Разработка алгоритмов автоматизированного формирования последовательности оперативных переключений в РЭС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Сипачева, Ольга Вячеславовна

• Сипачева, Ольга Вячеславовна
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сипачева, Ольга Вячеславовна

Содержание

5

1.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ В

ЭЭС

1.1. Системы управления оперативными переключениями

1.2. Экспертные системы для предприятий электрических сетей

1.3. Тренажеры оперативных переключений для РЭС

1.4. Модели представления знаний

1.4.1. Продукции

1.4.2. Семантические сети

1.4.3. Фреймы

1.4.4. Логика предикатов

1.4.5. Объектно-ориентированный формализм

1.5. Комплексный подход к представлению знаний в энергосистемах

1.6. Выводы

2. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ И ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ИМИ

2.1. Типовые схемы распределительных сетей

2.1.1. Схемы низкого напряжения центров питания

2.1.2. Схемы питающей сети

2.1.3. Схемы распределительной сети

2.1.4. Нагрузки сети

2.2. Номенклатура работ оперативно-диспетчерского персонала РЭС

2.2.1. Общие положения о переключениях

2.2.2. Оперативные переключения при выполнении плановых работ

2.2.3. Оперативные переключения при повреждениях в сети

2.3. Общая структурная схема системы формирования последовательности оперативных переключений для АСДУ РЭС

2.4. Выводы

3. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРАВИЛ ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ В РЭС

3.1. Информационная модель системы формирования последовательностей оперативных переключений

3.2. Формализация данных о схеме распределительной сети

3.3. Информационная модель оборудования сетевого района

3.4. Формализация правил переключений в ячейках присоединений линий, силовых трансформаторов и другого оборудования

3.5. Описание правил переключений и разработанных баз знаний по переключениям отдельных КА и устройств РЗиА

3.6. Выводы

4. АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ В РЭС

4.1. Перенос делений в распределительных сетях

4.2. Алгоритмы переключений в радиальной нерезервируемой сети

4.3. Реализация модели принятия решения для переключений в распределительных сетях

4.4 Выбор наилучшего варианта последовательности переключений

4.5. Оптимизация последовательности ОП по времени переездов оперативно-выездной бригады

4.6. Выводы

5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМОВ ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ В РЭС

5.1. Типовые переключения в распределительной сети

5.2. Подготовка схемы сети к отключению распределительной линии

5.3. Подготовка схемы сети к отключению секции РП или луча ТП

5.4. Подготовка схемы сети к отключению питающей линии (ПКЛ)

5.5. Описание структуры выходных данных и макроязыка оперативных действий для системы формирования последовательностей ОП

5.6. Этапы работы алгоритмов автоматизированного формирования последовательностей переключений для плановых и аварийных переключений

5.7. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Примеры бланков переключений, полученных по разработанным алгоритмам

Приложение 2. Описание объектов и атрибутов информационной модели системы

формирования последовательностей ОП в РЭС

Приложение 3. Данные для баз знаний по правилам переключений

Приложение 4. Расчет допустимости выполнения транзитных операций в РЭС

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка алгоритмов автоматизированного формирования последовательности оперативных переключений в РЭС»

ВВЕДЕНИЕ

Современная система электроснабжения (СЭС) представляет собой сложный объект с точки зрения оперативного управления в нормальных и особенно в аварийных режимах. Неправильные действия при производстве оперативных переключений приводят к авариям, отказам и несчастным случаям, которые составляют более половины всех случаев аварийности в электроэнергетике. Оперативные переключения (ОП) в цепях первичной и вторичной коммутации выполняются оперативно-диспетчерским персоналом, обеспечивают изменение оперативного состояния оборудования, ведение режима работы сети, ликвидацию аварийных ситуаций.

Каждый энергообъект является уникальным и характеризуется только ему одному присущими свойствами: схемой электрических соединений, функциональными особенностями, спецификой эксплуатации и т.п. Кроме того, электрическая сеть характеризуется рассредоточенностью объектов и людей на большой территории. Из большого перечня задач, решаемых диспетчером в повседневной деятельности, составление бланков переключений (БП) является одной из наиболее часто встречающихся. Разделяют плановые и аварийные переключения. Плановые предусмотрены планом-графиком работ, аварийные производятся при повреждении сети. При выполнении коммутационных операций является обязательным составление индивидуальных бланков переключений. Порядок операций, записанных в БП, должен соответствовать состоянию оперативной схемы перед началом ОП. Наряду с индивидуальными существуют и типовые бланки и карты переключений, которые применимы в случае, когда схема сети полностью соответствует нормальной эксплуатационной схеме. В случае отличие реальной схемы от схемы типового бланка, переключения по этому бланку производить нельзя.

Следует подчеркнуть, что специфические для диспетчерского труда условия, порожденные огромной ответственностью за результаты деятельности и дефицитом времени могут создать трудности даже там, где ситуация довольна проста. При сложных переключениях число операций может достигать нескольких десятков, велика вероятность накопления ошибок. Для подготовки ремонтной схемы существуют различные варианты последовательностей переключений перехода в новое коммутационное состояние. При составлении БП возникает необходимость анализа возможных вариантов переключений и выбора более оптимальной последовательности действий. Автомати-

зированное составление последовательности оперативных переключений позволит избавить персонал от рутинной работы, избежать ошибок и выбрать более оптимальный вариант перехода в новое коммутационное состояние.

Разработанные автоматизированные системы управления и контроля за производством ОП, экспертные системы, тренажеры оперативных переключений (ТОП) предназначены в основном для высоковольтных распределительных устройств 110-500 кВ одного энергообъекта. Системы и тренажеры ОП для сети энергообъектов, предполагающие сопряжение интеллектуальных тренажерных систем с программами расчета установившегося режима электросети находятся в стадии разработки.

В настоящее время не существуют автоматизированные системы формирования бланков переключений, ориентированных на работу в распределительных сетях, что делает разработку подобной системы, как одной из задач автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) распределительных электрических сетей (РЭС), особенно актуальной. Основными требованиями к разработке автоматизированной системы формирования БП для РЭС являются:

1. Независимость от топологии, состава оборудования и коммутационного состояния сети.

2. Возможность легко вносить изменения в базу данных по порядку проведения

ОП.

3. Анализ возможности выполнения переключений:

• предупреждение потребителей, которые останутся без напряжения на время ОП;

• согласование операций по переводу участка сети на другой центр питания с вышестоящей диспетчерской службой (ЦДП, ОДС);

• восстановление автоматики, сработавшей в сети в результате оперативных переключений.

4. Возможность выбора варианта перехода сети из одного коммутационного состояния в другое, используя критерии актуальные для диспетчера в конкретной ситуации.

Отсутствие типовых БП в распределительных сетях, обусловленное постоянным изменением схемы сети вследствие плановых ремонтов и повреждения оборудования и линий, требует составление индивидуальных бланков. В каждом конкретном случае необходимо заново анализировать схему и принимать решения. Однотипность решае-

мых задач, их массовый характер определяют целесообразность разработки автоматизированной системы формирования БП с применением для этой цели методов искусственного интеллекта.

В диссертационной работе разрабатывается автоматизированная система формирования последовательностей ОП на основе информационной базы знаний по правилам оперативных переключений, единой информационной базы по оборудованию РЭС и модели искусственного интеллекта, моделирующей логику принятия решений диспетчером при составлении бланков переключений.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ ВЭЭС

Правильный выбор последовательности действий при оперативных переключениях в электрической сети - основа безопасного выполнения работ и бесперебойного питания потребителей. Эффективным средством повышения качества производственной деятельности является создание автоматизированных систем поддержки принятия решений, снабженные программными средствами искусственного интеллекта, способных адекватно отражать логическую структуру мышления человека, накапливать профессиональный опыт и технические знания.

Проблема принятия решений связана с решением задачи достижения цели. Но она же понимается и как проблема, связанная с выбором конкретной альтернативы из нескольких имеющихся, при наличии информации о состоянии объекта управления (схемы распределительной сети) и системы решающих правил, критериев и с учетом собственных знаний и опыта диспетчера, инструкций. Решение этой проблемы может трактоваться как логическая последовательность этапов. На первом этапе оценивается состояние сети: топология, нагрузки, состояние коммутационной аппаратуры и релейной защиты и автоматики. Этот этап предшествует выработке решения. На втором этапе определяется желаемое состояние схемы электроснабжения. В случае плановых переключений конечное состояние известно, при ликвидации аварийных ситуаций в сети устанавливается некоторая цель, которую надо достичь, а именно определить и отключить поврежденный участок сети, восстановить по возможности питание всех потребителей. Третий - этап выработки решения состоит в определении всех возможных способов или путей достижения цели, перехода в желаемое состояние. Четвертый - этап собственно принятия решения заключается в выборе из нескольких альтернатив решений наилучшей. Результат этого этапа - строгая однозначная последовательность действий. Пятый - этап реализации решения, т.е. выполнения переключений по схеме. Шестой - этап оценки полученных результатов, которая при необходимости позволяет корректировать определение цели, критерии эффективности или модель проблемной области.

Применяемые в настоящее время средства вычислительной техники делают возможным создание объективной модели текущего состояния схемы электрической сети и осуществление целенаправленного воздействия на оперативный персонал с це-

лью коррекции его мыслительной модели. Для решения поставленной задачи необходима разработка моделей проблемной области и поиска решения, а также средств диалогового взаимодействия с пользователем. Ослабление влияния субъективных факторов на принятие персоналом управляющего решения является одной из задач автоматизации переключений.

1.1. Системы управления оперативными переключениями

На Пермской ГРЭС были созданы системы логического управления (ЛУ) и контроля (ЛК) за производством ОП на базе АСУ ТП подстанции 220-500 кВ [8, 12]. Объектами логического управления являются присоединения и системы шин подстанций. Функции ЛУ и ЛК переключениями выполняются системой с помощью алгоритмов логического управления. Процесс создания алгоритма включает в себя составление технологической программы переключательных операций на основании бланков переключений по вводу в работу и выводу в ремонт объектов ЛУ и формирование входного и выходного алфавита математической модели последовательного автомата с конечным числом состояний, синтез структурной (или функциональной) схемы автомата, программирование алгоритма. Логическое управление реализуется способами программного логического управления (ГОГУ) для плановых переключений и ситуационного логического управления (СЛУ), предполагающего действия по обеспечению нормального режима в зависимости от ситуации в первичных и вторичных цепях схем электрических соединений. Для организации СЛУ требуется формирование системой управления переключениями объективной модели ситуации в электроустановке по результатам процедур диагностирования, осуществляемого методами распознавания образов в пространстве признаков [9].

Логический контроль (ЛК) является автоматической машинной деятельностью по логическому анализу правильности сформированной системой ЛУ команды с блокированием управляющих воздействий при нарушении последовательности операций или несоблюдением логической непротиворечивости команды [10]. В системе переключений функции управления и блокирования должны быть разделены. Для построения алгоритмов АСУ, анализа структуры подсистем ПЛУ, СЛУ и ЛК использовались Е-сетевые модели, являющиеся расширением аппарата сетей Петри.

Результаты исследований в области управления ОП были обобщены и в [12] предложен подход к построению теории переключений в электроустановках, сформулированы аксиомы, теоремы, следствия из теорем, предложены методы формализации

процессов переключений: алгоритмический и формально-системный. В основе обоих способов формализации заложено понятие формальной системы. В процессе формализации теории переключений были выявлены проблемы, учет которых необходим при практическом применении. Использование алгоритмического подхода потребовал учета проблемы неразрешимости. А проблема, связанная с применением формально-системной концепции может быть сформулирована как невозможность полной формализации содержательно определенной теории переключений. Таким образом, моделирование системы переключений связано с определенными трудностями и ограничениями, накладываемыми объективными законами дискретной математики. Однако наличие неразрешимости в дискретной математике не означает невозможности решения конкретной задачи. Практически частные случаи любой проблемы разрешимы. Невозможность полной формализации - объективный факт, который нельзя устранить, но можно обойти путем раздробления теории переключений на формализуемые фрагменты. Можно построить эффективные алгоритмические модели для любой сложной программы переключений конкретной электроустановки (ЭУ), формализовать типовые программы для всех видов схем ЭУ.

