电力二次屏柜能力描述系统

技术领域

本发明涉及一种电力系统变电站设计和运维描述系统，特别是一种电力二次屏柜的能力描述系统。

背景技术

伴随着信息化建设在电力领域的浪潮，国家电网提出全力建设以“云大物移智链”为支持的泛在电力物联网，南方电网提出全力建设以数字化、信息化为支撑的新型现代电网。变电设计作为变电站工程数据库的源头，是电网建设、工程运维的数据基础。实现变电站设计各要素、各环节的数字化，是新型电网建设的必然要求。

电力二次屏柜(屏柜)是变电站的重要组成部分，是变电站设计和运维的重要载体，由机柜和安装在机柜上的继电保护设备、安全自动装置及其配套设备和辅助元器件组合而成。利用线缆实现屏柜内部各设备间的端子连接，是实现电力流、信息流的必要载体，是实现电力系统继电保护功能的必备要素。当前，屏柜内部各设备、装置间的端子连接，通过DWG格式的图纸方式展现，在设计、施工、运维人员之间进行信息传递。DWG是电脑辅助设计软件AutoCAD以及基于AutoCAD的软件保存设计数据所用的一种文件格式，利用DWG格式图纸展现二次回路端子连接关系存在如下不足：1.信息量少、信息深度不够，DWG格式的图纸只包含了二次回路连接相关的信息，如端子编号、回路标识、描述信息，对设备信息、端子的电气特性信息缺乏广度和深度的描述。2.手工查阅、效率低下容易出错，在施工和运维阶段，作业人员只能人工翻阅图纸，查找每根回路接线的来龙去脉，不但效率低下还容易出错，没办法一键定位、自动完成。3.数字化程度低、修改不方便。DWG格式的图纸由于格式规范不公开，无法通过第三方、公用软件识别和读取信息，导致图纸的数字化程度低，如果需要修改，只能重新通过设计、移交、存档，过程繁琐。

随着数字化、信息化、智能化在电网建设中的时代浪潮，现有技术的电力二次屏柜通过DWG格式图纸描述其能力的方式已无法满足需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力二次屏柜能力描述系统，要解决的技术问题是方便快速形成信息广度和深度大的数字化电力二次屏柜能力描述文件。

本发明采用以下技术方案：一种电气二次屏柜的能力描述系统，设有屏柜设备分区模块、能力属性提取模块、设备对象逻辑结构层次定义模块和规则化标签设计模块；

所述屏柜设备分区模块获取分区的依据，根据分区的依据，进行区域的划分，得到屏柜设备分区结果和区域物料设备清单，保存到屏柜设备分区模块的数据库中；

所述分区的依据为《GB/T 51071-2014 330kV～750kV智能变电站设计规范》5.1节、《GB/T 51072-2014 110(66)kV～220kV智能变电站设计规范》5.1节和二次设备厂家的二次设备说明书；

能力属性提取模块根据屏柜设备分区结果和区域物料设备清单，按设计、运维、管理分类，设置屏柜物料设备的能力属性，能力属性为设计能力属性、运维能力属性、管理能力属性，保存到能力属性提取模块的数据库中；

设备对象逻辑结构层次定义模块依据屏柜设备分区结果和区域物料设备清单、屏柜物料设备的能力属性，将屏柜和屏柜内部的物料设备，分为四个层次：屏柜层、区域层、设备层、端子层，得到设备对象逻辑结构层次；

规则化标签设计模块从屏柜设备分区模块获取到屏柜设备分区结果和区域物料设备清单，从能力属性提取模块获取到屏柜物料设备的能力属性，从设备对象逻辑结构层次定义模块获取到设备对象逻辑结构层次，对设备对象逻辑结构层次进行规则化标签设置，再按设备对象逻辑结构层次输出，得到电力二次屏柜能力描述文件。

本发明的屏柜设备分区模块从个人电脑输入界面获取设计人员输入的分区的依据。

本发明的区域的划分为：在屏柜正面从上至下划分区域为：显示设备区、二次设备区1、二次设备区2、压板区，二次设备区1两边均为上面的按钮区和下面的把手区；在屏柜背面从上至下划分区域为：空开区、二次设备区3、光纤接线区、其它设备区，二次设备区3两边分别是左侧端子排区和右侧端子排区。

