配電網(wǎng)繼電保護(hù)圖形化整定管理軟件的構(gòu)建與應(yīng)用

吳 贇,溫興文,刁 昶,魯利枝,李 麗

(1.上海市電力公司奉賢供電公司,上海 201400;2.北京中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司,北京 100085)

0 引言

上海電網(wǎng)擔(dān)負(fù)著為國際化大都市提供安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、可靠電能的神圣使命。隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展,配電網(wǎng)的規(guī)模正在不斷擴(kuò)大,接線方式和運(yùn)行方式日趨復(fù)雜,繼電保護(hù)整定工作也越來越繁重,目前還在采用的手工整定方式,不僅工作量大繁瑣,并且容易產(chǎn)生人為誤差。

配電網(wǎng)繼電保護(hù)整定的研發(fā)目的,就是使繼電保護(hù)工作人員從繁瑣的手工計(jì)算中解放出來,從而提高整定工作的效率和整定計(jì)算的正確性。

目前,較為成熟的繼電保護(hù)整定軟件,大多用于110 kV及以上的高壓電力系統(tǒng),還不能很好地適應(yīng)電壓等級(jí)較低的低壓配電網(wǎng)[1-2]。因此,從電網(wǎng)繼電保護(hù)工作的實(shí)際需要出發(fā),研究設(shè)計(jì)適合配電網(wǎng)繼電保護(hù)的圖形化整定管理軟件,十分迫切和具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。與生產(chǎn)管理系統(tǒng)(PMS)相結(jié)合的電網(wǎng)整定計(jì)算軟件系統(tǒng),已在奉賢供電公司應(yīng)用,并取得了顯著成果。

1 與PMS結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前奉賢電網(wǎng)運(yùn)行的多種電力軟件系統(tǒng),還存在著系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)不能進(jìn)行交互等問題,如果在軟件設(shè)計(jì)上采用傳統(tǒng)的整定計(jì)算模式,勢必浪費(fèi)已有資源,進(jìn)行重復(fù)建模和生成拓?fù)?。于?設(shè)計(jì)將整定軟件與奉賢電網(wǎng)使用的PMS相結(jié)合,通過兩者的數(shù)據(jù)交互,開發(fā)了1套能夠充分利用資源、節(jié)省勞力并且能夠很好地完成傳統(tǒng)整定計(jì)算功能的整定軟件系統(tǒng)。

1)權(quán)限分配 系統(tǒng)設(shè)置從PM S中登錄整定系統(tǒng),登錄人的電網(wǎng)整定功能權(quán)限在PMS中設(shè)置,整定系統(tǒng)通過調(diào)用PM S用戶信息,獲取登錄人的信息及其權(quán)限。

2)系統(tǒng)建模 奉賢電網(wǎng)現(xiàn)有的PMS,數(shù)據(jù)庫中存放著大量電力設(shè)備的模型和拓?fù)潢P(guān)系,其數(shù)據(jù)的可重復(fù)利用性很強(qiáng),基于此,繼電保護(hù)故障分析整定管理及仿真系統(tǒng),提供了基于 IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)[3]的CIM模型的數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能,可以將符合此標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù),無縫結(jié)合到整定計(jì)算系統(tǒng)中。除此之外,對于PMS中不符合IEC 61970標(biāo)準(zhǔn),但整定計(jì)算系統(tǒng)中需要的數(shù)據(jù),系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)直連的方式進(jìn)行交互。

3)功能模塊設(shè)計(jì) ①圖形繪制模塊。系統(tǒng)只考慮對110 kV及以上的圖形由整定系統(tǒng)單獨(dú)繪制以及維護(hù)。而對35 kV及10 kV整定計(jì)算模型整定系統(tǒng)不進(jìn)行圖形建模,只采用臺(tái)賬錄入模式。其中,兩系統(tǒng)間的設(shè)備臺(tái)賬索引,對照采用人工方式手動(dòng)關(guān)聯(lián)。②參數(shù)輸入模塊。短路計(jì)算或整定計(jì)算需要用到的各個(gè)設(shè)備參數(shù),如果已經(jīng)在PMS臺(tái)賬中存在的設(shè)備,由PMS提供相應(yīng)的接口,供電網(wǎng)整定計(jì)算系統(tǒng)調(diào)用;新設(shè)備的整定,參數(shù)的輸入也由PMS實(shí)現(xiàn),再由電網(wǎng)整定計(jì)算系統(tǒng)在計(jì)算時(shí)調(diào)用。

4)數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)在公共數(shù)據(jù)交互區(qū)表空間內(nèi),創(chuàng)建公共數(shù)據(jù)交互表,以實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。公共數(shù)據(jù)交互表包括:工作聯(lián)系單設(shè)備參數(shù)表、定值單數(shù)據(jù)交互表、設(shè)備臺(tái)賬索引對照表。計(jì)算定值單和計(jì)算稿在提交流程后保存至公共數(shù)據(jù)交互表中。PM S根據(jù)設(shè)備臺(tái)賬索引對照表的檢索關(guān)系對數(shù)據(jù)在線進(jìn)行檢索和查詢應(yīng)用。