1.2. Экспертные системы для предприятий электрических сетей

На основе инструментальной экспертной системы (ЭС) МИМИР (малая информационная модель интеллектуальных решений), разработанной во ВНИИЭ, созданы информационные системы: экспертная система БЛАНК, тренажеры оперативных переключений (ТОП), экспертные системы обработки ремонтных заявок. В [31] отмечается, что отечественные автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДУ) прошли в своем развитии следующие этапы:

- построение формальных моделей (ФМ) для локальных задач управления технологическими процессами (расчет установившихся режимов, статической и динамической устойчивости и т.д.) и создание на базе этих моделей автономных программных комплексов;

- совершенствование ФМ и создание интегрированных систем, объединенных в соответствующие программные комплексы на основе единых баз данных,

- создание экспертных систем, основанных на компьютерных методах представления знаний и опыта высококвалифицированных экспертов-специалистов в определенной технологической области.

ЭС не следует рассматривать в качестве альтернативы применяемым формальным моделям. Системы АСДУ должны эффективно сочетать те и другие принципы. Гибридные системы ЭС-ФМ, где ЭС должны служить "интеллектуальным клеем" для соединения и автоматического инициирования систем формальных моделей, и будут реализованы на следующем этапе развития АСДУ.

Инструментальная ЭС МИМИР имеет следующие характеристиких [30]:

- знания об объекте управления представлены в виде структурированной семантической сети (граф понятие-связь);

- в базу знаний системы встроена функция "понимания" вопросов на ограниченном профессиональном языке (лингвистический процессор);

- логический вывод обеспечивается специализированными программами-рассуждениями (ПР), представляющие модели алгоритмов рассуждений экспертов, при задании ПР и их верификации используется естественный язык. Эти модели основаны на методике вопросного программирования;

- наличие встроенной подсистемы настройки (приобретения знаний), позволяющей пользователю-эксперту в интерактивном режиме осуществить настройку на новый класс задач (проблемную область);

- встроенная в систему функция понимания фраз на естественном языке обеспечивает удобное для пользователей взаимодействие с системой и простую организацию объяснительной функции.

Экспертная система БЛАНК (разработка Энергосетьпроекта и ВНИИЭ) для автоматического составления БП в распределительных устройствах высоковольтных подстанций доведена до уровня промышленной системы [25]. В программы-рассуждения закладываются правила переключений, обобщенные для различных вариантов схем присоединений силового оборудования. В процессе работы ПР, общаясь с базой знаний (БЗ), выполняют анализ схемы соединений, состава оборудования и устройств релейной защиты и автоматики (РЗиА) заданного присоединения и в зависимости от результатов выбирают требуемый порядок ОП в цепях первичной и вторичной коммутации и находят станционные номера и наименования аппаратуры, участвующей в ОП. Кроме того, есть вспомогательные программы, описывающие однотипные процедуры встречающиеся при различных переключениях.

Экспертная система-тренажер оперативных переключений ТОП (разработка ВНИИЭ при участии ЦЦУ ЕЭС) предназначена для повышения квалификации опера-

тивного персонала энергосистем, сетевых предприятий, энергообъектов при производстве переключений в высоковольтных распределительный устройствах [29,30]. Применение технологии экспертных систем для построения ТОП позволяет полностью отделить описание электрической схемы от правил управления ими. Описание схем хранится в декларативной форме в базе знаний системы, а правила переключений в программах-рассуждениях. При этом обучаемые могут тренироваться на "своих" схемах, и с помощью объяснительной функции системы, обнаруживаются и комментируются ошибки, "привязывая" их к конкретной электрической схеме. Кроме переключений в нормальном режиме тренажер позволяет имитировать неисправность коммутационных аппаратов и режимы короткого замыкания (по заданию инструктора). На примере ТОП хорошо иллюстрируется одно свойство ЭС, очень важное для применения в энергетике: любая тренажер-система может выполнять функции системы советчика (и наоборот, система советчик, как правило, может быть легко преобразована в тренажерную систему). Разрабатываются версии тренажера оперативных переключений, обеспечивающие тренировки не только на одном энергообъекте, но и в сети энергообъектов; при этом интеллектуальная система по переключениям должна сопрягаться с программным комплексом расчета установившего режима.

Задача оперативного планирования ремонтов (ОПР) является одной из контрольных задач оперативного управления энергообъектов. В решении этой задачи участвуют все оперативные службы: диспетчерская, электрических режимов, релейной защиты и автоматики. Экспертная система оперативного рассмотрения ремонтных заявок в части электрических режимов (ЭСОРЗ), разработанная во ВНИИЭ и ИДУ ЮС описана в [31]. Система предназначается для оказания помощи персоналу эксплуатационных служб энергообъединений и энергосистем при режимной проработке заявок по изменению состава линий и электротехнического оборудования, включая противо-аварийную автоматику. На этапе конструирования системы ЭСОРЗ на базе МИМИР был составлен словарь понятий, которыми пользуется система, объединены близкие по смыслу понятия в семантические группы (СГ), составлена концептуальная модель (КМ) объекта в виде графа связи между СГ. Каждая дуга КМ-графа, соединяющая две СГ-вершины, представляется в базе данных (БД) МИМИР в виде таблицы, называемой проблемной сферой (ПС). Настройка БЗ на задачу ЭСОРЗ осуществляется путем преобразования в словарь, СГ, КМ и ПС технологической информации, включающей: - информацию о пакете заявок;

- схему энергосистемы (энергообъединения);

- схемы энергообъектов;

- информацию о режимных инструкциях

- информацию о решениях, принятых по заявкам.

Информация БЗ о пакете заявок содержит данные о действующих разрешенных и отказанных заявках, о характере поступивших заявок (аварийная, плановая), их типе ("независимая", "зависимая" от других заявок, простая - на операции с одним элементом оборудования или составная - на операции со многими элементами оборудования, на вывод оборудования, его переключение или изменение режима работы), о виде выводимого оборудования (воздушная линия (ВЛ), трансформатор, система шин, генератор, выключатель), его уровне напряжения, времени аварийной готовности и т.д.

Информация БЗ об энергосистеме и энергообъектов включает данные об их текущих схемах (учетом действующих и разрешенных заявок). Сюда же входят данные о текущем состоянии устройств противоаварийной автоматики.

Информация БЗ о режимных инструкциях содержит таблицы заранее рассчитанных режимных ограничений при операциях с выключателями и разъединителями соответствующих элементов. Сюда же входят данные о структуре и управляющих воздействиях противоаварийной автоматики.

Правила специализированного вывода представляются в программах-рассуждениях, имитирующих логику технолога (режимщика) и написанных на языке, основным оператором которого является вопрос на естественном языке.

Используемая группа правил (критериев) включает в себя более сотни правил режимного и другого характера. При этом следует оговорить, что технолог имеет возможность вмешаться в работу ЭСОРЗ и нарушить эти правила, если есть конкретные соображения для создавшейся схемно-режимной ситуации. Правила (критерии), определяющие стратегию принятия решения, могут гибко изменяться в зависимости от местных конкретных условий. ЭСОРЗ, являясь мощным средством автоматизации планирования режима в перспективе может стать существенной частью автоматизированного советчика технолога по подготовке и ведению режима, а также являться средством обучения персонала в его практической деятельности по рассмотрению ремонтных заявок.

В [1] исследована возможность представления сетями Петри структур моделей деятельности диспетчеров ПЭС на основе классификации типов его действий. Автора-

ми публикаций [44,45,57] показано, что сети Петри являются простым и удобным средством для описаний и реализации построенных на их основе ситуационных моделей диспетчерской деятельности. Описанный подход к созданию структуры правил не требует формализации исходной семантической информации и получает развитый математический аппарат и теоретическую базу для достаточно полного анализа и прогнозирования множества состояний модели. Для создания продукционных баз знаний был разработан язык представления знаний ЕХЗУЬЕК на котором была сконструирована сначала мини-система, оценивающая оптимальность схем подстанций 35-750 кВ, а затем экспертная система поддержки принятия решений диспетчера ПЭС.

1.3. Тренажеры оперативных переключений для РЭС

Среди тренажеров ОП для распределительных сетей следует выделить тренажеры предприятия "ПРОТЕК" [40]. Это тренажеры полного подобия, базирующиеся на полномасштабной модели всего оборудования подстанций. Такого рода тренажерные комплексы можно отнести к традиционным (не использующим методов искусственного интеллекта) "жестким" тренажерам. В ПРОТЕК-тренажерах имитируется работа с реальным оборудованием, что является несомненным их достоинством и способствует значительному повышению уровня подготовки персонала. Средства инструктора позволяют разрабатывать задачи для тренировок по темам: оперативные переключения, аварийное отключение выключателя при многофазных коротких замыканиях (КЗ), выявление и локализация однофазного КЗ, выявление и локализация неисправностях во вторичных цепях, обнаружение и замена предохранителей сгоревших предохранителей силовых трансформаторов. В ходе тренировок обучаемый выполняет оперативные действия, оформляется оперативный журнал, при необходимости заполняются БП и наряды-допуски.

В [53] сообщается о разработанной системе управления оперативными переключениями, осуществляющей поддержку плановых работ в электрической сети. Системой ОП определяется возможность перегрузки, рассчитывается потокораспределе-ние, формируется программа переключений. Предложено под понятием "Управление переключениями" понимать подачу заявок, планирование работы, подготовку схемы, моделирование и выполнение работ.

Анализ публикаций показывает, что проблема формирования последовательностей ОП достаточно хорошо проработана для высоковольтных распределительных

устройств (РУ) 1150-6 кВ одного энергообъекта. Создана эффективная система проработки ремонтных заявок для энергообъединения. Тренажерные системы можно условно разделить на режимные, например, тренажерный комплекс КАСКАД, описанный в [38], и логические, такие как ТОП. Все известные режимные тренажеры ориентированы на обучение диспетчеров уровня энергообъединения (ОДУ, ПЭО). При организации тренажа диспетчеров уровня предприятий сетей (РЭС, ПЭС) режимные тренажеры не применялись в виду отличия задач, решаемых диспетчерами этого уровня, и отсутствием на местах вычислительной техники. Принимая во внимание факт, что уровень квалификации персонала растет с ростом иерархии управления, наиболее интенсивное обучение необходимо именно на нижних уровнях [24]. Применяемые для этого технические средства подготовки должны быть ориентированы на обучение соответствующих категорий диспетчеров, тем более что с изменение экономических условий хозяйствования и внедрение персональных компьютеров на всех предприятиях делает возможным и актуальным использование обучающих, тренажерных систем, автоматизированных рабочих мест, систем поддержки принятия решений, учитывающих специфику каждого конкретного энергообъекта ("своих" схем, технологических особенностей).

Вследствие существенных особенностей управления и эксплуатации системообразующих сетей простое использование разработанных для них готовых систем применительно к распределительным сетям оказалось проблематичным. Распределительные сети характеризуются значительно меньшими требованиями к надежности, кроме того, значительно различаются и алгоритмы управления этими сетями. Для системообразующих сетей это сложные расчеты различных режимов, вопросы устойчивости параллельной работы, управление генерацией электроэнергии и многое другое. Для распределительных сетей, работающих как правило в разомкнутом режиме, большинство этих вопросов отсутствует, что предоставляет возможность совместить систему ОП с оценкой возможности выполнения этих переключений в сети с помощью несложных расчетов режима, чем и руководствуется диспетчер РЭС в своей деятельности. Кроме этого для распределительных сетей возникают и некоторые дополнительные задачи, например, быстрое нахождение поврежденного участка из цепочки нескольких одновременно отключившихся линий и т.д. Однако в целом набор задач, решаемых АСДУ распределительных сетей, значительно меньше и существенно отличается от АСДУ системообразующих сетей. Вследствие этого принципы и методология

разработки автоматизированных систем управления распределительными сетями значительно отличаются от аналогичных систем для системообразующих сетей.