本发明的屏柜设备分区模块从个人电脑输入界面获取设计人员输入的区域物料设置，按列表的格式，将物料设备形成一条条记录，形成区域物料设备清单。

本发明的区域物料设备清单设置有物料设备的类别、名称、数量、备注信息，备注信息为物料设备的型号、生产厂家、物资编码、产品特性，物料设备的产品说明书。

本发明的设计能力属性为二次设备名称、二次设备类型、二次设备厂商、二次设备数量、端子描述、端子编号、端子类型、端子数量；所述运维能力属性为二次设备的额定接入电源、二次设备唯一性编码、端子应用类型、端子颜色、端子连接关系、端子对应的虚拟地址；所述管理能力属性为物料编码、二维码标签。

本发明的屏柜层包含有屏柜属性信息；所述区域层包含区域属性；所述设备层由组成屏柜的设备构成；所述端子层由二次设备的连接端子构成。

本发明的规则化标签采用XML格式，用电力二次屏柜能力描述元素记载。

本发明的电力二次屏柜能力描述元素采用英文或符号分别表示屏柜层、区域层、设备层、端子层的物料设备及其能力属性。

本发明与现有技术相比，对屏柜及屏柜内部的设备进行分类和属性提取，基于XML，形成一种数字化、规则化的屏柜能力描述文件，通过设置元素和属性，规则化、结构化的描述屏柜及其设备的属性信息，形成统一格式，可在计算机及人员之间无歧义传输的屏柜能力描述文本，在确保屏柜设计能力得到满足的同时，大大提升了屏柜的数字化水平，为后续的自动设计、智能运维、精益管理提供了可识别、可依据、可应用的数据基础。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。

图2是本发明的电力二次屏柜正面物料区域分布图。

图3是本发明的电力二次屏柜背面物料区域分布图。

图4是本发明的切换把手状态(连接点)示意图(一)。

图5是本发明的切换把手状态(连接点)示意图(二)。

图6是本发明的切换把手状态(连接点)示意图(三)。

图7是本发明的切换把手状态(连接点)示意图(四)。

图8是本发明实施例的屏柜能力描述文件中文示意图。

图9是本发明实施例的屏柜能力描述文件示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施对本发明作进一步详细说明。电力二次屏柜能力描述文件是一种基于XML格式，采用数字化建模和结构化描述方法，用于描述屏柜及其包含的二次设备(设备)、压板与竖端子(物料)的能力的文本文件，是屏柜乃至电气二次系统数字化、自动化、智能化设计的数据基础。

如图1所示，本发明的电气二次屏柜的能力描述系统(系统)，设有屏柜设备分区模块、能力属性提取模块、设备对象逻辑结构层次定义模块和规则化标签设计模块。

本发明的系统设置在个人电脑上，系统接收电力二次设备厂家设计人员输入的屏柜设备分区指令、区域物料设置、设备的能力属性设置，经过设备对象逻辑结构层次定义和规则化标签设计，输出电力二次屏柜能力描述文件。电力二次设备厂家设计人员在利用个人电脑进行屏柜设计之前，首先通过工程项目合同和订货清单，明确屏柜的选型要求和组屏方案，明确屏柜内部的设备选型和物料设备。

屏柜设备分区模块完成屏柜设计的选型要求、组屏方案和屏柜设备所属区域的划分(分区)。

屏柜设备分区模块从个人电脑输入界面获取设计人员输入的分区的依据，根据分区的依据，进行区域的划分，得到屏柜设备分区结果和区域物料设备清单。

分区的依据为《GB/T 51071-2014 330kV～750kV智能变电站设计规范》5.1节、《GB/T 51072-2014 110(66)kV～220kV智能变电站设计规范》5.1节和二次设备厂家的二次设备说明书。

本实施例为220kV变电站的电气二次屏柜，区域的划分为：

如图2所示，在屏柜正面从上至下划分区域为：显示设备区、二次设备区1、二次设备区2、压板区，二次设备区1两边均为上面的按钮区和下面的把手区。

如图3所示，在屏柜背面从上至下划分区域为：空开区、二次设备区3、光纤接线区、其它设备区，二次设备区3两边分别是左侧端子排区和右侧端子排区。

二次设备区1、二次设备区2和二次设备区3是屏柜内部的核心组成元素，也是屏柜能力描述的核心组成单元，包括继电保护装置、安全自动装置、稳控装置以及交换机、打印机辅组功能设备。

显示设备区包括各指示灯、仪器仪表，如状态指示灯、温控器、变送器。

空开区包含直流电源空开、交流电压空开、交流电源空开、空开辅组触点、空开故障信号触点。

压板区用于控制信号通断的刀片式接触设备，从功能上分类包括功能压板、出口压板、备用压板。压板颜色也更具功能有所不同，通常分为红色、驼色、黄色。压板通常只有两个连接点。

