工礦企業(yè)供電系統(tǒng)繼電保護定值管理系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用

邱四偉 顧克志

（陜西未來能源化工有限公司）

1 企業(yè)目前繼電保護定值管理現(xiàn)狀

定值計算基本由人工完成，定值管理人員根據(jù)設(shè)備參數(shù)，計算規(guī)則及個人經(jīng)驗進(jìn)行計算，由于大型企業(yè)設(shè)備類型多數(shù)量多，工作量大，人為失誤很難避免。

定值計算人員業(yè)務(wù)素質(zhì)參差不齊，保護的配置方式、定值計算的準(zhǔn)確度、受個人影響較大。

當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗發(fā)生較大變化時，需對全廠設(shè)備進(jìn)行重新核算。由于計算工作量非常大，很難做到及時核算、更新。好多企業(yè)依據(jù)設(shè)計部門或供電部門提供的定值進(jìn)行整定，多年未進(jìn)行過核算。

保護配置不直觀，其他人員很難發(fā)現(xiàn)保護配置存在的問題。由于保護配置及定值計算僅為書面資料，其他人員對供電系統(tǒng)短路電流水平、保護配置沒有整體的概念，所以很難發(fā)現(xiàn)問題。

2 繼電保護定值管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

繼電保護定值管理系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著定值的計算與整定、短路故障的計算、事故狀態(tài)的模擬等功能，做好定值的計算，確保保護裝置準(zhǔn)確及時動作，對于保證電網(wǎng)的安全運行具有十分重要的意義。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，目前市場上出現(xiàn)了許多針對國家電網(wǎng)的繼電保護定值管理軟件，功能非常強大，除滿足正常的定值管理功能外，其在線功能比較強大，例如潮流計算功能、定值調(diào)整功能，在線校驗功能等。由于功能強大，所以成本較高，一般為數(shù)十萬至百萬元之間。而工礦企業(yè)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對簡單，運行方式變化不大，開發(fā)一套實用性強、成本低的定值保護管理系統(tǒng)十分必要。

3 企業(yè)繼電保護定值管理系統(tǒng)軟件設(shè)計

工礦企業(yè)由于生產(chǎn)工藝不同所以對供電的連續(xù)性、可靠性、供電質(zhì)量要求不同，對于一級、二級或特別重要負(fù)荷，一般要求供電的連續(xù)性、可靠性要求較高。繼電保護管理系統(tǒng)除滿足繼電保護裝置的選擇性、靈敏性、可靠性基本要求外，應(yīng)最大限度保證供電的連續(xù)性、可靠性，盡量減少對一次保護裝置的影響。為此，繼電保護管理系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)強調(diào)系統(tǒng)的實用性，弱化在線運行功能，同時，為適合不同用戶的功能需求，便于系統(tǒng)的擴展，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，各功能模塊相互獨立，又相互協(xié)作。主要功能包括：短路故障計算、定值計算整定、定值在線校驗、圖形建模顯示、潮流計算分析、保護定值調(diào)整，其中潮流計算分析、保護定值調(diào)整由于企業(yè)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對簡單，且運行方式變化不大，以上兩個模塊實用性不強。短路故障計算、定值計算整定、定值在線校驗、圖形建模顯示是該系統(tǒng)的核心。軟件的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 軟件結(jié)構(gòu)簡圖

3.1 短路故障計算

短路故障計算是軟件的主要功能模塊，它根據(jù)供電系統(tǒng)一次系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫設(shè)備參數(shù)基本數(shù)據(jù)，對短路參數(shù)進(jìn)行計算，計算結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，為其他模塊提供數(shù)據(jù)支持。具有以下功能：①短路阻抗計算功能，軟件根據(jù)設(shè)備參數(shù)計算出線路、變壓器、電動機等設(shè)備阻抗值，再根據(jù)一次邏輯系統(tǒng)圖，計算出系統(tǒng)不同運行方式下的等效短路阻抗值。②短路電流計算功能。可計算各種類型的故障，包括系統(tǒng)三相短路、兩相短路、單相接地短路等，計算出各短路點的正序、負(fù)序及零序參數(shù)。③故障點可選在線路的任意節(jié)點處。可根據(jù)保護定值整定需要，對任意節(jié)點進(jìn)行短路參數(shù)計算。

3.2 定值計算整定

定值計算整定是軟件的核心模塊，它能完成供電系統(tǒng)所有元器件及各節(jié)點的保護定值的計算和整定。模塊根據(jù)繼電保護整定規(guī)程及整定人員實際工作經(jīng)驗對供電系統(tǒng)各回路進(jìn)行保護定值計算，整定結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫。該模塊具有以下功能：①對供電系統(tǒng)內(nèi)各保護對象進(jìn)行保護定值計算，依據(jù)線路、變壓器、電動機等各設(shè)備保護特點進(jìn)行定值計算，滿足設(shè)備各種保護的計算要求。②具有運行方式的自適應(yīng)功能，根據(jù)各開關(guān)狀態(tài)計算出供電系統(tǒng)的最大和最小運行方式及其他非正常運行方式，計算出各設(shè)備的保護定值。③定值自動整定功能，系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)不同的運行方式自動計算出保護定值，進(jìn)行校驗后根據(jù)需要決定是否變更定值，此功能建議人工干預(yù)，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定。

3.3 定值在線校驗

在線校驗主要功能：①對各保護定值的選擇性、速動性和靈敏性進(jìn)行校驗。由于供電系統(tǒng)運行方式的變化可能引起保護定值變化較大，原保護定值不能滿足保護要求，此時應(yīng)進(jìn)行報警。②保護裝置定值與后臺數(shù)據(jù)進(jìn)行在線對比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致時，提示人工干預(yù)。該功能模塊數(shù)據(jù)量大，建議采用人工啟動方式，以減少系統(tǒng)數(shù)據(jù)負(fù)荷。