В основу создания таких систем должно быть положено единое информационное обеспечение всех подсистем на основе единой интегрированной базы данных [36]. Это объясняется тем, что в отличие от сетей более высоких напряжений, где различные задачи АСУ вследствие их большого объема и сложности разрабатываются и эксплуатируются во многом автономно (АСДУ, планирование режимов, организация эксплуатации и т.д.), в распределительных сетях все эти задачи должны быть самым тесным образом взаимоувязаны друг с другом и работать в едином комплексе[37].

Особенностью проведения ОП в распределительных электрических сетях является выполнение операций в сети подстанций, имеющей большое количество однотипного оборудования и распределенной на значительной территории. Переключения на одной подстанции не являются сложными, и допустимо выполнение ОП в одном сетевом помещении даже без БП. Следует отметить, что все операции в сети выполняются персоналом вручную. Переключения в схеме не должны вызывать перегрузок отдельных элементов сети и отключения потребителей, и время подготовки схемы сети для работ должно быть по возможности минимальным [35]. Для ремонта электрооборудования обычно отключается целая секция или луч, или же вся трансформаторная подстанция (ТП) целиком. Тренажеры для распределительных сетей 10/6/0,4 кВ [40] включают ограниченное число энергообъектов и не содержат оценки возможных перегрузок электрической сети при ОП. Все указанные работы не ориентированы на использование в РЭС, так как не учитывают особенности их функционирования и управления.

Следовательно, разработка системы автоматизированного формирования последовательностей ОП в распределительной сети с учетом ее режима является актуальной. Одним из требований к составлению БП является независимость от топологии схемы. Применение методов искусственного интеллекта (ИИ), базирующихся на знаниях, позволяет полностью отделить описания схем от правил управления ими, что позволит получать последовательность ОП в режиме советчика по оперативным переключениям или в режиме тренажера для "своих" схем энергопредприятий. Важной задачей при проектировании автоматизированных экспертных систем является выбор или создание эффективной модели представления знаний, позволяющей не только на-

капливать соответствующую информацию, но и эффективно ее обрабатывать в процессе принятия решений.

1.4. Модели представления знаний

Анализ современных интеллектуальных систем [46, 47, 27] показывает, что наиболее мощными, широко распространенными и хорошо зарекомендовавшими себя являются такие формы представления знаний как:

1. Продукции

2. Семантические сети

3. Фреймы

4. Аппарат логики предикатов

5. Объектно-ориентированный формализм

1.4.1. Продукции.

Модели представления знаний, основанные на системах продукций, получили большое распространение при разработке экспертных систем, работоспособность которых непосредственно зависит от накопленных системой знаний [6]. В модели на основе продукций знания представлены совокупностью правил в формате "Если - То". Достоинства продукционных моделей - простота, универсальность, однородность представления знаний, естественная модульность и независимость продукций (что позволяет их эффективное использование в параллельных вычислительных системах), а также несложность освоения языка продукций пользователем-прикладником. Продукционная система (продукционная система изобретена Постом в 1941 году) определяется алфавитом А = {а^ ,Э2 ,...,ае} и набором базисных продукций

>\¥Р{,1 = 1,п, где СС|,Р|,\¥ - слова в алфавите А. Если в А имеется некоторое слово оц, начинающиеся с , то к применима продукция Р|. Ее применение означает вычеркивание а; из и приписывание к оставшемуся слову (31.

Систему продукций можно рассматривать как формальную систему с алфавитом А = (а!,Я2и правилами вывода Р|, 1 = 1.П, , где Р{(£,,Г|) считается истинным, если слово Ц получается из слова Н, посредством продукции \Vf3j. Продукционные системы использовались как одно из средств уточнения интуитивного понятия алгоритма. В современной литературе по ИИ [2, 17], продукционную систему (модель) рассматривают в виде тройки <БД, БЗ, Р>, где БД-

база данных, содержащая текущую информацию, например, состояния проблемной области (объекта управления), БЗ - база знаний, содержащая множество продукций, задающих преобразования состояний (продукция вида "состояние- действие (принимаемое решение)"; Р - решатель (интерпретатор), который формирует множество продукций, применимых в текущем состоянии и активизирует одну из них (реализуя альтернативный выбор).

1.4.2. Семантические сети.

Семантическая сеть - это граф, узлы которого соответствуют объектам или понятиям, а дуги, связывающие узлы, определяют отношения между ними [6, 17]. Основными отношениями в семантической сети являются отношения принадлежности ("является") к классу, свойства, специфические для данного понятия и примеры данного понятия. Семантическая сеть позволяет выполнять вывод по цепочкам, описываемых определенными типами дуг. Графические схемы семантических сетей служат удобным способом изображения бинарных отношений и свойств. Важнейшей концепцией формализма семантических сетей является иерархия, поэтому данный формализм особенно удобен для представления таксономии знаний (иерархии понятий). Каждый уровень таксономии представляется в виде узла, который соединен дугами "является" с более высокими и более низкими уровнями. Если обозначить фрагменты сети через Р}, то в общем случае семантическая сеть образуется как соединение этих фрагментов ^ С^ 0...0РП, причем порядок индексации фрагментов не имеет значения (операция соединения коммутативна). Важный момент в организации модели базы знаний на основе семантической сети заключается в представлении событий и действий. Для описания семантики действий используются следующие основные группы: класс физических объектов, физические объекты, действия, свойства объектов, местоположение, времена, атрибуты (характеристики) действий, атрибуты (характеристики) объектов, реципиенты (получатели объекта в результате действия), инструменты, посредством которых выполняется действие, направление действия. Для задания событий используют временные отношения. Кроме рассмотренных понятий в семантической сети могут быть определены такие сетевые продукции как добавлять и удалять фрагменты сетей, связи и узлы: проверять, что некоторый фрагмент содержится в сети; строить примеры отношений; находить фрагменты общие для нескольких сетей. Особенностью и в то же время недостатком семантической сети является ее представление в виде це-

лостной структуры, которая не позволяет разделить базу знаний от механизма выводов.

1.4.3. Фреймы.

Фреймовая модель знаний была предложена Минским как один из способов представления знаний о ситуациях. Каждый фрейм содержит слоты, которые идентифицируют тип ситуации или задают параметры конкретной ситуации, т.е. слоты соответствуют атрибутам (характеристикам, свойствам) объектов. Иерархия - это одна из важнейших концепций формализма фреймов, поэтому данный формализм также пригоден для представления таксономии знаний. Если значения слотов не определены, то фрейм называется фреймом-прототипом, напротив, если все слоты заполнены, то фрейм называется конкретным фреймом. Основной процедурой над фреймами является поиск по образцу. Образец, или прототип, это- фрейм, в котором заполнены не все структурные единицы, а только те, по которым отыскиваются нужные фреймы. Другими процедурами над фреймами являются наполнение слотов данными, введение в систему новых фреймов прототипов, а также изменение некоторого множества фреймов, сцепленных по слотам (т.е. имеющих одинаковые значения для общих слотов). Важнейшей концепцией для формализма фреймов является наследование. Можно дать указание о том, что если значение слота в одном из фреймов не задается, то фрейм должен унаследовать умалчиваемое значение этого слота из фрейма более высокого уровня.

Развитием концепции фреймовых моделей являются сценарии и ленемы [17]. Понятие сценария введено Р.Шенком и Р.Абельсоном. Сценарий- это фреймоподобная структура, в которой специально определены такие специальные слоты как сценарий, цель, сцена, роль. Сценарии отражают причинно-следственные цепочки предметной области, т.е. имеют более развитую семантику в сравнении с "классическими" фреймами. Ленема предназначена для структурно-комплексного описания понятий предметной области. Ленема включает следующие компоненты: имя, иерархический контекст, определитель, отрицательный определитель, интерпретацию, оболочку, функциональную схему оболочки, модель. Язык фреймов не имеет своего механизма вывода. Поэтому фреймовые модели эффективны для структурного описания баз знаний, а, так как для них нет специфического формализованного аппарата, то фреймы часто используют как базу данных системы продукций.

1.4.4. Логика предикатов

Модели представления знаний, основанные на декларативных принципах используют в качестве языка описания язык исчисления предикатов первого порядка. На основе модели представления знаний создается база знаний с механизмами логического вывода [6, 27]. Информация в базе знаний хранится в виде фактов, аксиом и правил вывода. Под фактом чаще всего понимаются утверждения, касающиеся текущего состояния проблемной области. Они представляются обычно в форме предикатов обозначенных константами (фундаментальных предикатов). Аксиомы - некоторые правильно построенные формулы (ППФ) исчисления предикатов, которые являются истинными при выбранной интерпретации. Знания можно представить в виде множества фактов и причинно-следственных связей. Использование логики предикатов применительно к конкретной области знаний заключается в следующем: вначале анализируется структура этой области, затем выбираются обозначения, представляющие особенности данной структуры, в заключение при помощи этих обозначений записываются ППФ, описывающие эту структуру. Множество ППФ, описывающих некоторую область знаний является теорией этой области знаний, а каждая ППФ служит аксиомой. Наборы фактов обычно хранятся в экстенсиональной компоненте модели представления знаний, именуемой базой данных, утверждения (включая аксиомы) хранятся в интенсиональной компоненте, именуемой базой знаний. Иногда под БЗ понимается общее хранилище информации, не выделяя из нее экстенсиональной компоненты в виде БД. Чем опытнее человек (эксперт), тем богаче у него набор фактов и отношений, тем полнее может быть создаваемая им модель.

Проводимые человеком рассуждения при поиске решений часто основываются по схеме "если есть факт А и из А следует В, то имеется и факт В" (правило вывода "модус поненс" в исчислении предикатов). Истинность некоторого утверждения А устанавливается двумя способами: либо А содержится в качестве факта в БД, либо А выводится посредством правил вывода из других ( в том числе и уже выведенных) фактов. Для автоматизированного логического вывода реализовать общепринятые правила вывода ( правило "модус поненс") оказалось очень сложно [27]. Робинсон создал правило вывода, которое он назвал резолюцией. Это метод доказательства через опровержение. Правило резолюции трудно поддается восприятию человеком, но эффективно реализуется на компьютере. В начале 70-х гг. был создан язык Пролог, базирующийся на правиле резолюции, который сейчас успешно используется для создания раз-

личных программных приложений, использующих БЗ. Иными словами, модели данного типа - множество утверждений о способах и приемах поиска управляющих решений в определенных классах ситуаций, описываемых на языке исчисления предикатов первого порядка. Выбор такого языка определен его описательными возможностями и наличием общей процедуры поиска решений, основанной на принципе резолюции.

1.4.5. Объектно-ориентиролванный формализм.

Для объекто-ориентированного подхода фундаментальной вычислительной сущностью является объект [27]. Единственный способ выполнить вычисление заключается в том, чтобы послать объекту сообщение. Объекты организуются в классы, объект является конкретным экземпляром данного класса. В определение класса задается и структура его объектов. Типичная программа организована в виде иерархии классов. В определение класса входят четыре вида компонент: сообщения (команды для вычислений), воспринимаемые всеми конкретными экземплярами, принадлежащими к классу; методами (присоединенные процедуры), общие для всех объектов определяемого класса; переменные классов, значения которых являются общими для всех объектов заданного класса; переменные конкретных экземпляров (аналоги слотов в формализме фреймов), значения которых уникальны для каждого конкретного объекта. Множество сообщений, воспринимаемых объектом определяет его интерфейс (т.е. возможные способы обращения к объекту). Для каждого сообщения имеет соответствующий метод (т.е. процедура), выполняющий вычисления, необходимые для ответа на сообщение. Сообщения и методы, используемые для выработки ответов на них, наследуются от класса к классу следующим образом. Если посылается сообщение конкретному экземпляру, принадлежащему некоторому классу, и оно не определено для этого класса, то сообщение передается суперклассу данного класса (т.е. классу, находящему выше по иерархии классов). Тем самым класс наследует все сообщения, определенные в его суперклассе и выше. Если унаследованное сообщения переопределяется в классе, то локальное определение перекрывает унаследованное для этого класса определение.

