繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)研究

王一杰

【摘 ?要】隨著城市電網(wǎng)的擴(kuò)大，電站電力系統(tǒng)面臨的壓力越來(lái)越大。繼電器保護(hù)是整個(gè)電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵，其整定計(jì)算設(shè)計(jì)是維護(hù)的基礎(chǔ)。本文對(duì)目前開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，并對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。結(jié)合繼電保護(hù)和繼電保護(hù)的計(jì)算工作，分析了應(yīng)用過(guò)程計(jì)算系統(tǒng)所涉及的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電廠;繼電保護(hù);整定計(jì)算

隨著城市化的發(fā)展，城市的用電量越來(lái)越大。其結(jié)果是城市電網(wǎng)的擴(kuò)展，對(duì)電站電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求。繼電器保護(hù)是電站整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，其整定計(jì)算直接關(guān)系到電站運(yùn)行和電力傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性。

一、整定計(jì)算系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

雖然發(fā)電廠整定計(jì)算系統(tǒng)已在發(fā)電廠使用多年，但仍有一些問(wèn)題阻礙其推廣，包括：

1.智能化程度依然不高。還是不夠聰明。對(duì)于電廠的整定計(jì)算人員，最好盡量少操作，使用整定計(jì)算系統(tǒng)。然而，目前的整定計(jì)算系統(tǒng)操作較多，需要建模。短路電流計(jì)算后，需要對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行匹配，并設(shè)置設(shè)置規(guī)則。對(duì)于整定計(jì)算人員來(lái)說(shuō)，這一過(guò)程有時(shí)比手工計(jì)算更為復(fù)雜，甚至需要經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)才能完成操作，這無(wú)疑嚴(yán)重制約了系統(tǒng)的使用。具體來(lái)說(shuō)，圖形化建模工作包括繪制幾十個(gè)部件，并輸入?yún)?shù)，利用圖形元素逐一構(gòu)建電廠電氣主系統(tǒng)模型。對(duì)于工廠系統(tǒng)，模型中需要包含數(shù)百臺(tái)電氣設(shè)備，這使得建模工作成為整定計(jì)算系統(tǒng)中最繁瑣的工作。

2.系統(tǒng)的維護(hù)工作量大。由于各種類型的電氣設(shè)備在電廠繁多，其相應(yīng)的多樣性保護(hù)裝置強(qiáng)，與電廠的發(fā)展，手術(shù)后也會(huì)有新的設(shè)備或保護(hù)裝置的操作，這就產(chǎn)生了相應(yīng)的設(shè)置計(jì)算系統(tǒng)維護(hù)工作，如果工作人員通過(guò)設(shè)置計(jì)算，毫無(wú)疑問(wèn)，它添加了一個(gè)額外的負(fù)擔(dān)，如不設(shè)整定計(jì)算，則不能保證整定計(jì)算系統(tǒng)的更新是可靠的。如何找到適合電廠的維修模式，成為整定計(jì)算推廣應(yīng)用中必須解決的問(wèn)題。

3.整定計(jì)算系統(tǒng)的通用性不高。當(dāng)前整定計(jì)算系統(tǒng)基本采用專家系統(tǒng)的方式構(gòu)建，即構(gòu)建適用于我廠的整定規(guī)則，并結(jié)合我廠繼電保護(hù)裝置的特點(diǎn)，運(yùn)用規(guī)則計(jì)算整定計(jì)算結(jié)果。由于發(fā)電廠的發(fā)展和新設(shè)備的運(yùn)行，將整個(gè)電力系統(tǒng)中所有設(shè)備的設(shè)置規(guī)則和特點(diǎn)全部羅列出來(lái)是不現(xiàn)實(shí)的。因此，目前開(kāi)發(fā)的整定計(jì)算系統(tǒng)在投入使用前往往需要在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行一定程度的修改。

