基于人机交互模式的电气设备耐压试验方案设计系统(上)

基于人机交互模式的电气设备耐压试验方案设计系统朱云山1，詹长庚2，万书亭2(1.江苏泰州供电公司，江苏泰州225300;2.华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定071003)摘要:电气设备耐压试验是检测电气设备承受过电压的能力的主要方法。通过对耐压试验进行模块化处理，研究了一套基于人机交互模式的耐压试验方案设计系统。首先，从耐压试验的目的出发介绍了耐压试验方案需要达到的一些要求及原则;然后按要求进行了方案设计系统的结构设计，针对总体结构中的各具体部分进行人机交互设计并组合;再通过对整个系统结构搭建耐压试验电气回路平台，在进行方案校验的同时自动生成试验报告;最后通过实例验证该系统的可靠性。实例表明，该耐压试验方案设计系统可以完成相关试验要求，可以帮助实现耐压试验的设计自动化。关键词:人机交互;耐压试验;方案设计;模块化0引言耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度最直接的方法，其实施目的在于发现电气设备中存在的绝缘缺陷，它对于判断电气设备能否投入运行具有决定性的意义，也是保证设备绝缘水平、避免发生绝缘事故的重要手段。工频直接耐压试验方法是电力系统中最常用的，并且是最有效的试验方法［1］。文献［2］介绍了目前常用的XLPE电缆耐压试验技术。谐振原理的耐压试验是目前进行各种交流耐压试验［3］，特别是电缆交流耐压试验的主要手段，按照连接方式的不同，又可以分为串联谐振与并联谐振两种类型［4～7］。在现行阶段，耐压试验的实施方案设计全部是技术人员纯脑力劳动结果:针对被试品的类别和参数;联系库存设备信息;手动搭接试验电气回路;计算所有试验参数。除去工作量的影响之外，在人工搭建耐压试验回路的过程中，由于耐压试验人员往往凭借自身的经验进行耐压试验回路的搭建，使用一些比较熟悉的试验设备，故难以充分利用库存的耐压试验设备实现回路参数的最优化［8］。因此，为了确保各种高压电气设备和线缆的绝缘性能能够在现场安全可靠的运行，减轻耐压试验人员的工作负担，开发可视化耐压试验管理系统具有理论价值和实际意义［9］。本文目的在于研制一套可依靠人机交互达到耐压试验方案设计自动化的系统。首先，从耐压试验的目的出发介绍了耐压试验方案需要达到的一些要求及原则;然后按要求进行了方案设计、系统的结构设计，针对总体结构中的各具体部分进行人机交互设计并组合;再通过对整个系统结构搭建耐压试验电气回路平台，在进行方案校验的同时自动生成试验报告;最后通过实例验证该系统的可靠性。1耐压试验要求及原则1.1试验方案要求(1)通过研制开发可视化耐压试验管理系统，以国家出台的电气设备预试规程为基础，对电气设备耐压试验中各种注意事项进行归纳总结，并在系统中进行体现，替代耐压试验全部由试验人员手工计算的传统模式，提高工作效率。(2)该系统不仅要编制出合理的试验方案，还要注意监视试验过程中各设备的运行情况，防止出现设备损害。同时还要以可视化模块搭接等手段，实现各种接线方式的灵活变化、试验数据的自动计算以及多种试验方案的对比，以优化本项目的实施，将实现方案编制和方案优化自动进行。利用系统的仿真功能保证试验方案的合理性和正确性，确保耐压试验安全、顺利的进行。(3)利用该系统可以提高耐压试验工作的管理水平和工作效率，保证试验方案和试验结果的正确性和合理性，还可以提高电力设备绝缘监督管理工作的监督能力。1.2试验方案原则可视化耐压试验管理系统是面向应用一线的实用性系统，必须做到重视需求，注重实际应用效果，具体建设原则如下:(1)平台化原则。该试验系统的建设不仅应满足目前的需要，还要求能够满足将来该系统在规模上和业务上的扩充，采用分层次、开放式搭积木的办法，满足实际应用需求。(2)先进性原则。该试验系统建设应有一定的前瞻性，系统的计算方法以及功能的实现需要利用先进的软件技术与编程方法。(3)开放性原则。该试验系统的建设要为将来系统的开发提供开放的数据库、数据交换标准，为日后系统间的数据融合奠定一定的基础，并为系统间的各种数据共享提供解决方案。(4)标准化原则。该试验系统的建设应立足于标准化技术与管理规范，采用最新技术标准与规范，为系统的易维护性与易扩展性提供保障，同时也使系统的设计先进可靠。(5)可靠性原则。该系统涉及功能众多，在系统设计过程中应当充分考虑系统的高可靠性以及容错性。(6)易使用原则。界面友好，人性化设计。2方案设计系统的结构2.1方案设计系统的功能特点及总体结构本项目前端开发工具采用的是MicrosoftVisualBasic，后台数据库采用的是MicrosoftOfficeAccess。利用该系统进行耐压试验方案设计时，试验人员可以动态查看各类耐压设备的库存信息以及其具体参数，方便快捷地搭建耐压试验电气回路，并以图形的方式清晰直观地显示出来。