繼電保護技術信息管理系統研究

隨著網絡技術的飛速發展，通過Web方式實現繼電保護技術信息管理系統已經成為一個高效、方便的實現方式。本文以設計開發實用化的繼電保護技術信息管理平臺為目標，對平臺的整體規劃、設計思路和核心技術等問題進行了研究與探討，明確了系統的結構、功能和實現方式。通過沙角A電廠繼電保護技術信息管理系統的應用，驗證了本文的設計思路，在實際的應用中取得了較好的效果。
　　關鍵詞：繼電保護；圖紙管理；矢量化；AutoCAD二次開發

Technological information management system research of relay protection

LI Zhi-xing，CAI Ze-xiang，XU Zhi-hua，LI Jun-da，ZHU Lin

(Electric Power College of South China University of Technology, Guangzhou, 510640, China)

　　Abstract: With the development at full speed of the technology of the network, realize through Web way that the technological information management system of relay protection has already become a high-efficient, convenient realization way. This paper regards designing and develop the practical technological information management platform of relay protection as the goal, expounds overall plan, mentality of designing and key technology in platform and determines systematic structure, the function and way of realizing. The application of the technological information management system of relay protection of Shajiao A power plant have verified the design thought of this paper and made better result during real application.
　　Key words: relay protection, drawings management, vector, secondary development of AutoCAD


1 引言
　　隨著電力系統體制改革的進一步深化以及電力行業的市場化、信息化的發展，傳統的繼電保護信息管理方式和手工管理手段己經不能適應電力行業生產發展的需要，形勢要求繼電保護專業必須改變現有落后的管理體制、管理方式和手段，建立網絡化、統一的信息管理系統。為此利用新的計算機應用技術，開發實用的、針對性強的繼電保護管理信息系統，把專業人員從繁瑣的日常管理工作中解放出來，就成為一項非常重要而且有意義的工作。本文從繼電保護技術信息管理通用平臺的設計角度出發，對其功能需求和設計方式進行了研究和探討，對開發過程中遇到的核心技術問題，提出了具體的解決方案。

2 繼電保護技術信息管理系統的需求分析
　　繼電保護是現代化技術水平要求較高的行業，建立一個規范、實用的信息管理系統，將改變過去管理工作中數據混亂的現象，提高管理水平，促進網絡化、信息化的發展。總的來說，一個實用、規范的繼電保護技術信息管理系統應該包括以下幾個部分：
　　（1）圖紙管理:繼電保護信息管理系統建設核心的是圖紙管理。對這些圖紙不僅僅是靜態的、檔案意義上的管理，更重要的是在網絡環境下面向生產設計過程的、動態的圖紙管理，符合圖紙業務流程，實現共享環境下的圖紙制作、審批、瀏覽、查詢與傳輸等功能。
　　（2）文檔管理：通過網絡對文件、資料和記錄的信息進行管理，用戶可以控制目錄的創建，支持各種類型資料的網絡瀏覽和傳遞，利用關鍵字實現對文件查詢，利用數字簽名技術對文檔進行電子簽名以保證文檔的安全性。
　　（3）定值管理：針對不同系統不同種類的繼電保護應該分門別類進行繼電保護數據的整理和統計，建設各種規范的表單。實現基于各種類型保護的定值查詢以及微機保護控制關鍵字的查詢。所有表單可以自動生成，也可以由用戶自定義合適的模板輸出。