2 系統(tǒng)功能

2.1 系統(tǒng)建模

2.1.1 圖形建模

系統(tǒng)對110 kV及以上的圖形支持圖形化建模。圖形中的圖元對應(yīng)著電網(wǎng)中實(shí)際設(shè)備,圖元屬性的錄入就實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的參數(shù)錄入。圖元對象封裝了圖形屬性和電氣屬性,而電氣屬性則定義了完整的字段描述。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行建模,圖形建模包括電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系、電氣元件的原始參數(shù)及標(biāo)幺參數(shù)和保護(hù)功能的配置[5]。

網(wǎng)絡(luò)的物理模型建立后,圖形不僅具有分區(qū)分層顯示功能,還可以按照電網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)和區(qū)域結(jié)構(gòu)建立電網(wǎng)資源樹。電網(wǎng)資源樹與電網(wǎng)圖形動(dòng)態(tài)連接,實(shí)現(xiàn)資源樹導(dǎo)航、定位功能等,其特點(diǎn)是操作智能、界面友好,為用戶提供了簡單實(shí)用的建模平臺(tái)。

2.1.2 臺(tái)賬建模

短路計(jì)算或整定計(jì)算需要用到的各設(shè)備參數(shù),已經(jīng)在PMS臺(tái)賬中存在的設(shè)備,GRS系統(tǒng)直接從數(shù)據(jù)庫獲取相關(guān)設(shè)備參數(shù);新設(shè)備的整定,在工作聯(lián)系單中附加新設(shè)備的參數(shù),通過PM S實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)從工作聯(lián)系單中提取相關(guān)設(shè)備參數(shù),完成設(shè)備建模。兩系統(tǒng)間的設(shè)備臺(tái)賬索引對照,采用人工方式手動(dòng)關(guān)聯(lián)。

2.1.3 參數(shù)輸入維護(hù)

系統(tǒng)可查詢、輸入、修改整定計(jì)算所涉及的所有設(shè)備參數(shù)?？芍苯虞斎牖蚋鶕?jù)有關(guān)PMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲得故障計(jì)算和整定計(jì)算所需的各種電氣元件的正負(fù)、零序標(biāo)幺值與有名值數(shù)據(jù),包括發(fā)電機(jī)、外部等效系統(tǒng)、線路、兩繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器、電抗器、分裂電抗器、電容器、所用變壓器、接地變壓器和電動(dòng)機(jī)。

統(tǒng)一基準(zhǔn)下的設(shè)備標(biāo)幺參數(shù),可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)庫數(shù)據(jù)理論計(jì)算和實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算互相印證校驗(yàn),確保設(shè)備數(shù)據(jù)的正確性。

2.1.4 保護(hù)配置管理

保護(hù)配置分為保護(hù)裝置的配置、保護(hù)功能的配置以及二次設(shè)備參數(shù)的配置。

1)可將建立的某種型號(hào)的保護(hù)裝置,配置到被保護(hù)對象,并可在圖形上顯示線路、主變及母線的保護(hù)配置情況。

2)可將與保護(hù)裝置型號(hào)無關(guān)的,由保護(hù)原理決定的保護(hù)類型,如階段式距離保護(hù)、階段式零序電流保護(hù)功能配置到被保護(hù)對象,并可在圖形上顯示保護(hù)定值。同時(shí),還可根據(jù)功能設(shè)置,選擇電流互感器(TA)變比以及是否顯示靈敏系數(shù)。

3)可配置對應(yīng)設(shè)備的 TA和電壓互感器(TV)變比。

2.2 故障分析

2.2.1 故障分析算法

電力系統(tǒng)故障分析、故障計(jì)算是繼電保護(hù)整定計(jì)算和繼電保護(hù)定值校驗(yàn)的基礎(chǔ)[4]。基于PMS數(shù)據(jù)的電網(wǎng)整定計(jì)算軟件系統(tǒng)對算法進(jìn)行了優(yōu)化,大多數(shù)情況下采用了成熟的節(jié)點(diǎn)阻抗法進(jìn)行計(jì)算,個(gè)別情況應(yīng)用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納法并輔之以稀疏法[5]。

在此基礎(chǔ)上使用網(wǎng)絡(luò)分塊計(jì)算算法,將大網(wǎng)絡(luò)分割成若干個(gè)較小子網(wǎng)絡(luò),然后分別求解每個(gè)小網(wǎng)絡(luò)在邊界的等值網(wǎng),利用研究區(qū)域模型、分割支路以及其他區(qū)域的等值,得到反映全網(wǎng)的降階的數(shù)學(xué)模型來研究。由此,大大提高了系統(tǒng)的計(jì)算速度,建立起1個(gè)通用而且功能強(qiáng)大的故障分析平臺(tái)。

故障分析平臺(tái)的通用性,體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1)自適應(yīng)任意多回線路間,存在零序互感情況。