Методом для представления и анализа определенных предметных областей в терминах объектно-ориентированного формализма является объектно-ориенти-ованный анализ (ООА) [4,51], предполагающий разработку и построение информационной модели, модели состояний и модели процессов. Цель этапа информационного моделирования состоит в том, чтобы идентифицировать концептуальные сущности, или объекты, которые составляют подсистему для анализа. Объекты изображаются на

информационной модели вместе со своими характеристиками, или атрибутами. Связи свойственные объектам представляются как соединения между объектами. Когда объекты и связи идентифицированы, исследуется их поведение во времени. В ООА каждый объект и связь может иметь жизненный цикл - организованную схему поведения. Такой жизненный цикл формализуется в модели состояний: множестве состояний и событий. Состояние представляет собой положение или ситуацию объекта, в которой применяются определенные физические законы, правила и линии поведения [51, 59]. Событие представляет собой инцидент, который заставляет объект переходить из одного состояния в другое. Отдельные модели состояний формируются для каждого объекта или связи. С каждым состоянием связана некоторая деятельность. Эта деятельность или действие происходит в то время, когда объект достигает состояния. Для того чтобы достигнуть согласованного поведения различных объектов, модели состояний взаимодействуют между собой посредством событий. Такое взаимодействие показывается на модели взаимодействия объектов. Все происходящее в системе содержится в действиях моделей состояний. Каждое действие изображается графически на диаграмме потоков данных действий (ДПДД) [60]. Для каждого действия каждой модели создаются отдельные ДПДД. Процессы действия могут иметь доступ как к данным объекта, в чью модель состояния они вложены, так и к данным других объектов. Просмотр такого межобъектного доступа к данным обеспечивается моделью доступа к объектам.

По результатам объектно-ориентированного анализа формируются модели, на которых основывается объектно-ориентированное проектирование (ООП) [4]; ООП в свою очередь создает основу для окончательной реализации системы с использованием методологии объектно-ориентированного программирования. В настоящее время информационная технология "Модели ООА—> объектно-ориентированное проектирование—>• объектно-ориентированное программирование" разработана достаточно хорошо. Объектно-ориентированный подход позволяет реализовать проекты автоматизации сложных систем и представляет собой поступательный итеративный процесс, совместимый с эволюционным подходом, при котором возможно безболезненно вносить какие-либо изменения в уже отлаженный программный продукт.

1.5. Комплексный подход к представлению знаний в энергосистемах

В [46] описывается сущность подхода к решению проблемной интерпретации представления знаний в системах ИИ. Все знания о внешнем мире разделены на 4 уровня:

Уровень 0 представляет собой реакции организма человека на внешние раздражители. Компьютерные системы, оснащенные рядом датчиков, фиксирующих физические параметры объектов справляются с этой задачей.

На уровне 1 находятся так называемые знания-описания ("пассивные" знания). Они характеризуют структуру объектов реального мира, их взаимное расположение в пространстве, а также качественные и количественные свойства. Знания о структурных взаимосвязях объектов удобно представлять семантическими сетями и фреймами.

Знания уровня 2 являются "активными". Они характеризуют окружающий мир с точки зрения развития явлений, показывают правила функционирования отдельных объектов и их совокупности, отражают временные и причинно-следственные характеристики жизнедеятельности различных систем. Хорошими средствами для представления активных знаний являются декларативные модели предикатного (логика предикатов) или продукционного (продукции) типа.

Уровень 3 - "абстрактные" знания или метазнания. Это знания об использовании информации нижних уровней, способах ее систематизации и доступа к ней, о приобретении новых знаний и уничтожении ненужных.

Важной особенностью является возможность осуществления взаимодействия знаний различных уровней с помощью вертикальных связей. Установление связей между различными уровнями в любой момент времени приводит к образованию подсистемы, обладающей всеми свойствами основной БЗ. И подобная иерархия позволяет организовать доступ к любому уровню знаний в отдельности, используя его как БД. На основе изложенного подхода одной из проблем, которую необходимо решить при создании мощных интеллектуальных систем, является разработка целостной технологии работы со знаниями. Последнее предполагает наличие развитых языков представления знаний (ЯПЗ).

Первое поколение систем искусственного интеллекта было нацелено на решение задач в довольно узких профессиональных сферах. Такие работы были ориентированы на каком-либо одном способе представления знаний. Однако расширяющийся спектр задач и интерес исследователей к новым сложным проблемным областям приводил к положению, когда конкретные способы представления знаний с учетом их серьезных ограничений стали препятствием для решения проблем в области ПИ.

В частности, представление знаний в виде семантических сетей характеризуется простотой, понятностью и возможностью расширения, однако представляет пользова-

телю лишь статическую информацию об изучаемом явлении. С помощью семантических сетей весьма трудно, а зачастую и невозможно отразить функционирование сложных диспетчерских объектов, в том числе взаимосвязи отдельных компонентов. Системы продукций удовлетворительно отражают динамику и последовательности действий, но плохо приспособлены для описания внутренних структур, связей и свойств объектов. Фреймы дополняют аппарат семантических сетей новыми возможностями и имеют большую мощность, однако накладывают дополнительные ограничения. Фреймы, являясь замкнутой структурой с заранее ограниченными слотами, имеют в каждый момент времени некоторое количество (возможно довольно большое) пустых слотов или содержащих устаревшую информацию, а также не обеспечивают ввода непредусмотренного заранее вида информации. Представление знаний и получение вывода с помощью логики предикатов, будучи теоретически исчерпывающими, при решении реальных задач сводится к практически непреодолимым трудностям использования формального аппарата (трудности формализации).

Приведенный анализ убедительно свидетельствует, что создание и расширение новых систем ИИ требует комплексного подхода, основанного на синтезе лучших свойств представления знаний. Современный этап развития инструментальных средств интеллектуальных систем характеризуется интеграцией различных методов представления знаний в рамках единого программного продукта.

Целью диссертационной работы является разработка комлекса алгоритмов и программ по автоматизированному формированию бланков оперативных переключений в распределительных электрических сетях, интегрированных в единую расчетно-информационную систему автоматизации управления распределительными сетями.

На основе анализа моделей представления знаний и существующих алгоритмов автоматизированных систем формирования последовательностей переключений необходимо разработать:

- единую информационную модель, описывающую топологию и оборудование распределительной электрической сети. Чтобы учесть развитие сетей, изменение оборудования, потребителей ( и следовательно, нагрузки сети), необходимо создание развитой базы данных на основе метода ООА, позволяющей вносить изменения в уже готовый программный продукт.

- базы знаний по правилам переключений присоединений и отдельных коммутационных аппаратов и устройств релейной защиты и автоматики, содержащие ин-

формацию инструкций, учитывающие опыт эксплуатации и особенности выполнения переключательных операций на предприятиях электрических сетей.

- модель принятия решений на основе продукций и алгоритмы для типовых переключений в распределительных сетях, позволяющие получать оптимальные последовательности действий для оперативного персонала.

1.6. Выводы

1. Анализ публикаций показывает, что разработанные автоматизированные системы управления и контроля за производством ОП, экспертные системы, различные тренажеры оперативных переключений (ТОП) не ориентированы на применение в распределительных сетях, так как не отражают особенности их функционирования и управления.

2. Однотипность решаемых задач при выполнении переключений в сети и их массовый характер определяют целесообразность разработки автоматизированной системы формирования БП с применением для этой цели методов искусственного интеллекта .

3. Дан анализ существующих моделей представления знаний. Современный этап развития инструментальных средств интеллектуальных систем характеризуется интеграцией различных методов представления знаний в рамках единого программного продукта. Выбраны модели представления знаний для решения задачи автоматизированного формирования последовательностей ОП : продукции для моделей принятия решений и правил переключений и объектно-ориентированный анализ для представления предметной области.

2. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ И ОСОБЕННОСТИ

УПРАВЛЕНИЯ ИМИ Выполнение переключений зависит от схемы сетей, схемы подстанций, схем и принципов работы устройств релейной защиты и атоматики. Рассматриваются основные схемы распределительных сетей с точки зрения выполнения переключений. Обзор номенклатуры работ оперативно-диспетчерского персонала РЭС позволяет выделить типовые переключения и логику их выполнения, провести анализ информации и знаний, которыми руководствуется сетевой персонал в своей практической деятельности. 2.1. Типовые схемы распределительных сетей

Схема построения сети определяет способ коммутации ее линий, условия резервирования отдельных элементов, расчетные режимы, особенности конструктивного выполнения подстанций и используемых средств защиты и автоматики [19, 20]. Пример схемы электроснабжения показан на рис. 2.1. По структуре сеть можно разделить на:

• 1 звено - центры питания: понижающие подстанции напряжением 6-10 кВ и выше и генерирующие источники питания, расположенные на территории города ТЭЦ.

• 2 звено - питающая сеть 6 - 10 кВ как совокупность питающих линий, распределительных пунктов (РП) и прямых связей между РП.

• 3 звено - распределительная сеть 6 - 10 кВ и ТП, питание которых производится как от РП, так и непосредственно от центра питания (ЦП).

• 4 звено - распределительная сеть низкого напряжения (0,38 и 0,23 кВ). Сеть низкого напряжения в данной работе не рассматривается, так как переключения в сети напряжением ниже 1000 В в любом случае могут выполняться без бланков переключений.

По надежности электроснабжения схемы городских электрических сетей можно разделить на 3 группы:

1. Схемы, в которых при повреждении в сети восстановление питания потребителей может быть осуществлено только после ликвидации повреждения путем ремонта или замены оборудования.

2. Схемы, обеспечивающие восстановление питание потребителей при любом повреждении в сети путем ввода резерва вручную.

ЦП1 ЦП2 цпз

Рис. 2.1 Принципиальная схема электроснабжения города

3. Схемы, обеспечивающие восстановление питание потребителей при любом повреждении в сети путем автоматического ввода резерва.

К первой группе относятся схемы, выполняемые по радиальной нерезервируе-мой схеме (тупиковая схема электроснабжения). В настоящее время такую схему для электроснабжения городских электроприемников не применяют.

Схемы 2 и 3 группы предусматривают резервирование отдельных звеньев сети. Схемы 2 группы базируются на использовании петлевых линий, т.е. линий, имеющих двухстороннее питание. Во всех случаях распредсети 6 - 10 кВ должны выполняться с резервом, в том числе с использованием петлевых линий.

Вторая группа схем удовлетворяет требования, предъявляемым к электроснабжению основной массы городских потребителей, т.е. электроприемникам 2 категории. При этом допускаются перерывы в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или оперативно-выездной бригадой (ОВБ).

Элекроприемники 1 категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания и перерыв в их электроснабжении допустим лишь на время автоматического ввода резерва. К схемам 3 группы относятся автоматизированные двух- или многолучевые схемы. Независимыми источниками питания (ИП) являются РУ разных электростанций или подстанций при одновременном соблюдении следующих условий: каждая из секций или систем шин имеет питание от независимого источника; секции или 2 системы шин не связаны между собой или имеют связь, автоматически отключаемую при нарушении нормальной работы одной из секций (шин). Шины или секции шин, питающиеся от отдельных обмоток одного трансформатора или от одной обмотки через сдвоенный реактор, следует считать отдельными ИП.

2.1.1. Схемы низкого напряжения центров питания

На генераторном напряжении (6-10 кВ) ТЭЦ обычно применяют следующие схемы: с одной секционированной системой сборных шин (2-3 секции), с одной секцией кольцевого типа (схема кольца) или с уравнительной системой шин (схема звезды), с двумя системами сборных шин и с одним выключателем на присоединение [20]. Для ограничения тока КЗ на ТЭЦ применяют секционные реакторы. Если необходимо значительно ограничить ток КЗ в сети, то применяют одинарные линейные реакторы, допускается подключение к реактору двух кабельных линий (КЛ) одного или различных потребителей. В первом случае присоединяют через отдельный разъединитель, во

втором через отдельный выключатель нагрузки (ВН) или линейный разъединитель (ЛР). При значительном числе кабельных линий (КЛ) с небольшой передаваемой мощностью применяют групповое реагирование с использованием одинарных или сдвоенных реакторов.

На стороне низкого напряжения (НН) понизительных подстанций применяется схема с одной секционированной системой сборных шин. В целях ограничения токов КЗ обычно принимается раздельная работа секций. При необходимости более глубокого ограничения токов КЗ применяют трансформаторы с расщепленной обмоткой НН, а также одинарные и сдвоенные реакторы в цепях трансформатора. Отходящие линии, как правило, реактируют. Шины или секции шин, питающиеся от отдельных обмоток одного трансформатора или от одной обмотки через сдвоенный реактор, следует считать отдельными ИП.