3 繼電保護技術信息管理系統的建設流程
　　根據實際的需求分析，一個規范、實用的繼電保護信息管理系統具體應該涉及到以下相關方面，其中系統的建設流程如圖1所示。

4 繼電保護技術信息管理系統的關鍵技術
4.1 圖紙掃描矢量化的探討與分析
　　 繼電保護專業由于行業的特殊性，圖紙成為信息管理工作的核心。由于現有的繼電保護圖紙缺乏完善的管理手段，絕大多數仍然采用手工制圖、人工管理，不同的設計單位有不同的作圖方式，圖紙儲存方式多種多樣，因此首先應該統一圖紙的格式。現有的圖形文件可以分為兩類：一類為位圖文件，另一類稱為矢量類圖像文件。前者以點陣形式描述圖形圖像，后者是以數學方法描述的一種由幾何元素組成的圖形圖像。由于后者對圖像的表達細致、真實，因此需要將圖紙全部轉化為矢量圖文件。由于AutoCAD已經成為了二維工程圖紙事實上的一種標準，所以通常轉化為AutoCAD的DWG格式。由于目前電力行業技術人員對計算機知識尤其是AutoCAD不熟悉，如果要將所有的圖紙用CAD進行重繪，工作量太大。在實際的應用中，通過掃描－矢量化繪制圖紙是一種較為實用、高效的方法。
4.1.1 掃描與矢量化基本原理
　　這種方法的基本原理就是利用掃描儀將預繪制的圖紙掃描儲存到計算機里面，對圖紙前期處理后，用矢量化工具轉換成DWG格式的矢量文件，間接實現圖紙的繪制。通俗意義上的矢量化功能包括三個部分：圖像凈化、光柵編輯和矢量化。圖像凈化可以對圖紙中存在的污點進行處理；光柵編輯可以用于全局光柵化；矢量化包括文字識別和識別類型。
4.1.2 矢量化工具的介紹
　　VP系列是一款優秀的光柵編輯和矢量化軟件，可以與AutoCAD相關聯，包括光柵編輯、全自動矢量化或人機交互矢量化。在短時間內，用戶就可以得到修改過的光柵圖像和優秀的矢量化結果，也可以立即將結果動態連接到AutoCAD中。總的來說，VP與AutoCAD 結合可以為繼電保護圖紙光柵圖像矢量轉換以及圖形數據處理提供了很好的處理手段。?
4.1.3 掃描－矢量化的操作步驟
　　矢量化過程應該正確地識別圖形信息以及各種其它有用的符號信息（圖表、文字等），同時濾掉無用的信息（污點、折痕）。首先應該用初始化好的掃描儀對圖紙進行掃描，使之形成光柵文件。這一過程需要注意選擇合適的圖紙掃描分辨率、掃描類型和保存類型。然后進行矢量化處理：輸入光柵文件；編輯光柵數據；光柵化保存編輯操作；矢量化（設置參數進行數據轉換和后臺處理）；編輯矢量，進行文本的手工識別；輸出矢量文件。
4.2 利用AutoCAD的二次開發繪制圖紙?
　　 繼電保護圖紙含有豐富的圖元信息，但通過掃描－矢量化或其它工具重繪的繼電保護圖紙只是一些簡單的圖形符號，無法保存圖元以外的各種屬性，使用圖紙極不方便，因此如何實現圖元與屬性相關聯是一個關鍵部分[1]。作為CAD繪圖設計的代表軟件，AutoCAD為廣大工程設計人員所熟悉。AutoCAD同時提供一個功能強大的集成開發工具―VBA ，通過VBA制作專用的繼電保護繪圖工具，可以完成圖元在圖紙上的繪制，并且可以定制圖元屬性對話框，在繪圖的過程中添加圖元屬性到數據庫，使圖元與屬性相關聯。
4.2.1 工具菜單開發
　　AutoCAD的菜單包括下拉菜單、圖標菜單和按鈕菜單等。所有菜單都是由Acad.mnu文件產生的。用戶可以根據需要修改這個文件內容定制菜單，將繼電保護常用的圖形元件做成直觀、形象的圖標菜單，利用菜單欄、工具欄或者右鍵菜單進行繪圖，提高繪圖效率。
4.2.2 數據庫的設計
　　 繼電保護圖紙作為一種專業圖紙，圖元種類繁多，所以必須對圖元進行分類整理，設計合理的數據結構。數據庫中每種元件都設計成兩層表的結構：基本屬性表和參數表，其中基本屬性表可以包括圖元的圖紙名、元件名稱、元件坐標、加工日期以及圖塊類型等，并以ID作為基本屬性表的主鍵，參數表則對應每一個元件的具體參數類型。
