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摘要：继电保护原理图纸是用来指导电力系统工作人员现场工作的重要技术文件，传统的继电保护原理图只能静态地展示现场的接线关系，具体的动作过程需要工作人员自行分析、推演。图纸中各元件间复杂的相关关系及逻辑关系使得识图过程生涩抽象、不易理解，增加了误读、曲解图纸含义的概率，从而影响现场工作质量。文章介绍了一种采用JavaScript脚本语言开发的继电保护原理动态演示系统。该系统实现了继电保护原理动态演示功能，采用可视化技术展示二次回路的动作过程，很大程度上提高了继电保护原理图识图的精益化水平，对电力系统的发展有积极促进作用。
关键词：JavaScript；继电保护原理；动态图纸；软件开发；动态演示
0 引言
电力系统继电保护具有保证电网及电力设备安全稳定、经济运行的重要作用。在电网企业、电厂、电力建设等企业，继电保护原理培训一直都是各单位“人才强企”战略的重点讨论课题，也是贯彻落实国家人才队伍建设总体战略，充分发挥企业培养高技能人才主体作用的重要举措。继电保护原理普遍采用电气图纸表述，因此，快速、正确地识图至关重要。然而，使用传统的静态图纸表述继电保护原理，由于图中各元件间存在复杂的相关关系及逻辑关系，使得识图过程生涩抽象、不易理解，影响读图效率。因此，研发一种能动态演示继电保护原理过程的图纸十分必要。
目前，国内针对继电保护原理动态图纸有不少研究，主要用于保护装置调试、二次设备及回路的理论讲解或仿真回路缺陷查找等等。这些研究重点在于对既定策略的演示，而非图纸中所有元件的智能响应，整体呈现效果差，不可用作现场工作时的指导工具。因此，对于电力系统继电保护原理图而言，如何采用一种先进的动态图纸演示手段反应图纸中所有元件的动作逻辑及响应关系，提高图纸的表现力具有重大的现实意义。
当前，基于计算机程序语言的动态演示系统在电力企业得到广泛应用，效果十分显著，但这些演示系统都是针对事故演习或应急处置，没有针对继电保护原理的动态演示系统，正是基于此，本文介绍了一种基于JavaScript开发的继电保护原理动态演示系统及其应用。
1系统功能介绍
1.1软件构成
继电保护原理动态演示系统的软件构成如图1所示，仿真系统分为基础功能模块与应用模块。基础功能模块由一次网络动态仿真、逻辑框图动态仿真、二次回路动态仿真组成。应用模块由动态演示系统在技术培训及事故分析中的应用组成。
图1 系统软件构成示意图
1.1.1基础功能模块
一次网络动态仿真系统反应了一次设备的接线关系，并提供一次设备的仿真操作功能，用户可以通过鼠标或触摸屏改变一次设备的状态；用户还可以通过故障预设按钮设置一次网络的区内、区外故障，从而影响一次设备的状态。同时，逻辑框图动态仿真或二次回路动态仿真模块中受上述一次设备状态影响的元件也会产生对应改变。基础功能模块间相互关联、状态同步，全方位展示一、二次设备的工作过程，加深用户的理解。
逻辑框图动态仿真用于演示数字式保护装置的逻辑判断过程。模块对逻辑框图中的各元件进行仿真，为每个元件赋予特有属性。例如，输入元件可以被点击改变状态或与一次网络相应设备状态同步；与、或、非门可根据输入自动计算应输出状态；时间延展元件可根据输入状态改变自动计时等等。基于此功能模块可以绘制出动态的逻辑框图，使用该动态图纸，用户可以快速查阅逻辑框图动作过程，节省分析时间，提高识图精益化水平。
二次回路图纸是反应继电保护原理的主要手段，是电力系统施工、故障判断、故障处理的主要作业文件。使用传统的静态图纸表述二次回路原理，由于图中各元件间存在复杂的相关关系及逻辑关系，使得识图过程生涩抽象、不易理解，影响读图效率。为增强图纸的表现力，提高现场识图的精益化水平，本模块对传统静态图纸进行改进。模块采用动态仿真技术，重新定义了图纸元件，为元件添加了自动着色、状态判定、动态刷新等功能，从而使得基于该模块绘制的二次回路图纸具有动态演示功能，将理论原理可视化。
1.1.2应用模块