4.定值單管理系統(tǒng)功能依然不夠?qū)嵱?。定值表管理作為保護(hù)管理的基本內(nèi)容，涉及整個(gè)保護(hù)定值的計(jì)算、審核、發(fā)放、執(zhí)行和變更保存。因?yàn)檫@個(gè)過(guò)程涉及到許多人在不同的時(shí)間參與，如何實(shí)現(xiàn)不同人員簽名文件，如何確?？茖W(xué)合理的整個(gè)過(guò)程成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的困難，仍沒(méi)有很好的解決，使得當(dāng)前的診斷計(jì)算定值單管理模塊系統(tǒng)往往無(wú)法發(fā)揮作用。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)的模塊化和可視化特點(diǎn)。模塊化使得系統(tǒng)內(nèi)容易于擴(kuò)展。該系統(tǒng)提供了盡可能多的保護(hù)設(shè)置模塊，以滿足大多數(shù)電廠用戶的需要?？梢暬奶攸c(diǎn)是用圖形、文本等直觀易懂的方式表達(dá)抽象原理。它不僅便于用戶了解保護(hù)的整定原理，而且整定原理依據(jù)《大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算指南》，可以保證整定過(guò)程的正確性。該系統(tǒng)為用戶提供了一個(gè)可用于電廠故障分析和設(shè)備保護(hù)設(shè)置的開(kāi)放平臺(tái)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由五個(gè)模塊組成：圖形建模模塊、故障分析模塊、設(shè)置計(jì)算模塊、故障仿真模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）模塊。每個(gè)模塊由幾個(gè)子模塊組成，如圖1所示。

DBMS模塊是一個(gè)具有中心作用的模塊，其他模塊需要與雙向信息交互。圖形化建模模塊的各個(gè)子模塊需要在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)各種信息，如組件的原始參數(shù)信息、保護(hù)配置信息等。當(dāng)用戶需要查看某些信息時(shí)，可以將其從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出，通過(guò)人機(jī)界面與用戶進(jìn)行通信。故障分析模塊需要將短路計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，故障分析所需元件的原始參數(shù)需要從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取。還需要使用設(shè)置計(jì)算模塊用戶選擇的保護(hù)的集合計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并在輸出集合值時(shí)從中讀取。故障仿真模塊需要從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取元件的原始參數(shù)，并將仿真結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，為保護(hù)配置和保護(hù)定值的靈敏度驗(yàn)證提供參考。圖形化建模通過(guò)圖形化操作界面與用戶直接交互。除了與數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊的連接，與其他模塊的連接也非常緊密。由于每個(gè)模塊都需要用戶的實(shí)際參與和決策，用戶的決策通過(guò)人機(jī)界面反映在設(shè)置系統(tǒng)中，最終的參與結(jié)果通過(guò)人機(jī)界面反饋給用戶。用戶可以通過(guò)人機(jī)交互不斷地設(shè)置所需的參數(shù)，直到得到滿意的結(jié)果。故障分析模塊、整定計(jì)算模塊和故障仿真模塊是整定計(jì)算系統(tǒng)的三個(gè)重要組成部分。故障分析模塊為整定計(jì)算模塊提供故障電流數(shù)據(jù)，故障仿真模塊為整定計(jì)算提供保護(hù)配置參考和靈敏度標(biāo)定參考。系統(tǒng)選擇W indows2000作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用AutoCAD繪圖工具，畫(huà)圖畫(huà)公共接口AutoCAD DXF文件格式，與面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法的接口程序，讀取AutoCAD DXF文件，圖紙?jiān)赩視覺(jué)Basic6.0重新繪制圖形編輯環(huán)境，編制表單元素圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單位?？紤]到電廠設(shè)備的設(shè)置計(jì)算公式簡(jiǎn)單形式的特點(diǎn)，大量和類似的計(jì)算公式相同類型的保護(hù)，相同類型的保護(hù)可以被定義為一個(gè)類，設(shè)置計(jì)算公式是用XML編寫(xiě)的，并設(shè)置計(jì)算公式可以計(jì)算通過(guò)使用VB編程從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取數(shù)據(jù)和相應(yīng)的變量賦值的公式。由于整定計(jì)算涉及很多設(shè)備參數(shù)，以及故障分析、整定計(jì)算和故障仿真的中間和最終結(jié)果，本系統(tǒng)采用SQL Server2000作為可編程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。

