淺談設備樹系統關系圖及應用

戴建軍，龔劍超

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江天臺317200）

淺談設備樹系統關系圖及應用

戴建軍，龔劍超

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江天臺317200）

根據生產管理系統信息化的設備樹，提出一種采用拓樸圖表示設備樹系統內各要素間關系的方法。由此方法可建立一個系統化的設備樹系統關系圖。系統關系圖可以較直觀地表示設備樹系統內各要素的關系。建立完善的設備樹系統關系圖，根據系統功能理清各系統之間及內部關系，有利于促進運維工作的系統化和標準化；有利于建立關鍵點安全措施庫和系統危險點預控庫；或通過軟件可以重點突出某特定范圍設備系統內各功能完成的過程及關鍵點。

設備樹；系統關系圖；系統化

0 前言

電力系統是一個由相互作用和相互依賴的大量電氣及相關設備結合成的發電、變電、輸電、配電和用電相結合的電網有機整體。發電廠作為發電功能的實現單元，是由發電設備按特定關系和要求結合而成的電力系統子系統。根據一般系統論，發電廠系統也具有整體性、關聯性、層次性和統一性的特征。本文僅討論發電廠系統設備信息化管理的設備樹的系統特性。

1 發電廠系統設備樹的系統關系描述需求

隨著設備信息化管理的發展，設備樹信息的日益完善，發電廠系統的構成要素的統計情況基本能達到全面性的要求，并以設備樹的形式表現出來。

由此，對發電廠系統構成要素的關系的分析的需求逐漸突顯出來。

而發電廠系統構成的設備具有封閉、穩定的特征，且設備功能具有明確的相互關系，這就意味著設備的功能相對明確、無歧義。

這就使我們對發電廠設備關系的描述中采用功能為線索的方式具有一定基礎。

因此，通過對設備樹各要素的關系的分析，當我們把設備樹各要素的功能用特定關系線聯結起來時，我們可以得到一個系統關系圖。發電廠系統設備樹的系統關系圖是表示發電廠系統各要素關系的拓樸圖。

2 設備樹的系統化特性

2.1.體性

系統中各要素的特定組合或結構關系也是系統組成的要求之一，僅表示系統各要素并不能完全表示全系統。生產管理系統的設備樹由發電廠的各個生產相關的系統組合而成，各系統執行電力生產相關的某個或某幾個方面，其綜合功能完成了發電廠生產檢修運行整體功能，因此這個設備樹具有整體性，即對系統的結構有明確的要求。

2.2.聯性

關聯性是指系統與其子系統之間、系統內部各子系統之間和系統與環境之間的相互作用、相互依存和相互關系。由于電力系統設備及環境的相對封閉的特點，系統的關聯性主要表現在系統與其子系統之間和系統內部各子系統之間的關系，這類關系反應了系統功能的實現，而系統與環境之間的關系則主要反應了系統的穩定性。

2.3.次性

一個系統總是由若干子系統組成的，該系統本身又可看作是更大的系統的一個子系統，這就構成了系統的層次性。生產管理系統的設備樹的層次性體現在發電廠的各子系統均具有一定同型性，或者具有相似的表現、或者具有近似的原理、或者具有相近的目標功能解釋，可向上歸斂收束到相對集中的大系統中，并共同完成電力生產的總體目標。如監控系統及其子系統在表現形式上同樣具有輸入/輸出系統、邏輯處理系統、人機交互界面等組織結構。

3 設備樹系統關系圖的系統化特性

系統關系圖就是把標注要素系統功能的要素框分層分布在系統框圖中，并由特定關系連接線連接系統各要素系統功能，以描述系統關系的拓樸圖。

3.1.統關系圖的整體性

設備樹系統關系圖的整體性表現在相關功能的承續特性和組織結構的完整性和同型性。在實際設備上，反應于設備系統為明確功能目標實現而組織的設備狀態數據采集、系統控制判斷和系統控制執行功能模塊，對于自動化設備還應包括反饋機制。對應于發電的總體功能，發電設備組合十分嚴密，尤其是一次主系統和機械系統，各組成部分息息相關，在特定運行條件下，設備只能作為一個整體來看。這部分系統構成，在系統關系圖中以特定層次給以表示，這里命名為主系統運行層。即系統關系圖中的主系統運行層其實是一組不宜分割的設備的集合，是一個完整功能實現的整體。