Введем понятие электрически связанной сети [48]. Сеть, подключенная к одному источнику питания является электрически связанной. Сеть разных источников питания является электрически несвязанной. В электрически несвязанных распределительных сетях перед включением на параллельную работу или замыканием между собой линий или участков сетей необходимо предварительное осуществление временной электрической связи между центрами питания: включение секционного масляного выключателя (СМВ) или линии связи, непосредственно соединяющей системы шин двух питающих центров.

2.1.2. Схемы питающей сети

Питающие сети 6-10 кВ во всех случаях сооружаются с автоматическим резервированием вводов в РП. Сечение питающей и резервной линии РП выбираются на полную расчетную нагрузку РП [19, 20]. Схемы питающих сетей различаются по режиму их работы. На рис. 2.1 РП1 имеет схему с параллельной работой питающих линий. Для избирательной защиты линий на их приемных концах устанавливается, как правило, максимально-направленная защита и питание РП производится от одного источника. Это ограничивает применение такой схемы только для питания потребителей 2 и 3 категории. При наличии на ЦП сдвоенных реакторов или трансформаторов с расщепленной обмоткой параллельно работающие линии должны присоединяться к одной секции шин РУ 6-10 кВ ЦП во избежание шунтирования расщепленных ветвей реактора или обмоток трансформатора. Для полного использования пропускной способности линейных ячеек 6-10 кВ ЦП производят сдваивание или спаривание питаю-

щих линий РП. В последнем случае две линии, питающие разные РП, присоединяются к одному выключателю. Для исправления возможной неселективной работы направленной защиты на приемном конце одной из спаренных линий в РП необходима установка АПВ.

На рис. 2.1 в РП4 применена схема питающих сетей 6-10 кВ с раздельной работой линий. В данном случае возможно питание от разных источников, что позволяет использование сети для питания электроприемников 1 категории. Автоматическое резервирование предусматривается путем установки на резервной линии или секционном выключателе автоматического включения резерва (АВР) двухстороннего действия. Для сетей с раздельной работой питающих линий отмечается худшее использование пропускной способности линий и увеличенное значение потерь энергии. Типовыми для распределительных сетей крупных и крупнейших городов являются комбинированные схемы питающих сетей 6-10 кВ (на рис. 2.1 РП2, РПЗ), сочетающих преимущества параллельной и раздельной работы питающих линий.

2.1.3. Схемы распределительной сети

Наиболее распространенной является петлевая схема распредсети 6-10 кВ, получающая питание от одного или двух РП [20]. На стороне НН выполняется полузамкнутая или нормально разомкнутая схема. Петлевая схема на каждом своем участке имеет возможность подачи энергии по двум направлениям и может работать разомкнутой или замкнутой. При нормальном режиме работы петлевые схемы работают разомкнутыми. Размыкание петли-нормальное режимное деление делается на подстанции, совпадающей с точкой токораздела, т.к. при этом потери энергии будут наименьшими. При работе по разомкнутой схеме авария в линии повлечет отключение только одной половины петли, а другая будет работать. После выделения поврежденного участка отключенная половина петли включается своей частью непосредственно на свой ИП, а другой частью на "здоровую" половину петли, электроснабжение всех потребителей восстанавливается. Петлевая сеть используется для питания потребителей 2 и 3 категории и является основной для большинства городов. Ввод резервных элементов осуществляется дежурным персоналом. Схема создает требуемую надежность электроснабжения для основных городских потребителей и имеет хорошие технико-экономические показатели, удобно в эксплуатации. При выполнении сети воздушными линиями допустимо использование линий 6-10 кВ с односторонним питанием.

Для обеспечения повышенной надежности электроснабжения приемников 1 и 2 категорий применяют схемы трансформаторной подстанции с АВР на стороне высокого напряжения и двухлучевые схемы с АВР на стороне низкого напряжения. Примером такой схемы, нашедшей практическое применение в сети Москвы, может служить двухлучевая или многолучевая схема [49]. Многолучевая схема с АВР предусматривает сочетание взаиморезервирующих линий 6-10 кВ с линиями 0,38 кВ оно- и двухстороннего питания. Каждая ТП питает свой участок сети 0,38 кВ, резервирования трансформаторов не предусматривается. Параллельная работа трансформаторов сети 0,38 кВ не допускается. На рис. 2.1 показана схема электроснабжения с АВР на стороне высокого напряжения. На ТП1 рис. 2.1 АВР выполнен на ВН, на ТП2 - на масляных выключателях (МВ). Если повреждается линия, отходящая от РП, то от действия защиты она отключается с заданной выдержкой времени. При исчезновении напряжения на шинах одного из лучей ТП АВР с определенной выдержкой времени отключает шинный выключатель нагрузки (ТТТВН) этого луча и включает секционный выключатель нагрузки (СВН), при этом оба трансформатора ТП1 питаются от одной линии. Устройство АВР в ТПЗ тоже осуществляется с помощью двух ВН. В нормальном режиме ВН1 находиться во включенном положении, ВН2 - в отключенном. Выключатель нагрузки ВН2, установленный на резервной линии имеет перевернутые пружины, чтобы он мог автоматически включаться. ВН заводской конструкции автоматически отключается. При пропаже напряжения на ТПЗ происходит автоматическое отключение ВН1 с выдержкой времени на ступень селективности больше выдержки времени релейной защиты распределительной линии, чтобы избежать отключения ВН токов короткого замыкания. После этого включается ВН2 , и питание ТП2 автоматически переводится на резервную линию.

Двухлучевая схема ТП4 предусматривает питание одной подстанции двумя линиями, каждая из них питает свой трансформатор (лучи А и Б). Каждый трансформатор имеет свою изолированную сеть низкого напряжения. Со стороны НН устанавливаются система контакторов - контакторные станции (КС). Устройство АВР в ТП на стороне НН позволяет автоматизировать питание всех потребителей, присоединенных к данному ТП на случай повреждения трансформаторов и вышестоящих элементов схемы. При помощи системы контакторов в случае аварии потребитель автоматически отключается от своего трансформатора и переключается на другой. Схема АВР на КС в отличии от схемы АВР по высокому напряжению работает без выдержки времени и

обеспечивает самовосстановление схемы при появлении напряжения основного питания.

Схемы с автоматическим вводом резерва должны применяться для питания потребителей, недопускающих перерыва в подачи электроэнергии, т.е. 1 категории, а также для питания любых потребителей, если затраты на осуществление таких схем не вызывают значительных дополнительных затрат по сравнению с петлевой схемой.

2.1.4. Нагрузки сети

Нагрузки отдельных элементов городской сети является важнейшей характеристикой ее работы. В зависимости от вида нагрузки устанавливаются целесообразные режимы работы сети, степень использования пропускной способности, качество энергии передаваемой потребителю, и т.д. [5]. Осуществление контроля нагрузок в условиях городской сети встречает определенные затруднения из-за многочисленности сетевых сооружений и их разбросанности по территории города, а также невозможности установки стационарных приборов на всех элементах сети. Учитывая особенности нагрузки городских потребителей, следует планировать проведения переключений по сети при обработке ремонтных заявок. Величину токов нагрузки следует учитывать при выполнении коммутационных операций с выключателями нагрузки, разъединителями. Систематический контроль нагрузок осуществляется путем измерения нагрузок и напряжения не менее 2 раз в год, в том числе в период максимума в зимний сезон. В результате измерения максимальной нагрузки устанавливается степень использования пропускной способности линий и трансформаторов, выявляются перегруженные и недогруженные элементы сети. На основе этих измерений определяется правильность и экономичность эксплуатации отдельных элементов и всей сети в целом, выявляются участки с недопустимым уровнем напряжения. По результатам измерений намечают проведение соответствующих мероприятий. На основе измерения нагрузки в летний период определяется возможность отключения части трансформаторов на это время для снижения потерь энергии в сети. Измерение нагрузки и напряжения рекомендуется производить на стороне НН. Для измерений на стороны высокого напряжения следует устанавливать стационарные измерительные приборы. Измерения на стороны НН осуществляется переносными вольтметрами и токоизмерительными клещами.

По результатам измерений осенне-зимних нагрузок и напряжений для всей сети сетевого предприятия составляют на год нормальную эксплуатационную схему электрических соединений (нормальная нагрузочная схема), которую в связи с новым

включением сетевых объектов или реконструкцией сети ежемесячно корректируют. Нормальная эксплуатационная схема сети - это принципиальная схема с нанесенными на ней действующими устройствами автоматики и местами делений (разрывов) сети разъединителями и другими аппаратами первичной коммутации. Нормальная схема электроснабжения является обязательной, временные отклонения от неё допускаются для производства работ на минимальные сроки. По окончанию работ в сети эта схема должна быть восстановлена.

2.2. Номенклатура работ оперативно-диспетчерского персонала РЭС 2.2.1. Общие положения о переключениях

Электрические распределительные сети и подстанции напряжением до 35 кВ объединены в районы электрических сетей, управление которыми осуществляется диспетчером РЭС с районного диспетчерского пункта(РДП). Основными задачами диспетчера являются:

- оперативно-диспетчерское управление сетью района, обеспечивающее бесперебойное электроснабжение потребителей;

- руководство всеми плановыми переключениями в сети района, координация действий одновременно работающих бригад в сети района;

- принятие немедленных мер по восстановлению электроснабжения потребителей при авариях, погашениях, ликвидации ненормальных режимов.

Диспетчер района осуществляет оперативно-диспетчерское управление сетью района всех напряжений и оперативное руководство эксплуатацией оборудования сети. Питающая сеть находится в управлении вышестоящей диспетчерской службы ОДС. К оперативному персоналу относятся:

- дежурный персонал, обслуживающий сетевые сооружения согласно установленного графика дежурств - оперативно-выездные бригады;

- оперативно-ремонтный персонал с правом эксплуатационного обслуживания и выполнения ОП;

- руководящий персонал в смене - дежурный диспетчер РДП и ОДС.

Диспетчерские службы работают круглосуточно [49]. Диспетчерский пункт оборудован мнемосхемой электрических соединений электроустановок (диспетчерским щитом), находящимся в оперативном управлении и оснащенного средствами диспетчерского телеуправления (СДТУ). Средства СДТУ выполняют в основном информа-

ционные функции и включают в себя телефонную связь, телеуправление (ТУ), телесигнализацию (ТС), телеизмерения (ТИ). С помощью системы ТС осуществляется передача с РП на диспетчерский пункт телесигналов о положении выключателей, наличия напряжения на шинах РП, положение указателей заземления на отходящих линиях. Система ТИ позволяет персоналу диспетчерского пункта измерять нагрузочные токи на отходящих из РП линиях и напряжение на шинах РП, а система ТУ производить с диспетчерского пункта дистанционное включение и отключение выключателей, установленных в РП. Перечисленные системы значительно облегчают работу оперативного персонала и уменьшают время отыскания поврежденного участка при возникновении повреждений в сети. Диспетчерский щит представляет собой информационную модель объекта- районной электрической сети и служит в отличии от других операторских щитов не для получения информации об объекте, а для актуализации знаний об оперативном состоянии и структуре объекта управления.

Одной из важнейших работ диспетчерской службы является ликвидация нарушений нормальной работы электрических сетей, которые могут быть вызваны повреждением различных элементов сети, перегрузками отдельных ее участков, неправильными действиями персонала. Под оперативно ликвидацией аварии следует понимать выделение поврежденного оборудования и линий, а также производство операций с целью:

- предотвращения развития аварии;

- устранения опасности для обслуживающего персонала и оборудования, не затронутого аварией;

- восстановление в кратчайший срок электроснабжения потребителей;

- создание надежной послеаварийной схемы;

- выяснения состояния отключенного во время аварии оборудования и возможности включения его в работу, организация аварийно-восстановительных работ.