三、系統(tǒng)功能分析

上述的五個(gè)模塊分別完成特定的任務(wù)，同時(shí)又相互聯(lián)系、相互依賴，組成一個(gè)有機(jī)整體。

1.圖形建模模塊。圖形建模是可視化編程的一種表達(dá)。還提供了一個(gè)具體的繪圖工具，使用戶可以畫(huà)一個(gè)圖表來(lái)系統(tǒng)的圖形操作界面，輸入原始參數(shù)（由計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，如電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)數(shù)學(xué)模型。通過(guò)人機(jī)界面，用戶可以選擇保護(hù)配置，定義類型和故障點(diǎn)，選擇用于保護(hù)的CT和PT信息。圖形模型是缺陷可視化分析和調(diào)整計(jì)算的基礎(chǔ)。在圖形建模中實(shí)現(xiàn)的功能包括：（2）系統(tǒng)圖的總體運(yùn)行情況。包括系統(tǒng)圖的創(chuàng)建、保存、存儲(chǔ)、刪除、滾動(dòng)、縮放等。（3）圖形編輯的一般操作。這包括一般的操作，如選擇新創(chuàng)建，切割，復(fù)制，粘貼，刪除，移動(dòng)，縮放和布局。（4）設(shè)備可在保護(hù)配置中輸入或修改參數(shù)。輸入或修改后，將數(shù)據(jù)輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，計(jì)算參數(shù)的單位值。當(dāng)您刪除設(shè)備時(shí)，您將從數(shù)據(jù)庫(kù)中刪除相應(yīng)的數(shù)據(jù)。（5）設(shè)備連接功能。指導(dǎo)各設(shè)備之間的連接的是方便易用的操作說(shuō)明書(shū)并符合電氣布線系統(tǒng)的規(guī)格，例如檢查電壓等級(jí)在兩點(diǎn)之間的連接是一致的，避免錯(cuò)誤的或無(wú)效的連接。布線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫歉鶕?jù)設(shè)備之間的連接關(guān)系建立的，為節(jié)點(diǎn)輸入矩陣的自動(dòng)形成和故障的計(jì)算做準(zhǔn)備。（6）圖形元素的維護(hù)。每種類型的設(shè)備都對(duì)應(yīng)于一個(gè)圖形元素。該系統(tǒng)提供以下圖形元素編輯操作：圖形元素導(dǎo)航、圖形元素外觀編輯、與設(shè)備對(duì)應(yīng)的圖形元素連接點(diǎn)設(shè)置、與圖形元素對(duì)應(yīng)的設(shè)備類型選擇。（7）操作方式。用戶可以通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)外部阻抗的大小和斷路器的子狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)幾種系統(tǒng)運(yùn)行模式。（8）建立系統(tǒng)圖之間的所有權(quán)關(guān)系。不可能在一個(gè)接口中表示一個(gè)工廠的所有系統(tǒng)模式，特別是對(duì)于工廠系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)圖之間存在一種屬性關(guān)系，允許用戶進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

2.故障分析模塊。故障分析模塊的主要目的是在電站設(shè)備出口出現(xiàn)各種故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)短路電流的計(jì)算功能。具體實(shí)現(xiàn)的功能如下：故障位置用可見(jiàn)圖形表示，故障類型和各種故障由人機(jī)界面調(diào)節(jié)。（2）既可以解決幾個(gè)簡(jiǎn)單的缺陷，例如多種類型的缺陷為單個(gè)故障點(diǎn)或同一類型的許多方面出現(xiàn)故障，為了滿足用戶的選擇和計(jì)算結(jié)果的比較。（3）故障分析方法是根據(jù)系統(tǒng)的性質(zhì)自動(dòng)選擇的。在總線自動(dòng)啟動(dòng)的情況下，也可以為發(fā)電系統(tǒng)計(jì)算不同的數(shù)據(jù)。（4）自動(dòng)顯示和打印節(jié)點(diǎn)編號(hào)和阻抗圖。（5）序列網(wǎng)絡(luò)圖的自動(dòng)生成。對(duì)于不對(duì)稱故障，自動(dòng)生成正、負(fù)、零三階網(wǎng)絡(luò)圖。（6）缺陷分析結(jié)果的輸出，要么是結(jié)果集，即缺陷報(bào)告（以表格形式），要么是為保護(hù)缺陷集而計(jì)算的單個(gè)數(shù)量。

3.整定計(jì)算模塊。整定計(jì)算模塊是整定系統(tǒng)的核心，它根據(jù)保護(hù)配置從原始參數(shù)庫(kù)中提取與整定計(jì)算有關(guān)的原始數(shù)據(jù)，根據(jù)保護(hù)裝置的整定原理計(jì)算保護(hù)整定值存儲(chǔ)在值數(shù)據(jù)庫(kù)中，用于查詢和輸出。電廠設(shè)置計(jì)算及保護(hù)類型如圖2所示。

設(shè)置計(jì)算模塊的功能如下：（1）用戶根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定的參數(shù)（如可靠性系數(shù)等）由用戶選擇或輸入，實(shí)時(shí)提示選擇范圍和一般情況，給出默認(rèn)值。（2）設(shè)備參數(shù)（如額定電流等）由程序自動(dòng)填寫(xiě)。（3）對(duì)于通過(guò)短路計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，用戶應(yīng)選擇短路計(jì)算的條件，并在故障分析模塊中進(jìn)行計(jì)算。（4）各數(shù)據(jù)之間的操作關(guān)系由程序完成。用戶只需確保所有數(shù)據(jù)完整有效，設(shè)置計(jì)算自動(dòng)完成即可。設(shè)置結(jié)果以設(shè)置值的形式顯示。