按钮区包括复归按钮、分闸按钮、合闸按钮等，通常用于复归信号和分合闸开关，有两个连接点。

把手区包括操作把手、并列把手、打印切换把手、投退/测试把手、重合闸切换把手、开关检修切换把手、通道/重合闸切换把手、高压断路器控制切换或PT并列或同期切换把手、本线/旁路切换把手、联锁/解锁把手、直流电源切换把手、五防解锁把手等。不同把手通常又有多种状态，如图4所示，重合闸切换把手包含单重、综重、三重、停用四种状态；如图5所示，操作把手包含手跳、就地、远控、就地、手合五种状态；如图6所示，切换把手包含就地和远控两种状态；如图7所示，切换把手包含手跳、手合两种状态。

左侧端子排区由竖端子组合而成，位于屏柜左侧，是连接屏柜内部端子和外部端子的枢纽。竖端子按其连接对象的电气特性，通常可分为通用端子、直流端子、交流电流端子、交流电压端子、强电开入端子、信号开入端子、遥控出口端子、监控通信端子、公共端子、备用端子。具有相同电位之间的短接端子通常采用连接片完成端子连接。

右侧端子排区位于屏柜右侧，与左侧端子排区定义相同。

光纤接线区包含光纤接线盒、光纤配线架、光纤盘线架，是智能变电站电力二次屏柜的重要组成部分。

其它设备区除上述定义以外的设备，如防雷器、接地铜排、小母线支架。

同时，屏柜设备分区模块从个人电脑输入界面获取设计人员输入的区域物料设置，按列表的格式，将物料设备形成一条条记录，形成区域物料设备清单。区域物料设备清单设置有物料设备的类别、名称、数量、备注信息，备注信息为物料设备的型号、生产厂家、物资编码、产品特性，物料设备的产品说明书。

屏柜设备分区模块将屏柜设备分区结果和区域物料设备清单保存到屏柜设备分区模块的数据库中，供能力属性提取模块和规则化标签设计模块使用。

能力属性提取模块完成对屏柜物料设备能力属性的提取。

能力属性提取模块在个人电脑输入界面设置有屏柜物料设备的能力属性编辑窗口，设计人员根据屏柜设备分区结果和区域物料设备清单，按设计、运维、管理分类，设置屏柜物料设备的设计能力属性、运维能力属性、管理能力属性。

屏柜物料设备的能力属性编辑窗口设有三个维度(能力属性)：(1)设计维度，为设计人员所关注的设备名称、设备类型、设备厂商、设备数量、端子描述、端子编号、端子类型、端子数量；(2)运维维度，为设备的额定接入电源、设备唯一性编码、端子应用类型、端子颜色、端子连接关系、端子对应的虚拟地址；(3)管理维度：物料编码、二维码标签。

不同的屏柜物料设备，有不同的能力属性，能力属性为：属性名称、属性说明、属性基本类型、值与值域、必备或可选M/O。如表1监控通信端子的能力属性，表2复归按钮的能力属性。

表1监控通信端子的能力属性

在表1中，“属性名称”是属性的英文名称，在本发明的名称具有唯一标识，由数字、字符和下横线组成，且不能以数字开头，最大长度不超过32个字符；“属性说明”是属性的中文描述，表述属性中文语义；“属性基本类型”是属性的取值数据类型，本发明的属性基本数据类型为：名称、说明、值域、注释，见表7；“值与值域”是属性的值，默认为空，由设计人员通过能力属性编辑窗口设置；“M/O”为选择属性，为M时，该条属性为必备属性，为O时，为可选属性。

表2复归按钮对象的能力属性

能力属性提取模块接收设计人员从屏柜物料设备的能力属性编辑窗口输入的屏柜物料设备的能力属性，保存到能力属性提取模块的数据库中，提供给设备对象逻辑结构层次定义模块和规则化标签设计模块，用于完成屏柜能力描述文件的输出。

设备对象逻辑结构层次定义模块依据屏柜设备分区结果和区域物料设备清单、屏柜物料设备的能力属性，将屏柜和屏柜内部的物料设备，分为四个层次：屏柜层、区域层、设备层、端子层，得到设备对象逻辑结构层次。设备对象逻辑结构层次是指对象的所属关系，如设备的连接端子属于某一设备，设备在逻辑上属于某一物料设备区域，物料设备区域属于屏柜。四个层次具体为：

