現(xiàn)代化煤礦供電系統(tǒng)整定計(jì)算軟件的研發(fā)與應(yīng)用

李昆鵬

（1.山東能源集團(tuán)有限公司，山東省濟(jì)南市，250014；2.山東能源棗礦集團(tuán)供電工程處，山東省棗莊市，277011）

煤礦供電系統(tǒng)中的繼電保護(hù)作為現(xiàn)代化煤礦電力安全生產(chǎn)體系中的重要環(huán)節(jié)，對確保煤礦電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定以及可靠運(yùn)行有著極其重要的作用。隨著煤礦生產(chǎn)對供電可靠性的要求越來越高，煤礦企業(yè)對繼電保護(hù)整定工作也日益重視，開發(fā)一套適用于現(xiàn)代化煤礦供電系統(tǒng)整定計(jì)算全過程的繼電保護(hù)軟件在理論上和實(shí)際上都具有重要的意義。

目前，雖然市場上有著各種各樣的整定計(jì)算軟件，但由于煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)整定自身的特點(diǎn)，很少被煤礦繼電保護(hù)整定技術(shù)人員所采用。煤礦繼電保護(hù)整定基本上仍沿用手動計(jì)算輔以計(jì)算機(jī)的方式進(jìn)行，計(jì)算手段比較落后，工作量大，工作效率低，隨著電網(wǎng)規(guī)模的逐步擴(kuò)大、系統(tǒng)運(yùn)行方式的頻發(fā)變化，手工計(jì)算已無法滿足實(shí)際運(yùn)行的需要。依靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行整定計(jì)算，研發(fā)圖形化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化的繼電保護(hù)整定計(jì)算軟件已成為煤礦企業(yè)現(xiàn)代化水平發(fā)展的主要趨勢，也是提高整定計(jì)算人員工作效率、降低人員勞動強(qiáng)度的重要手段。

1 煤礦供電系統(tǒng)整定計(jì)算的特點(diǎn)

（1）現(xiàn)代化煤礦供電系統(tǒng)多以單端輻射狀供電為主，高壓短距離線路較多，負(fù)荷與供電結(jié)構(gòu)需要經(jīng)常變動，煤礦生產(chǎn)的工作條件具有主要負(fù)荷集中在井下、環(huán)境相對惡劣的特殊性，所以煤礦企業(yè)的供電和電氣設(shè)備與普通電力用戶相比有其特殊地方，對繼電保護(hù)有更高的要求。

（2）煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)級數(shù)多，井下供電大都采用銅芯電纜，距離短、阻抗較小，故主變以下各級短路電流值相差較小，不利于保護(hù)的整定。

（3）整定計(jì)算時考慮的運(yùn)行方式比較簡單，一般只考慮正常運(yùn)行方式。

（4）煤礦供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)配置應(yīng)當(dāng)滿足可靠性、選擇性、靈敏性及速動性4項(xiàng)基本要求。

2 煤礦供電系統(tǒng)整定計(jì)算軟件的開發(fā)工具

現(xiàn)代化煤礦供電系統(tǒng)整定計(jì)算軟件是在煤礦企業(yè)故障計(jì)算和整定計(jì)算的基礎(chǔ)上，采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)，以Windows操作系統(tǒng)為開發(fā)平臺，應(yīng)用面向?qū)ο蟮腗icrosoft Visual Studio C＃和Java（定值單部分采用）為主要的開發(fā)工具。實(shí)現(xiàn)了邏輯推理和數(shù)據(jù)計(jì)算的有效結(jié)合，集應(yīng)用靈活、適用性強(qiáng)、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)于一身。

3 煤礦繼電保護(hù)整定計(jì)算軟件的功能體系及實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)代化煤礦繼電保護(hù)整定計(jì)算軟件主要包括圖形建模、故障分析、整定計(jì)算、定值仿真和數(shù)據(jù)管理五大功能。各功能模塊相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，構(gòu)成一個有機(jī)的整體，如圖1所示。從應(yīng)用的角度，整個功能模塊分為數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層兩個層面。數(shù)據(jù)層采用ADO 方式訪問，采用通用的數(shù)據(jù)訪問接口；應(yīng)用層采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)架構(gòu)。其中圖形建模、數(shù)據(jù)管理屬于數(shù)據(jù)層；故障分析、整定計(jì)算、定值仿真屬于應(yīng)用層。

3.1 圖形化模型功能

現(xiàn)代化煤礦供電系統(tǒng)整定計(jì)算軟件開發(fā)了一個功能完善、簡單易用的圖形建模環(huán)境，便于煤礦技術(shù)人員方便、快速地繪制煤礦供電系統(tǒng)所需要的各種元件，建立電網(wǎng)模型，所建電網(wǎng)模型具備分層分區(qū)功能。電網(wǎng)圖形可以分為主網(wǎng)圖和站內(nèi)圖兩個層次，查看方便，易于維護(hù)；還可以查看一次接線圖、序網(wǎng)圖、配置圖，能夠更加直觀地進(jìn)行計(jì)算、整定等功能。

圖形連接采用熱點(diǎn)功能，該連接方式不僅不易出錯，而且更直觀、更方便快速。設(shè)備描述及其連接關(guān)系遵循IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的CIM 模型要求，以便于該系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)接口。

圖1 系統(tǒng)功能體系

3.2 故障計(jì)算功能

電力系統(tǒng)故障分析采用的數(shù)學(xué)建模方法為節(jié)點(diǎn)阻抗分析法，該算法可實(shí)現(xiàn)通用的故障計(jì)算功能，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)。故障計(jì)算功能可以對三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相接地短路等簡單故障類型和多重復(fù)故障類型進(jìn)行分析計(jì)算。