4.2.3 元件庫的設計
　　 通過對圖紙的歸納與整理，將圖紙中需要繪制的圖元分類，例如兩繞組變壓器，三繞組變壓器等，通過VBA來設計每種圖元對應的宏。其中關鍵技術部分包括：
　　(1) 數據庫的關聯：打開圖元對應的圖紙數據庫。
　　(2) 定義元件的ID：每個元件用一個唯一的ID 號來標識，作為屬性表的主鍵。
　　(3) 定義圖塊：創建塊參照，將圖元的幾何形狀添加到圖紙中。
　　(4) 添加屬性標簽：提取屬性參照的信息，保存到數據庫。
　　(5) 編輯屬性：從選擇集中提取元件的ID值，編輯屬性。
　　(6) 添加公用屬性：創建選擇集，利用循環將這個選擇集內的所有圖元賦予這張圖紙上第一個元件所添加的公共屬性，在繪圖時每張圖紙只有第一個圖元才需要添加公共屬性。
　　(7) 關聯元件：繼電保護圖紙的一次圖與二次圖之間有著電氣上的關聯，但是在工程圖紙中一次圖和二次圖是分開表示的，因此在繪制圖紙時就需要在相關元件之間加上索引，可以通過手工拾取相關元件或者通過搜索同名元件來自動添加。通過建立各種保護裝置之間的關聯關系，可以為現場人員閱讀圖紙、查詢故障提供方便[2]。
4.3 AutoCAD圖形的網上發布
　　AutoCAD的DWG格式文件雖然可以放置到網上，但在網頁中無法直接瀏覽。因此AutoDesk公司開發了DWF格式，雖然也是一種矢量文件，但與DWG文件相比，DWF格式的文件尺寸小，可以無級放大及縮小，很適于網上傳輸和瀏覽，是共享圖形信息的一種理想方式。在AutoCAD 2000中使用ePlot特性可以發布電子圖形(即DWF文件)。
　　在IE的環境下瀏覽圖紙需要下載Whip插件。由于繪制圖紙時每個圖元的坐標屬性已經自動獲取，利用AutoDesk的Whip插件(Whip插件可以在VB、VC等支持ActiveX的軟件中進行特定的開發)，通過鼠標的平移、單擊等事件與數據庫進行交互以響應用戶的操作。客戶端就可以對Web上的圖紙以及相關的屬性進行快速瀏覽、查詢和修改，還可以平移、全屏顯示以及打印圖形，查詢圖元的關聯元件等。
4.4 動態圖紙管理
　　目前繼電保護的圖紙管理，主要解決了紙質圖紙的掃描輸入、處理、歸檔等靜態圖紙管理的問題，而繼電保護在圖紙管理方面面臨的最大問題是面向設計過程的、動態的圖紙管理。使用面向對象技術管理的文件除了其本身所包含的內容外，還具有其它一系列的屬性，如圖號、版本號、創建時間、創建人等。總的來說，動態圖紙管理應解決以下問題：
　　(1) 基于描述信息的圖紙管理。第一：基于描述信息是指對于圖紙的描述應該基于如圖紙名稱、創建人、圖號等靜態描述信息和創建時間、版本號等動態描述信息，用戶對圖紙的查詢應根據這些工程信息而不僅僅只是一個文件名。第二：圖紙組織結構管理是指根據項目結構組織各類圖紙。用戶只需知道圖紙的工程信息，就可以迅速定位所需要的圖紙。
　　(2) 圖紙的建設流程。繼電保護圖紙分為施工圖和竣工圖，一般保存的圖紙多為竣工圖，其中竣工圖不可編輯，施工圖可以編輯，在完工后，經校對、審核后可轉化為竣工圖。對每種圖紙必須結合實際情況，采用正確的建設流程。
　　(3) 安全性管理。在網絡共享信息環境下，用戶對圖紙除了瀏覽、修改、刪除等基本權限外，還應該有更精確的劃分和描述，如可見不可見、可否上傳下載等。
　　(4) 圖紙版本管理。圖紙在設計中會經歷校審和修改過程，版本管理主要解決如何進行版本生成、保留歷史版本及修改記錄、跟蹤版本的演化歷史、確定當前有效版本等。
　　(5) 圖紙日志管理。包括記錄日志與顯示日志。記錄日志中需要自動對每個圖形文件保存相關的操作信息，包括修改、上傳圖紙的用戶名和時間等各種必要的信息，一旦日志保存以后，任何人不能更改歷史記錄。顯示日志中保存相關的歷史紀錄，可以瀏覽與查詢。