屏柜层：屏柜作为能力描述的主体，是所有层次的最底层，包含有屏柜属性信息。

区域层：按屏柜设备分区模块的划分，将划分的区域置于该层，包含区域属性，区域层包括设备。

设备层：属于区域层，由组成屏柜的设备构成，设备层包含对应设备的属性信息。设备层下设对应的端子层。

端子层：属于设备层，由设备的连接端子构成，包含端子的属性信息，是屏柜能力的主体部分。

区域层、设备层、端子层是根据所属关系的一个逻辑划分，他们同属于一个屏柜的整体对象。屏柜能力描述的层次划分，为屏柜能力描述文件的结构化描述提供了依据和理论基础。

规则化标签设计模块从屏柜设备分区模块获取到屏柜设备分区结果和区域物料设备清单，从能力属性提取模块获取到屏柜物料设备的能力属性，从设备对象逻辑结构层次定义模块获取到设备对象逻辑结构层次，对设备对象逻辑结构层次进行规则化标签设置，再按设备对象逻辑结构层次输出，得到电力二次屏柜能力描述文件。规则化标签采用XML格式，用电力二次屏柜能力描述元素记载，得到电力二次屏柜能力描述文件。电力二次屏柜能力描述元素(元素)采用英文或符号分别表示屏柜层、区域层、设备层、端子层的物料设备及其能力属性，电力二次屏柜能力描述元素在本发明里指代的物料设备能力属性是通用的，可以描述变电站各种规格型号的电力二次屏柜。如图8和图9所示，

屏柜层的元素为：Cubicle。屏柜层的屏柜的能力属性包含属性名称和属性说明，其元素见表3。

表3屏柜的能力属性

区域层的元素为：Area，区域层每一个Area表示一个区域，每个区域有区域的属性名称和属性说明，见表3。

表4区域的属性名称和属性说明

设备层的元素为：Device，表示屏柜的组成物料及设备。有多少种物料设备则有对应个数的Device元素，每一个Device描述一种物料设备。每种物料设备对象设有物料设备能力属性，包括能力属性名称和属性说明

表5物料设备能力属性

端子层的元素为：Port，表示物料设备的端子。每一个物料设备拥有不同的端子，每一个端子通过Port元素描述。端子拥有端子属性，端子属性为属性名称和属性说明，如表6。

表6端子属性

规则化标签设计模块完成了对设备对象逻辑结构层次进行规则化标签设置，按设备对象逻辑结构层次，形成包括屏柜能力描述对象和能力描述对象值的电力二次屏柜能力描述文件。

电力二次屏柜能力描述文件可以作为一种标准化数据存储格式，便于在计算机、人相互之间高效传输，在全面、深入、细颗粒度挖掘屏柜能力属性的同时，通过机器阅读和可视化展示，大大提升了工程和运维作业人员的方便和自动化水平。

本发明的系统解决了变电站设计中屏柜数字化信息缺失、设备运维过程中数据属性不完善、自动化程度低、智能化应用不高的问题。本发明的系统形成的电力二次屏柜能力描述文件，为变电站二次回路的数字化设计和智能运维提供了数据基础和快速、简洁的描述方法，大大提升了变电站的“状态全面感知”和数字化水平，具有非常实用的工程应用价值。

表7属性基本数据类型

本发明的系统形成电力二次屏柜能力描述文件，按以下步骤：

一、屏柜设备分区模块从个人电脑输入界面获取设计人员输入的分区的依据，根据分区的依据，进行区域的划分，得到屏柜设备分区结果和区域物料设备清单。

二、能力属性提取模块完成对屏柜物料设备能力属性的提取。

三、设备对象逻辑结构层次定义模块将屏柜和屏柜内部的物料设备，分为四个层次：屏柜层、区域层、设备层、端子层，得到设备对象逻辑结构层次。

四、规则化标签设计模块对设备对象逻辑结构层次进行规则化标签设置，再按设备对象逻辑结构层次输出，得到电力二次屏柜能力描述文件。

本发明的系统形成的电力二次屏柜能力描述文件，具有以下优点：(1)对象数字化，在屏柜能力描述对象上，即包括了屏柜柜体本身，也包括了屏柜内部的物料要素，如压板、空开、把手、打印机、温控器、光纤接线盒、端子排等，并将各要素对象的各种属性信息进行数字化、信息化描述，具备对象全覆盖、信息充分且完整的特点。(2)结构层次化，描述的屏柜信息采用层次化结构描述方法，比如屏柜包含端子排、端子排包含端子等。分层描述，所属关系和结构信息，清晰明了、直观易读。(3)结果文本化，结果是形成一个规则化的屏柜能力描述文本文件。规则化的文本文件，便于在人机、计算机与计算机之前传输和识别与应用，是一种简便的数据存储方式。