进行现场倒闸操作。各子站断路器可在集控主站操作，也可在当地监控操作，也可在本站控制室就地操作。运行人员操作完毕后，既可在子站就地回传，也可将电脑钥匙拿回集控主站回传，系统始终保持主站和子站之间的设备状态是一致的。\n3)主站控制子站功能：\n集控主站向受控站五防闭锁系统提供遥信，包括采集到的所有设备的状态，并将其控制操作后设备的变位信号回传给受控站，使闭锁方实现断路器、隔离开关等设备的实时对位。在通信中断情况下可以通过手工对位操作实现通过子站五防闭锁系统独立进行受控站倒闸操作，通信恢复后自动交换信息，进行信息对位。\n4)五防闭锁系统与监控系统之间的通信功能：\n集控站五防闭锁系统与监控系统实现双向实时通信，向集控站监控系统提供必要的虚遥信，包括断路器、隔离开关、地刀、网门、临时接地线等设备状态；根据需要接收监控系统采集的各种实遥信。在每个操作任务实施前进行模拟预演，预演通过后，产生操作票和向集控SCADA系统发出操作许可命令，集控站SCADA系统在得到许可命令后方可对相应的设备进行操作。\n5)监控系统与五防闭锁系统之间的操作功能：\n当遇到需监控系统操作的设备(如断路器)，监控系统向五防主机发请求遥控操作信息，五防主机经过判断检验后，向监控系统发送允许、不允许操作信息，监控系统根据命令进行相应的遥控操作；\n当遇到监控系统不能操作的设备(如手动隔离开关、接地刀闸、临时地线、网门等)，则由电脑钥匙接收操作票，运行人员持电脑钥匙到变电站进行倒闸操作。\n6)远方图形化监控功能：\n监控中心将刀闸、网门、接地线等虚遥信息，用统一、规范图形符号进行显示，如网门打开或关闭、接地线安装或拆除等。这些虚遥信息在监控中心用图形显示，使监控中心值班人员就像在变电站现场一样随时掌握设备运行的实际状态，从而强化监控中心对远方变电站的管理。\n(3)集控子站功能：\n1)集控子站读取五防图形服务器一次图，及时更新本站一次系统图。\n2)集控子站通过RS232与子站监控系统实时通信。\n3)具备独立的微机防误功能：配置符合站内实际情况的防误锁具及附件，可保证在未经集控主站模拟过程，仍可在子站内完成防误操作，便于处理巡视时的临时操作。\n4)与集控主站通讯功能：通过主站和子站间的网络通讯设备，既可上传子站设备状态，也可接收集控主站下传的操作票信息，实现集控主站模拟、子站操作的目的。\n(4)系统操作方式：\n1)主站模拟，集控中心监控系统操作遥控设备：\n在集控中心主站防误主机进行开票模拟，通过当地适配器传票到电脑钥匙或通过局域网子站传票到电脑钥匙，遇到集控中心监控系统操作遥控设备时，则通过软件闭锁集控中心监控系统的遥控操作，电脑钥匙回传可在主站，也可在子站。\n2)主站模拟，子站监控系统操作遥控设备：\n在集控中心主站防误主机进行开票模拟，通过局域网子站传票到电脑钥匙，遇到子站监控系统操作遥控设备时，则通过软件闭锁子站监控系统的遥控操作，电脑钥匙回传在子站。\n3)子站模拟，子站监控系统操作遥控设备：\n在子站防误主机进行开票模拟，通过子站当地适配器传票到电脑钥匙，遇到子站监控系统操作遥控设备时，则通过软件闭锁子站监控系统的遥控操作，电脑钥匙回传在子站。\n附表1：\n  序号   文件内容   文件格式   文件大小   传递周期   1   变电站开关、刀  闸遥信状态   文本格式   20k左右   变电站有工作时，传递开  关、刀闸遥信状态   2   变电站开票信  息   文本格式   10k左右   变电站开操作票时，传递  开票信息   3   变电站二次设  备状态信息   文本格式   10k左右   变电站有工作时，传递二  次设备状态信息   4   变电站一次图  图形数据   压缩文件   500k左右   当变电站一次图进行更  新后，传递一次图图形数  据