动态演示系统在技术培训、事故分析中的应用，是基于系统基础功能模块开发的两个综合应用模块。该功能预设了常见的继电保护原理技术培训、事故分析学习任务，用户可以根据需要选择相应的任务进行学习或故障分析。
动态演示系统在技术培训中的应用从用户的角度出发，以适应人的学习习惯为理念。为用户提供了一套互动性极强、支持模拟操作的继电保护原理动态演示自助培训教程。用户在系统的自动引导下进行必要的互动操作后，即可看见逻辑原理动作过程。该自学方法采用互动模拟操作加深学员对逻辑过程的理解，取代传统理论分析方法，节省分析时间，避免分析错误，提高培训的精益化水平。
动态演示系统在事故分析中的应用采用逆向分析方法，结合系统基础模块提供的动作条件查找功能，采用互动操作的方式，引导用户参与分析过程。这种分析方法具有互动性强、过程可视化的特点，使分析过程更直观，更容易被接受。
1.2动态图纸建模
动态图纸绘制是继电保护原理动态演示系统的基础。本系统实现动态图纸绘制的方法是将图纸的常用元件进行分类，并采用面向对象的设计思想，应用JavaScript语言创建各类图纸元件的类。然后通过定义类的属性、函数，实现元件的绘制、状态变化响应及元件间的关联。最后，通过创建类的具体对象，将各元件有机的组合并绘制成继电保护原理动态演示图。该动态演示图中的各元件按每秒60次的频率监听所在回路或对应继电器的状态，根据元件所在回路是否导通、对应继电器是否动作，判定自己的状态，并及时刷新演示图。因此，当回路发生变化时各元件能自动改变状态，实现回路中各元件的自动动态演示。
采用上述技术实现的动态图纸建模，开发人员只需要为新建的元件设置坐标、初始状态等参数即可，避免重复定义、元件定义冲突、漏定义元件等，提高编辑效率。而且，所建图纸模型保持传统CAD图纸绘图风格，符合用户的读图习惯。
2系统的关键技术和创新点
2.1关键技术
2.1.1动态图纸模型定义
系统对动态图纸模型的定义主要考虑以下三个方面的需要。一是仿真，即要按照明仿真对象的物理特性来建模，确保图纸的动作过程与实际设备一致。二是操作，模型需要考虑对用户的互动操作做出正确响应，为系统在技术培训、事故分析中的应用打好基础。三是智能刷新，模型需要考虑元件能自动判定自身状态，并在第一时间根据最新状态刷新显示图像，向用户呈现动态的图纸效果。
2.1.2快速回路计算
要实现图纸的智能刷新，系统必须具备回路快速计算功能，主要考虑两个方面的情况。一是元件状态的自动计算，二是回路状态的计算。元件状态的变化可能影响相关回路的状态，回路状态的变化也可能影响相关元件状态，两者相互影响但在时间上遵从严格的逻辑性，设计计算方法时必须充分考虑。
2.2创新点
系统极具创意地开发了一套动态图纸演示系统，用于班组员工日常培训或现场工作的指导工具。该系统具有以下创新点：1、采用动态图纸代替传统的静态图纸，使继电保护原理过程、元件状态可视化。2、支持用户操作，互动性强、自由度高，帮助用户深入理解学习内容。3、内置技术培训、故障分析应用模块，配有互动自学功能，能有效解决工学矛盾。4、采用JavaScript语言开发，实现跨平台运行，用户可以再电脑、手机上运行，使用便捷、便于推广。
3结束语
该套继电保护原理动态演示系统基于JavaScript语言开发，以动态图纸为载体，使继电保护原理从理论分析转变成过程可视化演示，提高了继电保护原理图纸的表现力。软件操作界面友好，使用方法简单新颖，富有娱乐色彩，能有效提高电气识图的精益化水平。本文系统已投入使用，在培训、现场指导等方面取得了满意效果，值得在电力系统推广。
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论文作者:张克宇
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/4
标签：图纸论文; 动态论文; 元件论文; 回路论文; 演示论文; 系统论文; 继电保护论文; 《基层建设》2017年第36期论文;