　　 (6) 圖紙瀏覽與關聯。在IE的環境中打開圖紙，可以實現圖紙的平移、縮放和打印、顯示圖層，對加工過的圖元可以瀏覽其參數，查找到相關聯的保護，并打開對應的圖紙。
4.5 技術資料管理
　　技術資料管理將繁瑣的技術資料，例如電子文檔、掃描圖片和其它資料等分門別類進行管理，創建文件資源管理器的模式。可以創建新文件夾，并對其內部的文件進行瀏覽、添加、刪除、修改等操作，同時可以對文檔的標題進行搜索。關鍵技術應該包括：
　　（1）數字簽名：目前電力系統中普遍實現了辦公自動化,可以完成文檔的生成、確認、簽發、傳遞、存檔等工作，在此過程中一般都是采用簡單的用戶名/密碼機制實現對用戶的身份認證,不能提供實質上的安全簽名服務，而采用基于密碼算法的數字簽名可以充當個人在網絡空間“身份證”的角色,能夠很好地解決目前存在的文檔簽名問題[3]。
　　（2）網絡瀏覽與傳遞：常用的繼電保護文檔格式包括Word、Excel、PDF以及掃描的定值單和各種圖片等。在IE的環境下點擊文件即可調用客戶端對應的應用程序來打開。通過采用成熟的上傳組件，例如LyfUpload即可實現技術資料的上傳功能。
　　（3）定值管理：通過保護定值代碼查詢可以列出所查詢保護類型的保護定值代碼清單和相應的控制字的含義。輸出各代碼值后可以列出代碼值的名稱以及相應的代碼值。用戶可以添加、修改、刪除定值單。對于每種保護的定值單可以按照默認格式自動生成，也可以由用戶對定值單模板進行修改以生成新的定值單模板。
　　（4）班組信息管理：在繼電保護日常工作中，必然會涉及到許多應用表格的管理工作。考慮到用戶對表的自定義功能和表的可擴展性，用戶可以按照自己的意圖對表進行操作，包括表的創建、刪除和修改。輸入用戶需要查詢的信息可以對對應的表記錄進行模糊查詢。這個功能模塊不僅局限于班組管理，同樣可以用于資料管理、材料管理等。
4.6生產培訓管理
　　由于工作的需要，繼電保護工作人員需要經常進行專業知識的學習和培訓。生產培訓管理面向相關生產崗位的技能培訓和考核系統，為廣大職工在職學習、崗位培訓、上崗認證、崗位考核等建立起完善的網絡教育環境，使廣大職工可以方便地了解和掌握各專業的崗位技術要求，并隨時測試自己的學習效果，找出存在的差距。其中關鍵的部分應該包括：
　　(1) 崗位培訓：崗位培訓基于繼電保護技術培訓與考工試題庫，可以實現添加試題、瀏覽試題、選擇試題等功能。試題可以包括填空、選擇、問答等各種類型和不同的試題難度等級。同時提供自動組卷和手工組卷兩種方式，可以設置題型、難度等屬性。
　　(2) 技術論壇：技術論壇分為信息公告欄、討論園地和專家論壇三個部分，其中信息公告欄可以發布最新的通知；討論園地可以就工作、技術方面的問題進行探討；專家論壇可以發表相關的專業知識，通過主題與作者可以查詢相關信息。
4.7 系統應用平臺與安全設計
　　設計良好的應用平臺，必須同時滿足速度和容量的要求，開放性和安全性的要求，應該保證數據傳輸的速率，同時也要保證多客戶端的同時訪問。本系統利用IIS架構Web站點，利用Intranet來進行繼電保護信息發布，采用ASP3.0作為開發工具。網絡應用的同時勢必會造成網絡安全方面的問題，系統應該保證安全性的同時兼顧開放性。通過設置Administrator，User，Guest三種權限的用戶，對每一種用戶在每一個功能模塊都有對應不同的使用權限供管理員選擇，實現分級、分用戶管理，保護了整個系統的運行安全。

5 結論
　　 本文所介紹的繼電保護技術信息管理系統是以廣州變電管理所繼電保護技術支持系統和沙角A電廠網控與機組繼電保護技術管理系統為模型，結合繼電保護專業的實際情況，根據提出的繼電保護信息管理系統的目的和要求，進行了詳細的探討和研究，確定了具體的設計方案，開發的一個具有實用性和通用性繼電保護技術信息管理系統，為電力系統繼電保護技術信息管理系統的開發研究提供了一條可靠的途徑。