3.3 整定計(jì)算功能

該系統(tǒng)能夠完成面向原理和面向裝置的整定計(jì)算，并在計(jì)算中將自動整定和手動整定有機(jī)結(jié)合。

面向原理的整定主要對線路的相間距離保護(hù)、接地距離保護(hù)、零序電流保護(hù)、變壓器保護(hù)等原理型保護(hù)定值進(jìn)行整定，同時輸出計(jì)算書面向裝置整定利用專家系統(tǒng)技術(shù)，建立各種保護(hù)的型號標(biāo)準(zhǔn)庫和整定計(jì)算知識庫。內(nèi)容包括版本號、保護(hù)功能類型、定值項(xiàng)、整定原則、計(jì)算公式、變量及其關(guān)聯(lián)等。有了這個將保護(hù)裝置的整定計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的基礎(chǔ)，在進(jìn)行某種型號保護(hù)整定時，就可方便地調(diào)用，快速輸出全部定值。而且保護(hù)裝置型號的積累實(shí)際是一種知識的積累，是以一種信息方式存在，可以維護(hù)、繼承，并大大地減少人為出錯的可能，提高整定計(jì)算工作的自動化水平，面向裝置整定同時實(shí)現(xiàn)計(jì)算書和定值單的自動生成。

自動整定過程，系統(tǒng)可以自動搜索保護(hù)裝置，按照相應(yīng)的整定原則進(jìn)行自動計(jì)算、自動出整定結(jié)果和整定計(jì)算書，供用戶進(jìn)行整定工作時參考，整個過程不需要人工干預(yù)。

手動整定的整定過程既有一定的智能性，也給用戶提供了充分的選擇權(quán)利。其智能性體現(xiàn)在系統(tǒng)可以自動查找整定原則、相鄰線路、相鄰線路保護(hù)的電氣量定值和時間定值，并自動計(jì)算整定結(jié)果、自動寫計(jì)算書；人工干預(yù)的部分包括與哪條相鄰線配合、與其幾段配合、挑選各種方式下的分支系數(shù)和最大及最小短路電流等數(shù)據(jù)以及最后整定結(jié)果的修正等，整定完成以后程序提供整定全程的計(jì)算書。

3.4 定值單生成和管理功能

（1）定值單生成。首先建立每種保護(hù)裝置的定值單模板，模板中確定了定值單格式和項(xiàng)目內(nèi)容。通過先原理、后裝置的整定過程，其中裝置整定嚴(yán)格按照保護(hù)裝置中列出的定值項(xiàng)進(jìn)行整定，整定完成后調(diào)用對應(yīng)的定值單模板，將裝置定值逐項(xiàng)填入定值單模板，生成定值單。只要系統(tǒng)建立了完備的保護(hù)型號庫，定值單的生成就可做到一鍵生成。

定值單編號規(guī)則可由用戶指定，系統(tǒng)默認(rèn)為按照時間編號。如果此次整定任務(wù)之前已有定值單，則對原定值單內(nèi)容進(jìn)行更新，其中的新定值自動轉(zhuǎn)化為原定值，此次定值成為新定值。

（2）定值狀態(tài)管理。定值單可根據(jù)廠站、保護(hù)對象、編號等條件進(jìn)行定位查詢，同時，定值單還可以按照待整定、待執(zhí)行、已執(zhí)行、已作廢4種狀態(tài)進(jìn)行查詢和管理。

3.5 數(shù)據(jù)仿真功能

現(xiàn)代化煤礦供電系統(tǒng)整定計(jì)算軟件提供仿真功能，系統(tǒng)可以基于網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)置故障點(diǎn)和故障類型后仿真各保護(hù)的動作情況，也可以根據(jù)實(shí)際短路電流仿真。仿真得到的結(jié)果在圖形界面上可以直觀地顯示，也可導(dǎo)出文本以供查閱。

3.6 數(shù)據(jù)管理功能

繼電保護(hù)整定會涉及很多原始的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算會產(chǎn)生許多輸出數(shù)據(jù)，如各元件設(shè)備參數(shù)、保護(hù)裝置信息、定值和故障計(jì)算數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)系統(tǒng)通過仔細(xì)歸類，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)庫表單對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存取，按照資源樹方式進(jìn)行查詢，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行了高效管理，保證了數(shù)據(jù)量準(zhǔn)確和方便地使用。

4 總結(jié)

現(xiàn)代化煤礦供電系統(tǒng)整定計(jì)算軟件采用可視化技術(shù)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法，便于操作、查閱和修改，有一個良好的人機(jī)交互界面，專門為現(xiàn)代化煤礦供電系統(tǒng)整定計(jì)算開發(fā)的專業(yè)軟件系統(tǒng)。并將煤礦整定計(jì)算技術(shù)人員從繁重的手動計(jì)算中解放出來，節(jié)省了大量的計(jì)算時間，大大減少了人為錯誤，提高了煤礦繼電保護(hù)整定計(jì)算管理水平，確保了煤礦供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，值得廣泛推廣使用。

［1］ 王正剛，嚴(yán)志敬，李昆鵬.電能計(jì)量裝置電壓缺相導(dǎo)致計(jì)量誤差的分析 ［J］.中國煤炭，2008 （9）

［2］ 李昆鵬.礦井35kV變電站轉(zhuǎn)角變壓器的應(yīng)用 ［J］.中國煤炭，2009 （7）