Оперативные переключения в сети района делятся на плановые и аварийные. Плановые предусмотрены планом-графиком работ. Для планового ремонта и испытания оборудования РП, ТП, линий и других сооружений городской электрической сети необходимо произвести всестороннее отключения участка сети. При нарушении изоляции участка сети необходимо также выполнить переключения по отключению поврежденного оборудования или линии. В некоторых случаях при испытаниях или повреждениях питающих кабельных линий (ПКЛ) следует переключить нагрузку с одного

РП на другой. Все эти работы вызывают необходимость производства ОП в электрической сети.

Формой оперативной команды на производство переключений является распоряжения (разрешение)[48,16]. Содержание и объем распоряжения о переключении зависит от сложности задания, территориального расположения, режима работы оборудования, а также от квалификации персонала, выполняющего переключения. Переключения в ЭУ разрешаются лицам, допущенным к оперативной работе, знающим схемы, расположение оборудования в натуре, обученным правилам производства операций с коммутационной аппаратурой, ясно представляющим последовательность переключений, прошедшие проверку знаний правил технической эксплуатации (ПТЭ), правил техники безопасности (ПТБ), правил пожарной безопасности (ППБ), инструкций и дублирование на рабочем месте.

Переключения должны производиться двумя лицами, имеющими право на производство переключений, из числа дежурного персонала, одно лицо не ниже IV группы по электробезопасности (ЭБ), а второе не ниже III группы по ЭБ. Лицо с более высокой квалификацией (старший по бригаде) является первым лицом, на него возлагается функция пооперационного контроля при переключениях. Непосредственно переключения в сети производит второе лицо. Ответственность за правильность переключений несут оба лица.

Порядок получения и оформления распоряжения о переключении:

- получив распоряжение о переключении, исполнитель обязан его повторить и получить подтверждение диспетчера о том, что распоряжение понято правильно;

- задание должно быть записано в оперативный журнал, журнал ОВБ;

- последовательность выполнения операций должна быть проверена по оперативной схеме (схеме-планшету) и при необходимости составлен бланк или поопераци-онно записано в журнале ОВБ. Распоряжение диспетчера о переключении считается выполненным, если об этом сообщено диспетчеру лицом, получившим распоряжение.

Переключения на электроустановках с неисправными блокировочными устройствами, а также сложные переключения в ЭУ выше 1000 В должны выполняться по бланкам переключений.

К сложным переключениям относятся [16]:

- переключения в сетевых сооружениях с нетиповой схемой (конструкцией);

- переводы нагрузки с одного ЦП (секции) на другой ЦП (секцию);

- переключения с замыканием уравнительных токов;

- перевод нагрузки на сеть смежного района электрических сетей;

- переключения в ЭУ, связанные с включением вновь вводимого оборудования;

- фазировка под напряжением;

- переключения в двух и более сетевых помещениях.

К сложным переключениям относятся переключения, требующие строгой последовательности операций с коммутационными аппаратами (КА), заземляющими разъединителями и устройствами релейной защиты, противоаврийной и режимной автоматики [32].

Для соблюдения последовательности действий персонала в БП записаны все операции с КА, устройствами РЗиА, операции по включению/отключению заземляющих ножей (ЗН), наложению и снятию переносных защитных заземлений, установке и снятию диэлектрических колпаков в строгой очередности их выполнения. Каждая операция записывается отдельной строкой и должна иметь порядковый номер. В БП должны указываться наиболее важные проверочные действия персонала: проверка отсутствия напряжения перед наложением заземлений, замер разность напряжений прибором УРНТ, фазировка линий и оборудования под напряжением, испытание КЛ с помощью указателей повреждения УП или УПК, мегаомметра. Каждое действие должно иметь порядковый номер и записываться отдельной строкой. БП являются документами строгой отчетности.

Заполнение БП производит первое лицо. Допускается составление БП заблаговременно. Оба лица, участвующие в переключениях, должны проверить по оперативной схеме правильность и последовательность записанных в бланке операций и действий. Если у обоих лиц сомнений по намеченному порядку действий не возникает, они подписывают БП. Диспетчер проверяет бланк, подписывает его и дает разрешение на выполнение работ по БП.

Без БП допускается выполнять операции, относящиеся к числу несложных, переключения при ликвидации ненормальных режимов. Переключения на оборудовании до 1000 В в любом случае могут выполняться без БП. При переключениях без бланка все операции в последовательности их выполнения записываются в журнал ОВБ.

Порядок выполнения переключения должен быть следующим:

- на месте переключений персонал обязан внимательно проверить соответствие номера сетевого сооружения, наименование присоединения и исправное состояние

КА, на котором предстоит проведение операции. Запрещаются переключения по памяти без прочтения записи.

- убедившись в правильности выбранного присоединения и аппарата, контролирующее лицо зачитывает по бланку переключений содержание операции, подлежащей выполнению;

- лицо, выполняющее операцию, повторяет ее содержание и, получив подтверждение контролирующего лица, выполняет эту операцию;

- контролирующее лицо наблюдает за правильностью выполнения операции с КА, и по мере выполнения каждой операции делает пометку в БП, чтобы исключить возможность пропуска какой-либо операции. Запрещается изменять установленную в бланке последовательность переключений: При возникновении сомнений в правильности проводимых операций, переключения должны быть прекращены, последовательность действий проверена по схеме макету и в случае необходимости - получить соответствующее разъяснение диспетчера, отдавшего распоряжение о переключении.

Автором приводятся строки инструкций, чтобы еще раз подчеркнуть важность и ответственность операций по переключениям особенно в распредсети, т.к. все переключения выполняются персоналом в ручную в непосредственной близости от токове-дущих частей и от четкости и правильности действий зависит жизнь и безопасность людей.

Бланки переключений являются документами строгой отчетности и выдаются дежурному персоналу пронумерованными. Выдача бланков оформляется в журнале распоряжений. Нумеруются БП по порядку их заполнения с указанием при сдаче смены номера последнего заполненного бланка. Использованные БП, в том числе и испорченные хранятся по порядку номеров не менее 10 дней.

Наряду с обычными допускается применение типовых БП, комплекты которых хранятся на рабочем месте диспетчера. В отличии от сетей напряжением выше 110 кВ , в распределительных сетях очень мало типовых бланков: операции по полному снятию напряжения с контакторной станции, опробование АВР в ТП и РП. Оперативное состояние сети района постоянно меняется, схема редко соответствует нормальной эксплуатационной схеме по причине повреждений и ремонтов оборудования и линий. Составление БП в каждом конкретном случае является необходимым.

При подготовке рабочего места по наряду-допуску, если требуется выполнять простые переключения, лицо, выдающее наряд, записывает каждую операцию или

действие отдельной строкой с указанием порядкового номера. Для восстановления схемы каждая операция также должна быть записана отдельной строкой с указанием порядкового номера. Диспетчер, давая разрешение на подготовку рабочего места, проверяет правильность записанных в наряде операций и ставит свою подпись. Одновременно делается запись в журнале учета работ по нарядами и распоряжениям а том, какие операции он разрешил. Восстановление схемы по наряду также отмечается в журнале.

2.2.2. Оперативные переключения при выполнении плановых работ

На все плановые переключения и отключения для ремонтных работ в сети составляются заявки за сутки до начала работ с учетом того, что создаваемая схема должна обеспечить нормальное электроснабжение потребителей и не вызывать перегрузок отдельных элементов сети [49]. Перед началом работ необходимо получить разрешение дежурного диспетчера, который контролирует наличие БП, помечает его номер в заявке, время и фамилию лица, ответственного за переключения. Плановые переключения рекомендуется производить в час наименьших нагрузок. Время начала плановых переключений в каждом конкретном случае определяется диспетчером, в оперативном управлении которого находится данное оборудование. Не рекомендуется производить плановые переключения в конце смены дежурного персонала. Все плановые работы в РЭС, требующие отключения (включения) оборудования, КЛ, устройств РЗиА, изменения схемы должны оформляться заявками в зависимости от принадлежности оборудования по способу диспетчерского управления. Заявки на работы в рас-предсети подаются старшими мастерами сетевых участков накануне дня производства работ не позднее 15 часов. Заявки на работы в питающей сети подаются в ОДС накануне дня производства работ. Заявки, требующие составления программ переключений, когда затрагивается режим и надежность схем центров питания, а также заявки на длительное отключение (более 15 суток) подаются за 10 дней до начала производства работ.

Заявки рассматриваются и утверждаются в соответствии с перечнем оборудования, находящегося в оперативном управлении диспетчерами РДП и ОДС [16]. Принятие решения по ремонтной заявке - сложная технико-экономическая задача, определяемая условиями надежности и экономичной работы. При рассмотрении заявок проверяется достаточная надежность схемы и режим работы сети на период отключения КЛ, оборудования, могут привлекаться специалисты РЗиА и по режиму сети.

По оперативным заявкам дежурные диспетчеры РДП и ОДС имеют право в пределах времени своего дежурства при обоснованной необходимости производить отключения и включения оборудования, устройств РЗиА , КЛ с учетом принадлежности, изменения режима работы и надежности схемы. Все оперативные заявки фиксируются в журнале заявок как и обычные. Если плановый вывод в ремонт оборудования связан с обесточиванием потребителей, то лицо, дающее заявку, предварительно в установленный срок должно предупредить об этом потребителей. При необходимости отключения ПКЛ для производства работ необходимо согласовать заявки с ОДС. В случаях, когда на ЦП в одной ячейке находиться ПКЛ разных районов электрических сетей (спаренные ПКЛ) необходимо предварительно согласовать сроки и порядок проведения работ с районом, которому принадлежит спаренная ПКЛ и при оформлении заявки в ОДС указывается с кем согласована предстоящая работа.

При автоматизации рассмотрения ремонтных заявок в РЭС на ЭВМ можно возложить следующие функции:

- анализ ситуации в сети: топологию, контроль нагрузок и оценку возможности выполнения заявки;

- анализ возможных вариантов подготовки схемы сети для выполнения конкретной заявки, и выбор более оптимального;

- "рутинная работа" по составлению БП реализации заявки;

- исключение возможных ошибок персонала, обусловленные оперированием большим объемом информации по схемам сетевых объектов, составу оборудования и противоаварийной автоматики.

При всем многообразии работ, производимых в распределительной сети, переключения по подготовке схемы сводятся к следующим заявкам:

1. Подготовить схему к отключению луча ТП для ремонта электрооборудования, строительного ремонта и т.п.

2. Восстановить схему сети после ремонта луча ТП.

3. Подготовить схему к отключению всей ТП для капитального ремонта, ремонта электрооборудования.

4. Восстановить схему сети после ремонта ТП.

5. Подготовить схему к отключению секции РП для капитального ремонта, ремонта электрооборудования.

6. Восстановить схему сети после ремонта секции РП .

Часто ремонт лучей ТП и секций РП производится поочередно и составляется один бланк переключений на восстановление схемы после ремонта и подготовку схемы к отключению соседнего луча ТП (секции РП).

7. Подготовить схему к отключению ячейки РП для ремонта выключателя, привода, концевой заделки линии.

8. Восстановить схему после ремонта ячейки РП .

9. Отключить линию распределительной сети для работ на трассе, испытаний.

10. Включить линию распределительной сети после выполнения работ на трассе, испытаний.

11. Отключить питающую линию для ремонта, испытаний, работ на трассе.

12. Включить питающую линию после ремонта, испытаний, работ на трассе.

Подготовка схемы сети существенно различается при выполнении таких заявок

как отключение секции РП (луча ТП), отключение питающей линии и отключение распределительной линии. Выделим эти заявки как базовые типовые переключения. Заявки 1-6 представляют собой отключение одной или более секций(лучей) ТП(РП). Подготовка схемы для заявки 7-8 такая же как и при отключении распределительной линии, отличие в подготовке к ремонту ячейки РП.

В данной работе анализируется выполнение заявок, требующих переключений в 2 и более сетевых помещениях, для которых обязательно составление БП. Отключение и вывод в ремонт трансформаторов, замена предохранителей на одной подстанции, отключение линий напряжением до 1000 В не рассматривается ввиду простоты и стандартности операций.

2.2.3. Оперативные переключения при повреждениях в сети

При возникновении повреждения в сети и необходимости в связи с этим ОП их выполняют без предварительных заявок и заполнения БП с последующей записью полученных по телефону или устно распоряжений и произведенных операций [16].