同时，系统内还保存历次耐压试验方案的详细记录，试验人员可以直接调出查看并在其基础上进行新试验方案的开发，从而节省大量的时间与精力。该系统的具体功能和特点有以下5点。(1)建立耐压试验设备库供实时调用可视化耐压试验管理系统针对耐压试验设备建立了信息详尽的数据库。试验人员搭建耐压试验电气回路时可以实时调用该数据库，并建立动态的中间数据库。利用该方法可剔除设备库中损坏的或其他不满足条件的设备，将可用的耐压试验设备提供给试验人员，方便其快速高效地完成方案设计。(2)可视化耐压试验回路设计可视化耐压试验管理为试验人员提供了可视化的耐压试验电气回路搭建平台。以此平台为基础，按照耐压试验电压以及被试品的类别和额定容量，试验人员通过调用设备管理数据库，可以手动搭建耐压试验电气回路。电气回路搭建完成后，试验人员利用该平台可以对该回路进行数字仿真，通过查看回路中电气量以及各耐压试验设备的额定参数，检测电气回路搭建的合理性，防止出现设备损坏的情况出现。系统最终可以将完成设计的试验方案以完整的试验报告的形式给出，方便试验人员查阅。(3)耐压试验回路的优化处理针对试验人员提供的耐压试验电压、时间以及被试品的类别和额定容量，系统根据设备数据库可以自动计算出可行的耐压试验电气回路设计方案，然后根据试验人员提出的优化参量可以对这些回路进行重新的计算定位，找到最优化的试验电气回路设计方案，弥足了耐压试验传统手动计算的不足，极大地提高了工作效率。(4)耐压试验记录查询与维护可视化耐压试验管理系统可以对历次的耐压试验进行记录，存储其完整的试验信息，方便日后技术人员的查看。同时，对于耐压试验方案设计复杂的被试品，试验人员可以查找调用类别相同，额定容量相近的其他被试品的耐压试验记录信息，在试验记录原有的基础上进行修改，生成新的可行的试验方案，节省大量的设计时间，提高工作效率。(5)系统管理包括系统用户管理、备份数据库以及恢复数据库，同时还可以实现系统数据以Excel表格的形式导出，方便技术人员的查看。系统的总体结构如图1所示。2.2系统模块基于上述需要，在上述系统总体结构图的基础上，本文将其分为两大模块:信息管理数据库模块和耐压仿真模块。信息管理数据库模块负责提供库存设备信息;耐压仿真模块负责耐压方案生成和仿真电路的搭建。(1)耐压试验设备信息管理数据库模块为了加强耐压试验方案设计过程中与库存可用设备的信息间的交换，实现二者的动态链接，验方案的设计过程中，实时显示耐压试验设备的库存数量、设备的具体参数以及损害程度等信息。参与耐压试验回路搭建的主要电气设备有变频电源、励磁变压器、电抗器、电容器以及被试品。按照这几种设备，数据库划分为对应的5个类模块，同时在类模块的基础上再对应生成一个类过渡模块。类模块中存储的设备信息主要包括设备的购置及其生产厂家信息、电气参数信息、设备的库存数量以及历次使用信息等;类过渡模块存储的信息是对应的类模块信息简化以及筛选后的信息，可为耐压试验方案设计提供信息读取的便利。为了提高信息交换的速率，避免数据流的冲突引起数据丢失，5个类模块各自独立，信息的交换仅仅发生在父子模块内。如图2所示。(2)耐压试验仿真模块在该模块中，试验人员根据耐压试验电压以及被试品的类别和额定容量，可以自主选择合适的耐压试验设备及设备间的连接方式，手动搭接耐压试验电气回路，回路建立好之后便可进行耐压试验的仿真。系统将自动计算试验中设备及各支路的电气参量，并对额定容量不满足要求的设备提出警示，无需试验人员手工计算。在试验方案确定以后，系统可以按照预定的格式，以Word的方式生成一份完整的试验报告，内容包括耐压试验时间、地点、试验方案以及各类设备的电气参量及其在试验过程中的各项电气指标量，例如电流、电压等。2.3系统数据交换设计技术可视化耐压试验管理系统是根据数据库内设备的库存情况，实时搭建耐压试验电气回路，进行耐压试验的数字仿真系统，必须要处理好试验方案设计与设备管理之间的动态数据交换问题。根据耐压试验自身的特点以及多年从事电气设备耐压试验技术人员的实际经验，试验工作主要分为3个部分:一是方案设计，主要是耐压试验电气回路的搭建与仿真;二是试验管理，即整理归纳各种设备信息，收集各种耐压试验方案;三是数据存储，除设计耐压试验所必须的各种耐压试验的参数信息外，另外还要记录历次耐压试验方案设计的详细信息。2.3.1试验系统数据来源可视化耐压试验管理系统的设备详细信息需要人工录入，建立2.2小节中所提及的父模块集合。其数据来源主要有以下几个途径:(1)购买新设备，提供设备参数完善数据库。(2)日常使用设备老化，参数改变，更新数据库。(3)设备损坏、报废，更新数据库。(4)进行耐压试验，向数据库添加设计方案记录，更新数据库。(5)父模块建立之后，系统自动筛选简化，生成设备对应的子模块数据，供耐压试验方案设计使用。(6)耐压试验方案设计完成，退出系统，子模块向父模块回馈信息，更新父模块。