3.4 圖形建模顯示

依據(jù)供電結(jié)構(gòu)一次系統(tǒng)圖，利用圖形建模模塊提供的編輯工具進(jìn)行電網(wǎng)結(jié)構(gòu)編輯，并顯示在電腦界面，各元件的參數(shù)、運行狀態(tài)一目了然。主要功能：①提供多種編輯工具，具有線段、符號、元器件及塊結(jié)構(gòu)的復(fù)制、粘貼、剪切、刪除和移動等操作功能，可以方便對一次系統(tǒng)圖進(jìn)行建模。②數(shù)據(jù)庫自動擴展功能，數(shù)據(jù)庫可隨電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴展而自動擴展，必要時人為進(jìn)行數(shù)據(jù)修正。③與故障計算模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，及時顯示各短路點的短路參數(shù)。

3.5 數(shù)據(jù)庫管理模塊

數(shù)據(jù)庫管理模塊與故障計算模塊、整定計算模塊、在線校驗?zāi)K、圖形模塊一起構(gòu)成完成的軟件結(jié)構(gòu)，主要功能為：①為軟件計算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括一次供電系統(tǒng)中所有各元器參數(shù)。②保存、存貯其他模塊計算結(jié)果，為服務(wù)對象提供數(shù)據(jù)支持。

3.6 軟件工作流程

圖形建模顯示根據(jù)設(shè)備參數(shù)和電網(wǎng)一次系統(tǒng)圖建立拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并存入數(shù)據(jù)庫，為其他模塊提供數(shù)據(jù)支持。故障計算模塊根據(jù)運行數(shù)據(jù)及設(shè)備參數(shù)進(jìn)行短路參數(shù)計算，整定計算模塊和在線校驗?zāi)K利用故障計算模塊計算結(jié)果對各保護點進(jìn)行定值計算和在線校驗，并結(jié)合保護裝置對應(yīng)的定值模板，生成定值通知單。工作流程見圖2。

圖2 軟件工作流程圖

4 產(chǎn)品主要功能展示

繼電保護定值管理軟件采用 SVG 格式對一次供電系統(tǒng)阻抗圖進(jìn)行全面展示，所有節(jié)點短路電流水平關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫實時顯示，所有變壓器、電動機、開關(guān)元器件參數(shù)可與數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)動態(tài)關(guān)聯(lián)、及時更新，所有設(shè)備保護定值實現(xiàn)自動計算，均以定值單形式隨時調(diào)取。主要功能包括：短路電流計算功能、定值自動計算及定值單自動生成功能、定值單調(diào)取導(dǎo)出功能、一次系統(tǒng)顯示及便捷擴展功能。

4.1 短路計算功能

短路電流計算功能，軟件根據(jù)使用需要選擇合適的短路點計算出最大、最小運行方式下的三相和兩相短路時的正序、負(fù)序、零序電流值，實時顯示在SCADA頁面內(nèi)，同時各元件阻抗也顯示在SCADA頁面上，使系統(tǒng)短路水平一目了然。當(dāng)供電系統(tǒng)阻抗發(fā)生變化時，僅需修改系統(tǒng)阻抗參數(shù)，企業(yè)短路狀態(tài)水平會自動進(jìn)行計算并更新。

4.2 系統(tǒng)定值計算功能

軟件根據(jù)設(shè)備預(yù)設(shè)的計算規(guī)則進(jìn)行保護定值計算，計算規(guī)則可人工進(jìn)行干預(yù)，生成的定值單存入定值庫，可備其他模塊調(diào)用。SCADA界面顯示有定值鏈接按鈕，可以方便顯示設(shè)備定值。當(dāng)設(shè)備參數(shù)發(fā)生變化時，只需修改相應(yīng)設(shè)備參數(shù)，保護定值單自動校正。當(dāng)靈敏度、選擇性不滿足要求時，系統(tǒng)會自動報警提示人工干預(yù)。

4.3 定值單的調(diào)取導(dǎo)出功能

對應(yīng)一次設(shè)備圖，定值單調(diào)取按鈕顯示在SCADA主畫面上，調(diào)取定值十分方便。當(dāng)需要導(dǎo)出定值單時，可根據(jù)提示選擇WROD或PDF模式，自動導(dǎo)出。亦可在定值庫中輸入設(shè)備名稱或位號直接調(diào)取設(shè)備定值單。

4.4 一次系統(tǒng)便捷擴展功能

當(dāng)設(shè)備增加或改變時，僅需在阻抗圖上進(jìn)行編輯后，后臺數(shù)據(jù)庫自動關(guān)聯(lián)增加，然后對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行修改后，即可完成系統(tǒng)擴展。當(dāng)設(shè)備減少或發(fā)生變動時，僅需在阻抗圖上進(jìn)行刪除或修改，數(shù)據(jù)庫會關(guān)聯(lián)變動。 當(dāng)新建子站時，可根據(jù)新建變電所系統(tǒng)圖預(yù)設(shè)阻抗值，模擬出系統(tǒng)阻抗圖，從而計算出各回路的短路電流水平，為設(shè)備選型提供真實依據(jù)。

5 結(jié)束語

企業(yè)繼電保護定值管理系統(tǒng)實用性強、成本低，由于弱化了系統(tǒng)的在線運行功能，所以對硬件要求不高，同時減少了對系統(tǒng)的干擾，提高了供電系統(tǒng)的可靠性。該軟件的推廣對于規(guī)范繼電保護定值管理，減輕管理人員工作強度，減少人為失誤，提升繼電保護定值的運行管理水平具有十分重要的意義。