Повреждение в сети фиксируется дежурным персоналом ЦП по показанию приборов или автоматическому отключению выключателя и дежурным персоналом электросети по сигналам устройств телемеханики и получению сообщений от потребителей об отсутствии напряжения. К аварийным ситуациям относятся следующие случаи перерыва в электроснабжении:

- для потребителей 1 категории - на время большее времени срабатывания АВР;

--ее'

- для потребителей 1 категории, имеющих схему электроснабжения не соответствующую ПУЭ - на время 10 часов и более;

- для сельскохозяйственных потребителей - недоотпуск электроэнергии 20000

кВт ч;

- для потребителей 2 категории - на время 10 часов и более;

- для всех потребителей при недоотпуске электроэнергии 50000 кВт ч.

Под оперативной ликвидацией аварии следует понимать выделение поврежденного оборудования и линий, а также производство операций с целью:

- предотвращения развития аварии;

- устранение опасности для обслуживающего персонала и оборудования, не затронутого аварией;

- восстановление в кратчайший срок электроснабжения потребителей;

- создание надежной послеаварийной схемы;

- выяснение состояния отключенного во время аварии оборудования и возможности включения его в работу, организация аварийно-восстанови-тельных работ.

Повреждения в сети можно разделить на [49]:

1. Автоматические. При возникновении трехфазного и двухфазного коротких замыканий или механического повреждения линии с замыканием на землю устройства релейной защиты (РЗ) отключают выключатель в РП или на ЦП. При этом отключается целое направление в РП (цепочка ТП) или при отключении выключателя ПКЛ срабатывает автоматика ввода резерва в РП, оснащенных АВР. Последовательность действий оперативного персонала различна при повреждениях в распределительной и питающей сети. Автоматические повреждения подразделяют на:

- повреждения распределительных линий и оборудования распредсети;

- повреждения оборудования в РП;

- повреждения питающих линий: одиночных, сдвоенных, спаренных.

После автоматического отключения МВ диспетчер РДП путем анализа схемы, показаний телемеханики определяет обесточенных потребителей. Для восстановления напряжения у потребителей необходимо использование режимных делений, перевода нагрузки вручную при отказе устройств АВР на подстанциях. Только при отсутствии возможности восстановления напряжения путем переключений можно приступать к определению места повреждения в сети. После выделения поврежденного участка необходимо восстановить схему сети. Неповрежденная часть включается со стороны

мест делений и из РП, и нагрузку переводят на резервные питающие линии и линии связи. Создается новый эксплуатационный режим сети. Для ремонта и замены поврежденного оборудования ОВБ вызывает ремонтный персонал.

2 . Замыкания на землю. При устойчивом однофазном замыкании на землю РЗ не отключает выключатель в РП. Устойчивое однофазное замыкание должно быть ликвидировано быстро, так как оно может перейти в двух- и трехфазное, а от появившейся электрической дуги могут возникнуть перенапряжения, которые приводят к повреждению оборудования и пробоя других участков сети. Однофазное замыкание на землю в сети генераторного напряжения должно быть отключено в течение 2 часов. Возникновение замыкания на землю можно определить по срабатыванию земляной сигнализации в РП, сообщению дежурного персонала ЦП, отметившего появление замыкания по приборам контроля изоляции, по срабатыванию устройств сигнализации на землю питающих линий и по сигналу работы дугогасящей катушки (при ее наличии на ЦП). ОВБ обследует работу устройств земляной сигнализации и принимает меры к отключению поврежденного направления. После определения поврежденного направления, определяют место повреждения в сети. Далее как и случае автоматического повреждения отключают неисправные оборудование или линию, восстанавливается схема сети и создается новый эксплуатационный режим.

3. Растяжка кабеля, т.е. обрыв одной фазы без замыкания на землю. Обрыв фазы чаще происходит на низком напряжении. Дежурный персонал узнает об этом по сообщению от потребителей об отсутствии напряжения. Бригада приступает к отысканию места повреждения и принимает меры к восстановлению питания потребителей.

4. Перегорание плавких вставок предохранителей в ТП. Получив сообщение потребителей об отсутствии напряжения, дежурный диспетчер по схеме выясняет от какой ТП питаются электроэнергией потребители и направляет дежурную оперативную бригаду в это ТП. Персонал бригады производит осмотр и выявляет перегоревший предохранитель. Сгорание плавких вставок предохранителей на одном из участков сети может произойти из-за длительной или кратковременной перегрузки, короткого замыкания в сети или обмотках трансформатора, отсутствия надлежащего контакта, старения или надлома плавких вставок предохранителей, неправильной установки предохранителей по номинальному току плавкой вставки. ОВБ заменяет предохранитель и выявляет причину его перегорания.

Во время ликвидации ненормальных режимов при невозможности заранее определить всю последовательность операций, диспетчер выдает бригаде, выполняющей переключения, задание по частям или пооперационно. Последовательность операций с указанием времени их выполнения записывается в оперативном журнале после устранения аварийной ситуации. Переключения при ликвидации аварий выполняются в том же порядке и последовательности.

Отыскание места повреждения и разработка модели ОП по отысканию повреждения является самостоятельной задачей и в данной работе не рассматривается. Выполнение самих переключений в ячейках подстанций и операций с приборами по определению поврежденного места уже заложено в базу знаний по ячейкам и может быть дополнено при написании соответствующих функций.

2.3. Общая структурная схема блока формирования последовательности оперативных переключений для АСДУ РЭС

Для выполнения переключений оперативно-диспетчерский персонал должен

знать:

- как необходимо выполнить подготовку схемы сети по ремонтной заявке, какие учесть условия, как подготовить рабочее место;

- как выполняются переключения в распределительной сети, как и при каких условиях возможен перенос делений в сети;

как выполнить операции в ячейках (на присоединениях) подстанций; порядок действий по переключению отдельных коммутационных аппаратов и устройств РЗиА.

Выполнение оперативных переключений является сложной задачей, для решения которой необходимы знания схемы сети, оборудования подстанций, уставок РЗиА, правил по переключениям. Значительное упрощение в понимании сложных задач достигается за счет образования иерархической структуры из абстракций.

Автором были выделены 4 уровня иерархии информации, для которых разработаны следующие базы знаний и алгоритмы:

1. Уровень заявки включает алгоритмы построения программ переключений на специально разработанном макроязыке для описания последовательности действий, которые отражают знания о способах и условиях выполнения заявок и необходимые мероприятия по подготовке рабочего места.

2. Уровень схемы представляет собой продукционную модель, описывающую основные принципы подготовки схемы распределительной сети, условия и способы переноса делений, критерии для выбора оптимальной последовательности действий.

3. Уровень присоединений содержит БЗ о правилах переключений в ячейках на подстанциях. БД о топологии сети, нагрузках и установленном оборудовании

4. Уровень коммутационных аппаратов и устройств РЗиА содержит БЗ о правилах переключений отдельных КА и устройств, а также данные, характеризующие коммутационную способность аппаратуры, например, токи включения и отключения КА, уставки по току и времени для защит и автоматики и т.п.

Иерархическое разделение информации на уровни заявки, схемы, присоединения, отдельных КА и устройств позволяют получить последовательности действий различной степени конкретности для разных этапов принятия решения и разной квалификации персонала.

На уровне заявки задание на переключение анализируется в приложении к конкретной ситуации в сети, рассматриваются условия выполнения заявки, особенности подготовки рабочего места и проведения работ. Составляется план выполнения заявки представляющий собой, описание недетерминированного алгоритма действий с конечным числом шагов и альтернатив. План включает разделы подготовки схемы и подготовки рабочего места.

На уровне схемы анализируется и уточняется план подготовки схемы сети со всеми альтернативами, рассчитываются критерии для их анализа и выбирается однозначная последовательность действий (та или иная ветка недетерминированного алгоритма действий) в режиме диалога или автоматическом режиме с заранее заданными настройками (режим по умолчанию). В процессе выбора последовательность действий может быть изменена, скорректирована, оптимизирована. Когда найден удовлетворяющий требованиям диспетчера вариант перехода схемы сети в новое коммутационное состояние, то, используя базу данных по присоединениям, составляется бланк переключений по форме, установленной на предприятии РЭС. Дополнив последовательность операций бланка переключений данными по порядку действий с конкретными КА и устройствами РЗиА, получим подробную последовательность действий электромонтера оперативно-выездной бригады (ОВБ). В режиме устранения аварийной ситуации в сети последовательность действий оперативного персонала заранее неизвестна, БП не составляются. По указанию диспетчера или других программных блоков АСДУ

(советчика диспетчера в послеаварийиых режимах) о необходимости включения или отключения определенных присоединений может быть получена подробная последовательность действий персонала ОВБ с соблюдением правил техники безопасности (ТБ). Общая структурная схема программного блока формирования последовательности ОП приведена на рис. 2.2.

2.4. Выводы

1. На основе обзора схем электроснабжения определены факторы, влияющие на выполнения ОП, выделены типовые схемы распределительных сетей и типовые схемы подстанций напряжением 6/10/0.4 кВ, различные с точки зрения выполнения переключений. Определены принципы построения и алгоритмы срабатывания систем автоматического включения резерва.

2. Изучение номенклатуры работ оперативно-диспетчерского персонала позволило выделить типовые работы при переключениях в распределительных сетях. Разделены плановые и аварийные переключения. При рассмотрении ремонтных заявок на предприятиях сетей выделены типовые переключения для РЭС:

отключение/включение распределительной линии, отключение/включение питающей линии, отключение/включение секции (луча) ТП или РП.

3. Проведено иерархическое разделение информации для задачи оперативных переключений на 4 уровня:

- уровень заявки-знание как подготовить схему сети и рабочие места для выполнения заявки;

схемы- знания как выполнять переключения в распределительной сети; присоединения - правила переключений и выполнение операций с присоединениями на подстанциях;

отдельного КА или устройства РЗиА - правила оперативных действий с КА и устройствами автоматики, переключения КА, действия с РЗиА.

Рис.2.2 Структурная схема системы формирования бланков ОП в АСДУ РЭС

4. Разбиение информации на уровни иерархии позволяет получить последовательности действий при переключениях разной степени конкретности для разной квалификации персонала.

5. Разработана структурная схема программного блока формирования бланков переключений в составе единой АСДУ РЭС.

3. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРАВИЛ ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ В РЭС

Методы формализации знаний о схеме распределительной сети и правила выполнения операций переключений основаны на теоретико-множественной реляционной модели данных, поддерживаемой стандартными системами управления базами данных (СУБД) [1]. Модель представления проблемной области содержит базу данных о схеме соединений электрической сети, её оборудовании, базу знаний по производству операций на присоединениях РУ подстанций (в ячейках КА), базу знаний для переключений отдельных КА и устройств РЗиА.

3.1. Информационная модель системы формирования последовательностей

оперативных переключений

Для анализа проблемы формирования последовательностей оперативных переключений был использован объектно-ориентированный подход, который наиболее подходит для создания хорошо структурированных и более открытых сложных систем [4]. Методология объектно-ориентированного анализа предполагает создание информационной модели, описывающей основные концептуальные сущности в терминах объектов и атрибутов, моделей состояний, задающих поведение объектов проблемной области, и моделей процессов, отражающих действия объектов и взаимодействия между ними.

Рабочими продуктами 00А являются [51]:

1. Информационная модель

2. Описания объектов и атрибутов

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Сипачева, Ольга Вячеславовна

Выводы

1. На основе анализа существующих алгоритмов автоматизированного формирования последовательности ОП в электрических установках сделано заключение о необходимости разработки специализированных алгоритмов решения данной задачи, ориентированных на использование в распределительных электрических сетях.

2. Проведен анализ типовых схем распределительных электрических сетей и номенклатуры работ оперативно-диспетчерского персонала РЭС и на их основе формализованы правила переключений в ячейках ТП и РП РЭС.

3. Разработана информационная база знаний по структуре и параметрам РЭС, ориентированная на решение задачи автоматизированного формирования бланков оперативных переключений.