2)任意網(wǎng)絡(luò)連接情況的故障計(jì)算。

3)節(jié)點(diǎn)等值計(jì)算。

4)標(biāo)準(zhǔn)化輸出。

5)故障分析,包括測量阻抗計(jì)算和分支系數(shù)計(jì)算。

6)故障信息按步長輸出。

2.2.2 故障分析功能

故障計(jì)算模塊主要完成各種簡單、復(fù)雜的縱向和橫向故障計(jì)算,能夠計(jì)算線路上任意點(diǎn)故障。經(jīng)過渡電阻發(fā)生的故障,能輸出任意支路的故障電流、電壓,且故障計(jì)算對電網(wǎng)規(guī)模和運(yùn)行方式不受限制。

故障計(jì)算功能體系如圖1所示。

2.3 整定計(jì)算

依據(jù)電力部頒等整定規(guī)程和奉賢電網(wǎng)的特殊情況,整定計(jì)算功能包含面向原理和面向裝置兩個(gè)環(huán)節(jié)。原理定值是指根據(jù)一般性保護(hù)原理來整定的,與保護(hù)型號(hào)無關(guān)。原理保護(hù)分為線路原理保護(hù)和變壓器原理保護(hù)。裝置整定在原理級(jí)定值計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上,根據(jù)圖形建模時(shí)配置的保護(hù)型號(hào)、TA變比和保護(hù)裝置型號(hào)庫中的定單模版,直接形成定值單。

圖1 故障計(jì)算功能體系

整定計(jì)算功能體系如圖2所示。

圖2 整定計(jì)算功能體系

整定計(jì)算流程通過5個(gè)基本步驟來完成,即整定設(shè)置→劃定整定范圍→自動(dòng)/手動(dòng)整定計(jì)算→定值調(diào)整→形成整定方案和定值通知單。

2.4 數(shù)據(jù)管理

整定計(jì)算涉及到許多數(shù)據(jù),概括為輸入數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù),例如:電力系統(tǒng)的一次系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和元件參數(shù)、二次系統(tǒng)的配置參數(shù)和裝置參數(shù)、故障分析數(shù)據(jù)、裝置及定值數(shù)據(jù)、計(jì)算書及定值單數(shù)據(jù)等。與PMS結(jié)合的電網(wǎng)整定計(jì)算軟件系統(tǒng),將這些數(shù)據(jù)通過仔細(xì)地分析歸類,并參照《Q/GDW 216—2008電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)交換規(guī)范》,設(shè)計(jì)了大量的數(shù)據(jù)庫表單進(jìn)行存取。

電網(wǎng)整定計(jì)算軟件系統(tǒng)采用資源方式樹進(jìn)行查詢,對數(shù)據(jù)進(jìn)行高效、有序地管理[6]。同時(shí),為用戶提供1個(gè)了解、打印所有參數(shù)的視圖窗口。通過這個(gè)窗口按表格顯示所有的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)量較全,使用方便。

數(shù)據(jù)管理流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)管理流程圖

3 結(jié)語

基于圖形建模的繼電保護(hù)故障分析整定管理及仿真系統(tǒng),結(jié)合奉賢電網(wǎng)的電力設(shè)備自動(dòng)化和軟件使用情況,將整定軟件與實(shí)際運(yùn)行的PMS進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,實(shí)現(xiàn)了整定軟件的圖形建模、故障計(jì)算、保護(hù)定值整定和數(shù)據(jù)管理。

通過奉賢供電公司的實(shí)際應(yīng)用,證實(shí)了與PMS結(jié)合的電網(wǎng)整定計(jì)算軟件系統(tǒng),是1套具有很強(qiáng)實(shí)用價(jià)值的給力圖形化配電網(wǎng)繼電保護(hù)整定軟件。該軟件通過與PMS數(shù)據(jù)交互,避免了大量的手動(dòng)建模,具有友好的人機(jī)界面和方便的操作特點(diǎn),能夠廣泛地應(yīng)用于配電網(wǎng)的繼電保護(hù)整定計(jì)算和定值管理方面。

[1] 劉 健,趙海鳴.繼電保護(hù)整定計(jì)算及定制仿真系統(tǒng)[J].繼電器,2002(9):47-49.

[2] 李志興,蔡澤祥,許志華.繼電保護(hù)裝置動(dòng)作邏輯的數(shù)字仿真系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2006,30(12):97-101.

[3] DL/T 584-953～110k V電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程[S].1995.

[4] 龔仁敏,張永浩,翟學(xué)峰,等.面向整定計(jì)算的大型電力網(wǎng)絡(luò)分塊計(jì)算的實(shí)用化通用計(jì)算方法[J].電力信息化,2007 (12):42-45.

[5] 牛艷麗,郭艷鳳.繼電保護(hù)整定計(jì)算專家系統(tǒng)的應(yīng)用[J].電力設(shè)備,2008(6):43-45.

[6] 沈 偉,魏新明.基于C/S和B/S結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)整定計(jì)算與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)[J].農(nóng)村電氣化,2008(4):41-42.