3.2.統關系圖的關聯性

設備樹系統關系圖的關聯性表現在相關系統的關系均由關系連接線表示，同時由關系連接線表示出兩者間關系的性質、方向。設備樹系統關系圖的關系連接線在實際設備上對應于設備間的電纜、光纜和各類油、水、氣管路。關系連接線初步可分為信息傳導、使能和執行兩類。兩類關系連接線均帶有方向，如信息傳導從信息發送端指向信息接收端，部分信息傳導為互相收發信息的，也可以畫作雙向箭頭表示。

3.3.統關系圖的層次性

對應于運行維護工作實踐，設備樹系統關系圖按人工的干預程度，可分別分層：

（1）設備運行狀態

1）主系統運行層：發電設備運行時不可進行操作、維護的電氣主設備構成主系統運行層。主系統運行層的設備在設備運行狀態時主要關注設備的整體性，屬于運行維護的黑箱部分，不是系統關系圖的關注重點，因此，設備主體可根據主設備構成進行大范圍的合并。主系統運行層是設備樹系統控制的信息采集源頭，是系統功能實現的信息采集層，同時也反饋系統控制指令執行的結果。主系統運行層是自動控制系統的被控元件和測量元件的集合體。

2）自動控制系統層：發電設備運行時可通過自動控制元件間接進行操作、維護的電氣控制回路設備構成自動控制系統層。自動控制系統層的設備在設備運行狀態時主要關注設備的測量和控制功能實現，屬于間接運行維護設備，是系統關系圖功能實現的核心，設備關系連接十分細致。自動控制系統層是系統功能實現的控制層。自動控制系統層是自動控制系統的控制元件和測量元件的集合體。

3）手動控制系統層：發電設備運行時可直接進行操作、維護的回路和元件構成手動控制系統層。手動控制系統層的設備在設備運行狀態時可直接人工干預，是實際控制指令的執行層。一般情況下，可以認為手動控制系統層是在系統高度自動化的同時，仍需保留的手動控制回路和人為干預系統的其他手段。手動控制系統層是自動控制系統的執行元件和測量元件的集合體。

（2）設備檢修狀態

由于設備處于檢修狀態時，不存在主系統運行層這種不宜分割的設備集群，系統的功能線索也不能直接套用，因此，設備檢修狀態時僅對各子系統檢驗或試驗的系統進行分析。這部分內容不在本文中詳細討論。

1）主系統運行層：設備檢修狀態時各子系統檢驗或試驗的主體系統設備構成主系統運行層。

2）自動控制系統層：設備檢修狀態時各子系統檢驗或試驗的自動控制功能設備構成自動控制系統層。

3）手動控制系統層：設備檢修狀態時各子系統檢驗或試驗的實際控制指令的執行設備構成手動控制系統層。

（3）通過上述討論可知：設備樹系統關系圖分為三層，既對應了人工干預程度，又分別對應系統主體的信息采集功能、控制功能和反饋執行功能等。電力系統的自動控制系統中存在大量相似的同型系統。

4 設備樹系統關系圖的繪制

4.1.統關系圖的層次及設備框圖的要求

首先，設備樹系統關系圖的繪制需要確定設備的層次位置及設備所具有的功能。設備層次根據設備受人工干預程度確定，在一定程度上反應了運行維護在各層的工作側重點。

（1）對于主系統運行層：由于本層強調的是系統的整體性，對系統功能的信息采集有較詳細的要求，而對設備物理組成的細節不太關注，因此，在設備框圖中應盡可能合并相關設備范圍，并且對信息采集的功能應盡量分類標明。

（2）對于自動控制系統層：由于本層是系統控制功能的核心，對于系統功能的實現的關聯性的表現最為直觀，相關設備之間的關系也最復雜，因此，應盡可能分解相關設備組成和功能，從而明確系統控制功能的核心元件。對于自動控制系統層的核心控制功能，應以特定方式歸納標示，如采用紅色框表示。

（3）對于手動控制系統層：由于本層是控制指令的執行層，分解本層的關系可以細化控制指令執行過程，對事故處理和故障消缺具有積極意義，因此，應盡可能分解設備功能實現的過程。

（4）由于分層的原因，大量設備屏柜在不同層同時存在，應縱向對齊排列，明確為統一的主體，必要時以虛線框標示。

4.2.統關系圖的關系連接線的要求

其次，設備樹系統關系圖的繪制需要確定各設備間的關系，并以適當的關系連接線表示出來。由于系統關系統圖的關系連接線在實際設備上對應于設備間的電纜、光纜和各類油、水、氣管路，在實際關系連接線確認時，也應同時確認所對應的物理連接及相應控制措施要點。

（1）對于主系統運行層：本層的主要關系為信息采集和控制指令執行，與本層相連的關系連接線主要表現：一是指向自動控制系統層的信息傳導關系，即CT、PT、溫度、壓力等測量采樣的傳感器連接線纜和管路；二是執行元件影響主系統的最終連接關系，即開關、閘刀、導葉、球閥等。