4. Проведено разбиение информационной задачи оперативных переключений по уровням иерархии: электрическая сеть - ячейки распределительных устройств - коммутационные аппараты и устройства РЗиА.

5. На основе продукционной модели табличного типа разработаны алгоритмы автоматизированного формирования последовательности ОП в РЭС для наиболее часто встречающихся типовых переключений:

- перенос деления в сети;

- вывод в ремонт распределительной линии;

- вывод в ремонт питающей линии;

- отключение секции РП или ТП.

6. Разработан специализированны П макроязык для описания алгоритмов формирования последовательности оперативных переключений в РЭС.

7. Все разработанные алгоритмы программно реализованы и опробованы на реальных схемах распределительных сетей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- проведено иерархическое разбиение информации, необходимой для выполнения ОП на уровни абстракции: электрическая сеть, ячейки РУ подстанций, отдельные КА и устройства РЗиА, позволяющее получить последовательность действий разной степени конкретности;

- на основе анализа типовых схем и номенклатуры работ персонала РЭС формализованы правила переключений присоединений РУ, коммутационных аппаратов и устройств РЗиА подстанций РЭС, разработаны соответствующие базы знаний;

- построена информационная модель распределительной сети на основе использования методов объектно-ориентированного анализа;

- разработаны алгоритмы автоматизированного формирования ОП в РЭС и макроязык описания последовательности действий оперативного персонала распределительных сетей.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Разработана информационная модель и БД распределительной электрической сети, позволяющая вести учет оборудования, потребителей, устройств РЗиА на предприятиях электрических сетей.

2. Разработанные модели и алгоритмы формирования последовательностей переключений программно реализованы в едином комплексе АСДУ РЭС и позволяют получать бланки переключений для любой распределительной электрической сети напряжением 6-10 кВ.

3. Модель принятия решения блока формирования БП может быть использована как система поддержки принятия решения по ремонтным заявкам для диспетчеров распределительных сетей, а так же как обучающая система для оперативно-диспетчерского персонала РЭС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сипачева, Ольга Вячеславовна, 1998 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Башлыков A.A. Проектирование систем принятия решений в энергетике.- М.: Энергоатомиздат,- 1986.-216 С.

2. Башлыков A.A., Еремеев А.П. Экспертные системы поддержки принятия решений в энергетике. - М.: Издательство МЭИ,- 1994.-213 С.

3. Белкин А.Р., Левин М.Ш. Принятие решений: комбинаторные модели аппроксимации информации,- М.: Наука.-1990.-160 С.

4. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения. - Киев: Диалектика,- 1992.-514 С.

5. Волчков К.К., Козлов В.А. Эксплуатация сооружения городской электрической сети,-Л.: Энергия. -1979.-330 С.

6. Герман О.В. Введение в теорию экспертных систем и обработку знаний.- Минск: ДизайнПРО.-1995.-255 С.

7. Гудман С., Хидетниеми С. Введение в разработку алгоритмов. - М.: Мир. - 1981.366 С.

8. Автоматическое управление переключениями на подстанции 500/220 кВ Пермской ГРЭС / В.Г. Дубовой, В.Е. Поляков, B.C. Черненко, Е.Г. Штейнфер // Электрические станции - 1992,- № 10.-С. 66-70.

9. Ситуационное логическое управление переключениями в распределительных устройствах высокого напряжения / В.Г. Дубовой, В.Е. Поляков, B.C. Черненко, Е.Г. Штейнфер // Электричество,- 1994,- № 2.-С. 24-28.

10. Дубовой В.Г. Блокирование неправильных команд в электроустановках // Электричество,- 1996,- № 3. - С.9-14.

11. Дубовой В.Г. Моделирование переключений в электроустановках // Электричество,-1996.-№ 11.-С. 1-9.

12. Дубовой В.Г. Теория оперативных переключений в электроустановках // Электричество,- 1997,- № 8.-С. 2-12.

13. Интеллектуальные информационные системы в управлении эксплуатацией энергетического комплекса / А.Ф. Дьяков, Ю.Я. Любарский, Ю.И. Моржин, В.Г. Орнов, М.Г. Портной // Электричество,- 1994,- №2.-С. 1-4.

14. Еремеев А.П. Экспертные модели и методы принятия решений.-М.: Издательство МЭИ,- 1995.-110 С.

15. Еремеев А.П. О трансляция таблиц решений // Программирование,- 1981,- №1.-С. 48-57.

16. Инструкция по производству переключений в МКС Мосэнерго.- М.: Московская кабельная сеть,- 1994.-127 С.

17. Искусственный интеллект. Кн. 2: Модели и методы: Справочник / Под ред. Поспелова Д.А. - М.: Радио и связь,- 1990.-304 С.

18. Калянов Г.Н. CASE структурный системный анализ (автоматизация и применение). -М.-.ЛОРИ,- 1996.-242 С.

19. Козлов В.А., Билик Н.И., Файбисович Д.Л. Справочник по проектированию электроснабжения городов - Л.: Энергоатомиздат.-.1986.-255 С.

20. Козлов В.А. Городские распределительные электрические сети. - Л.: Энергия.-1982.-274 С.

21. Коротков Г.С., Членов М.Я. Ремонт оборудования и аппаратуры распределительных устройств. - М.: Высшая школа.- 1990,- 270 С.

22. Кристофидес Н. Теория графов.Алгоритмический подход.- М.: Мир.- 1978.- 420 С.

23. Кузнецов О.П., Адельсон-Вельский Г.М. Дискретная математика для инженера,- М.: Энергоатомиздат,- 1988.- 480 С.

24. Принципы построения универсального программируемого тренажера оперативных переключений / Ю.Я.Купершмидт, Ю.Я. Любарский, В.Г.Орнов // Электрические станции,- 1982,-№ И.

25. Автоматическое составление бланков переключений для энергообъектов / Ю.Я. Купершмидт, Ю.Я. Любарский, C.B. Машинский // Электрические станции,- 1984,- №9.

26. Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. - М.: Мир,- 1981.- 323 С.

27. Малпас Дж. Реляционный язык Пролог и его применение.- М.: Наука.- 1990.-463 С.

28. Ларичев О.И., Мошкович Е.М. Качественные методы принятия решений- М.: Наука Физматлит.- 1996.-208 С.

29. Любарский Ю.Я. Интеллектуальные информационные системы для автоматизации деятельности и тренажа оперативного персонала в энергосистемах // Электрические станции. - 1994,- №9.-С. 40-49.

30. Экспертные системы для энергетики / Ю.Я. Любарский, В.М. Надточий, P.C. Рабинович, В.Г. Орнов, М.Г. Портной. // Электричество.- 1991,- №1.

31. Экспертная система оперативного рассмотрения ремонтных заявок для АСДУ энергообъединениями / Ю.Я. Любарский, М.Г. Портной, P.C. Рабинович, М.А. Левиуш, Н.П. Князева// Электричество.-1991.- №2.- С. 22-28.

32. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (РД 34.20.501-95).-М.: СПО ОРГРЭС.-1996.

33. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок - М.: Энергоатомиздат.- 1989.-145 С.

34. Автоматизированная расчетно-информационная система для управления распределительными электрическими сетями /И.С. Пономаренко, А.О. Тютюнов, М.А. Калугина, О.В. Дичина, Д.В. Соловьев // Тезисы докладов на всероссийской научно-технической конференции "Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике", 18-20 июня 1996 г.-Чебоксары.- 1996.-С. 131-133.

35. Пономаренко И.С., Дичина О.В. Автоматизированное формирование бланков переключений в задачах АСДУ распределительных сетей // Электрические станции.-1998,-№2.-С. 63-69.

36. Комплексная система автоматизированного управления распределительными сетями АО "Мосэнерго". / И.С. Пономаренко, Е.В. Дубинский, А.О. Тютюнов, О.В. Дичина и др. // Вестник МЭИ,- 1998,- №1.-С. 68-72.

37. Комлексная автоматизированная система диспетчерского управления, учета электроэнергии и контроля ее качества для систем электроснабжения городов / И.С. Пономаренко, А.О. Тютюнов, Д.В. Соловьев, О.В. Дичина // Материалы Всероссийской научно-технической конференции "Городские электрические сети в современных условиях", 22-24 сентября 1998 г.-Санкт-Петербург.-1998.- С. 78-81.

38. Многофункциональный тренажер - советчик диспетчера с динамической моделью энергообъединения / М.А. Рабинович, Ю.И. Моржин, Д.М. Парфенов.// Электрические станции,- 1994,- №9.-С.33-39.

39. Рейнгольд Э, Нивергельт Ю, Део Н. Комбинаторные алгоритмы. Теория и практика -М.: Мир,- 1980,-476 С.

40. Ровенко A.C. Тренажер на базе ПЭВМ - эффективное средство для подготовки оперативного персонала энергопредприятия // Энергетик.-1996.- №6.-С. 23-25.

41. Самойлов В.Д., Березников В.П., Писаренко А.П., Сметана С.И. Автоматизация построения тренажеров и обучающих систем,- Киев: Наукова Думка.- 1989.-200 С.

42. Справочник по проектированию электроснабжения / под. ред. Барыбина Ю.Г. и др. -М.: Энергоатомиздат.-1990.-576 С.

43. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий: Электрооборудование и автоматизация / под. ред. Федорова- М.: Энергоатомиздат.-1981.-624 С.

44. Сулейманов В.Н., Котов И.А. Сети Петри и моделирование продукционных баз знаний для диспетчерского управления электроэнергетическими системами // Энергетика и электрификация.- 1993.- №2. -С. 29-31.

45. Сулейманов В.Н., Котов И.А. Оперативная экспертная система поддержки принятия решений диспетчера энергообъединения // Энергетика и электрификация,- 1994,- №3. -С. 31-36.

46. Сулейманов В.Н., Котов И.А. Комплексный подход к представлению знаний в энергосистемах // Энергетика и электрификация,- 1991.- №1.-С. 52-54.

47. Сулейманов В.Н., Котов И.А. Инструментальная реализация модели продукционного представления знаний // Энергетика и электрификация,- 1991.- №2.-С.53-55.

48. Типовая инструкция по переключениям в электроустановках. - М.: СПО Союзтехэнерго,- 1985.-105 С.

49. Умов П.А. Обслуживание городских электрических сетей - М.: Высшая школа. -1984.-216 С.

50. Фокин Ю.А., Хозяинов М.А. Разработка алгоритма оперативных переключений в электрических системах с использованием ЭВМ // Изв. вузов. Электромеханика,-1988.-№9.-С. 6-10.

51. Шлеер С., Меллор С. Объектно-ориентированный анализ: моделирование мира в состояниях,- Киев: Диалектика,- 1993.-240 С.

52. Barker R. CASE Method. Entity-Realionship Modeling.- New York: Addition-Wesley Publishing Company.-1991.

53. Unterstutzung von Schaltarbeit in Netzleitsystemen / Krai V., Metz D., Michel R.// Elektrizitatwirtschaft.- 1992,-т. 91,-№4.-C.154-156.

54. Network reconfiguration algorithm for automated distribution system based an artifical intellegence approach / Kuyng-Hee J., Hoyang K., Yunseok K. // IEEE Trans. Power. Deliv., 1993.- t.8, №4 C. 1933-1941

55. March C. (ed.) Entity-Relationship Approach.- New York: North Holland.- 1988.

56. Marka D.A., McGovan K.L. SADT: Structured Analysis and Design Technique. -New York: McGraw Hill.- 1988.-240 C.

57. A multitasking software architecture to implement concurrent switching sequences designed with Petri Nets / De Sa J.L. Pinto, Paiva J.P. Sucena // IEEE Trans. Power. Deliv. -1991,-t. 6.-№3.-C. 1058-1064.

58. Practical aspect of distribution automation in normal and energency conditions / Poytelman I., Shahidehpour S.M. // IEEE Trans. Power. Deliv. - 1993.- t.8.- №4,- C. 20022008.

59. Ward P., Mellor S., Structured Techniques for Real-Time System.- New York: Yordon Press .- 1985.

60. Ward P. The Transformation Schema: An Extension of Data Flow Diagramm to Represent Control and Timing. // IEEE Trans, on Software Eng.- 1986.- t. 12,- №2,- C. 198210.