4.故障仿真模塊。建主接線圖，故障仿真模塊可以根據(jù)需要在公共汽車或設(shè)備終端設(shè)置任何類型的故障，保護(hù)定值模擬，檢查固定值，防止操作中不匹配的繼電保護(hù)設(shè)置，計(jì)算和靈敏度不足的問(wèn)題可以根據(jù)故障仿真結(jié)果與繼電保護(hù)設(shè)置的值來(lái)判斷繼電保護(hù)裝置的作用。仿真完成后，自動(dòng)生成完整的仿真報(bào)告，包括系統(tǒng)運(yùn)行方式、故障位置、故障類型、相位差、各故障數(shù)量、固定保護(hù)運(yùn)行時(shí)間等。故障仿真模塊解決了系統(tǒng)在發(fā)生故障前，經(jīng)過(guò)多年工作計(jì)算出的值無(wú)法得到驗(yàn)證的問(wèn)題。同時(shí)，可以分析繼電保護(hù)裝置在故障過(guò)程中的動(dòng)作行為，預(yù)測(cè)事故?？纱蟠筇岣吖ぷ餍屎凸ぷ髻|(zhì)量，為繼電保護(hù)提供先進(jìn)的管理手段。

5.數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊。不同廠家、不同機(jī)組的電廠設(shè)備及保護(hù)類型和保護(hù)設(shè)定值需要保留;用戶根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的信息選擇的保護(hù)信息也應(yīng)保存下來(lái)作為設(shè)置計(jì)算的依據(jù)。此外，為了與用戶有良好的交互，需要提供原始保護(hù)設(shè)定值計(jì)算結(jié)果的查詢，以便將擴(kuò)展后的設(shè)備設(shè)定值與原始設(shè)定值進(jìn)行比較。數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊還實(shí)現(xiàn)了用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理功能。其管理功能主要包括數(shù)據(jù)查詢、打印和數(shù)據(jù)備份和刪除等。另外，為了保證系統(tǒng)的安全性，需要對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行管理，即不同的用戶權(quán)限具有不同的系統(tǒng)使用范圍。

四、整定計(jì)算系統(tǒng)的發(fā)展前景

目前，繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)還處于起步階段。隨著該系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用，需要解決的問(wèn)題也越來(lái)越多。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1.推廣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，設(shè)置計(jì)算系統(tǒng)需要與之相結(jié)合，從本地化向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)交換和信息共享。一方面，可以減輕當(dāng)?shù)氐墓ぷ髫?fù)擔(dān);另一方面，信息共享和交互有利于規(guī)則判斷的準(zhǔn)確性，提高繼電保護(hù)的穩(wěn)定性。

2.實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的可視化。目前繼電保護(hù)整定計(jì)算的信息和數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中以單一的形式呈現(xiàn)，不利于數(shù)據(jù)處理、規(guī)則判斷和整定策略的制定。下一階段，利用可視化技術(shù)對(duì)各種計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化和轉(zhuǎn)換。這樣可以大大提高人機(jī)交互體驗(yàn)，提高繼電保護(hù)配置的效率。

3.提高系統(tǒng)的通用性。目前，適應(yīng)性差的主要原因是數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)單一。下一步，我們可以在網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)。因此，在電廠安裝的繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)僅供配置客戶端使用，采用通信技術(shù)與終端庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。這樣可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算數(shù)據(jù)的本地化和處理操作的網(wǎng)絡(luò)化，大大提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性。

4.系統(tǒng)控制智能化。在當(dāng)今世界，越來(lái)越多的技術(shù)變得智能化。各子模塊的嵌入式連接和自動(dòng)匹配，大大減少了系統(tǒng)的運(yùn)行步驟。同時(shí)，還節(jié)省了時(shí)間和人力，減少了操作系統(tǒng)中人為操作的誤差，提高了繼電保護(hù)整定計(jì)算的準(zhǔn)確性。

綜上所述，能夠?qū)嶋H應(yīng)用的電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)將成為下一階段的研究重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李東熊.發(fā)電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J].江西電力，2017（01）：48-50

（作者單位：內(nèi)蒙古大板發(fā)電有限責(zé)任公司）