（2）對于自動控制系統層：由于本層是系統控制功能的核心，關系連接線形式也最復雜多變，在有條件的情況下，一是應盡可能地分解設備關系的性質分類，對狀態采集信息傳輸，經變換的信息數據傳輸，控制指令傳輸，電源連接等各類性質的關系分別設定不同形式（如線型）的關系連接線，二是應盡可能地分解設備關系的功能分類，對調速功能，電壓調節功能等各類功能的關系分別采用有別于性質的不同形式（如顏色）的關系連接線。

（3）對于手動控制系統層：由于本層是控制指令的執行層，凡指向本層的系統連接線，包括自動控制系統層指向本層和本層之間的系統關系均為使能和執行關系。

4.3.統關系圖的圖例

以下圖1為發電廠系統關系圖的監控系統與保護系統關系的部分簡化示例。

圖1.控系統與保護系統關系的部分簡化示例

5 設備樹系統關系圖的應用

設備樹系統關系圖的建立，可以對設備樹系統化提供一個全面系統的分析平臺，對提高設備信息化管理具有積極意義。

（1）可以根據系統功能理清各系統之間及內部關系，促進運維工作的系統化和標準化。

系統關系的本質聯系是反應在系統功能上的，但設備運維的實踐是對應于實際物理設備主體的，因此框圖化的物理設備主體和設備框內功能子框的組織形式是一種有效的設備關系表示形式，一方面可以明確全系統的功能連接關系，另一方面也把相應設備屏柜框住的功能及相關聯系突顯出來。通過系統關系圖的分析，讓運維工作人員直觀了解此設備是做什么用的，能影響哪些設備，能被哪些設備影響。系統關系圖對設備運維系統化的基礎工作有良好的促進作用。

一個完整全面的系統關系圖，是一個相對穩定的系統結構，在主設備或相關控制設備更換、改造的情況下，系統關系也基本不會發生大的變化，基本上只是命名、編號的變動，只有極少數涉及原理的改動，才會影響到系統關系圖。因此，在針對系統關系圖建立的系統標準化作業過程，在相當程度上具有普遍意義，對設備運維的標準化作用較大。

（2）可以由系統關系圖列出系統分界點及相關隔離措施，建立關鍵點安全措施庫和系統危險點預控庫。

系統關系圖理清了系統的各種聯系，同時也就能較快地把各種連接關系的主次及相關控制措施整理出來。并且由此整理的安全措施具有全面、主次分明以及可以分級控制的特點，在某一功能系列上，不僅可以列出全部的關聯點，可以分出影響到系統主體的主要功能的關聯點，還可以由某一特定功能，追朔到上級甚至更上級的控制關系部分，引入多級風險控制的機制。

在加強系統與環境關系的分析，以及加強檢修狀態下的系統關系的分析的情況下，系統關系圖也可以用在危險點預控上，而且由此建立的危險點預控庫也比較容易做得全面。

（3）通過軟件可以重點突出系統關系圖的關注部分。

由于全面的系統關系圖是一個龐大復雜的網狀結構，系統關系圖難以在少量圖紙上主次分明、各種形式關系分類明確，關系連接線的起止和相關控制措施要點詳細明確地表現出來，因此，系統關系圖宜采用子系統分解后分別建立子系統關系圖，層層組織合并，最終統一組合分析的方式構建。由此建立的系統關系圖，也難以直接讀大圖的方式解讀，而是需要通過軟件，選定關注范圍，對所關注的范圍臨時分解出需要的系統關系圖子圖，以重點突出系統關系圖的關注部分，屏蔽無關信息。

采用這種方式解讀的系統關系圖在使用和本圖維護更新上更加便利，也更容易與生產管理系統對接。

6 小結

設備樹系統是發電廠生產管理系統的重要組成部分，一個有效的設備樹系統關系圖能大大提高設備樹在生產管理實踐中的利用率，加強生產管理過程中的風險預控和設備管理標準化實施。設備樹系統關系圖，是具有一個核心和幾條主干的多層復合網狀結構，是一個設備網系統，能相對全面地反應發電廠系統的功能及實現過程。因此，深入研究發電廠設備系統關系圖，具有重要意義。

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[3]龔劍超.淺談設備管理信息化需求[J].水電站機電技術，2015,38（11）:61-64.

TP393

B

1672-5387（2017）09-0080-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.09.028

2017-06-19

戴建軍（1970-），男，高級工程師，從事電氣二次管理工作。