现代化煤矿供电系统整定计算软件的研发与应用

李昆鹏

（1.山东能源集团有限公司，山东省济南市，250014；2.山东能源枣矿集团供电工程处，山东省枣庄市，277011）

煤矿供电系统中的继电保护作为现代化煤矿电力安全生产体系中的重要环节，对确保煤矿电力系统的安全、稳定以及可靠运行有着极其重要的作用。随着煤矿生产对供电可靠性的要求越来越高，煤矿企业对继电保护整定工作也日益重视，开发一套适用于现代化煤矿供电系统整定计算全过程的继电保护软件在理论上和实际上都具有重要的意义。

目前，虽然市场上有着各种各样的整定计算软件，但由于煤矿供电系统继电保护整定自身的特点，很少被煤矿继电保护整定技术人员所采用。煤矿继电保护整定基本上仍沿用手动计算辅以计算机的方式进行，计算手段比较落后，工作量大，工作效率低，随着电网规模的逐步扩大、系统运行方式的频发变化，手工计算已无法满足实际运行的需要。依靠计算机进行整定计算，研发图形化、自动化、网络化的继电保护整定计算软件已成为煤矿企业现代化水平发展的主要趋势，也是提高整定计算人员工作效率、降低人员劳动强度的重要手段。

1 煤矿供电系统整定计算的特点

（1）现代化煤矿供电系统多以单端辐射状供电为主，高压短距离线路较多，负荷与供电结构需要经常变动，煤矿生产的工作条件具有主要负荷集中在井下、环境相对恶劣的特殊性，所以煤矿企业的供电和电气设备与普通电力用户相比有其特殊地方，对继电保护有更高的要求。

（2）煤矿供电系统继电保护级数多，井下供电大都采用铜芯电缆，距离短、阻抗较小，故主变以下各级短路电流值相差较小，不利于保护的整定。

（3）整定计算时考虑的运行方式比较简单，一般只考虑正常运行方式。

（4）煤矿供电系统的继电保护配置应当满足可靠性、选择性、灵敏性及速动性4项基本要求。

2 煤矿供电系统整定计算软件的开发工具

现代化煤矿供电系统整定计算软件是在煤矿企业故障计算和整定计算的基础上，采用面向对象程序设计方法实现，以Windows操作系统为开发平台，应用面向对象的Microsoft Visual Studio C＃和Java（定值单部分采用）为主要的开发工具。实现了逻辑推理和数据计算的有效结合，集应用灵活、适用性强、易于维护等优点于一身。

3 煤矿继电保护整定计算软件的功能体系及实现

现代化煤矿继电保护整定计算软件主要包括图形建模、故障分析、整定计算、定值仿真和数据管理五大功能。各功能模块相互独立又相互关联，构成一个有机的整体，如图1所示。从应用的角度，整个功能模块分为数据层和应用层两个层面。数据层采用ADO 方式访问，采用通用的数据访问接口；应用层采用面向对象技术架构。其中图形建模、数据管理属于数据层；故障分析、整定计算、定值仿真属于应用层。

3.1 图形化模型功能

现代化煤矿供电系统整定计算软件开发了一个功能完善、简单易用的图形建模环境，便于煤矿技术人员方便、快速地绘制煤矿供电系统所需要的各种元件，建立电网模型，所建电网模型具备分层分区功能。电网图形可以分为主网图和站内图两个层次，查看方便，易于维护；还可以查看一次接线图、序网图、配置图，能够更加直观地进行计算、整定等功能。

图形连接采用热点功能，该连接方式不仅不易出错，而且更直观、更方便快速。设备描述及其连接关系遵循IEC61970标准的CIM 模型要求，以便于该系统与其它系统的数据共享和数据接口。

图1 系统功能体系

3.2 故障计算功能

电力系统故障分析采用的数学建模方法为节点阻抗分析法，该算法可实现通用的故障计算功能，是继电保护整定计算和继电保护定值校验的基础。故障计算功能可以对三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路等简单故障类型和多重复故障类型进行分析计算。

3.3 整定计算功能

该系统能够完成面向原理和面向装置的整定计算，并在计算中将自动整定和手动整定有机结合。

面向原理的整定主要对线路的相间距离保护、接地距离保护、零序电流保护、变压器保护等原理型保护定值进行整定，同时输出计算书面向装置整定利用专家系统技术，建立各种保护的型号标准库和整定计算知识库。内容包括版本号、保护功能类型、定值项、整定原则、计算公式、变量及其关联等。有了这个将保护装置的整定计算标准化、规范化的基础，在进行某种型号保护整定时，就可方便地调用，快速输出全部定值。而且保护装置型号的积累实际是一种知识的积累，是以一种信息方式存在，可以维护、继承，并大大地减少人为出错的可能，提高整定计算工作的自动化水平，面向装置整定同时实现计算书和定值单的自动生成。

自动整定过程，系统可以自动搜索保护装置，按照相应的整定原则进行自动计算、自动出整定结果和整定计算书，供用户进行整定工作时参考，整个过程不需要人工干预。

手动整定的整定过程既有一定的智能性，也给用户提供了充分的选择权利。其智能性体现在系统可以自动查找整定原则、相邻线路、相邻线路保护的电气量定值和时间定值，并自动计算整定结果、自动写计算书；人工干预的部分包括与哪条相邻线配合、与其几段配合、挑选各种方式下的分支系数和最大及最小短路电流等数据以及最后整定结果的修正等，整定完成以后程序提供整定全程的计算书。

3.4 定值单生成和管理功能

（1）定值单生成。首先建立每种保护装置的定值单模板，模板中确定了定值单格式和项目内容。通过先原理、后装置的整定过程，其中装置整定严格按照保护装置中列出的定值项进行整定，整定完成后调用对应的定值单模板，将装置定值逐项填入定值单模板，生成定值单。只要系统建立了完备的保护型号库，定值单的生成就可做到一键生成。

定值单编号规则可由用户指定，系统默认为按照时间编号。如果此次整定任务之前已有定值单，则对原定值单内容进行更新，其中的新定值自动转化为原定值，此次定值成为新定值。

（2）定值状态管理。定值单可根据厂站、保护对象、编号等条件进行定位查询，同时，定值单还可以按照待整定、待执行、已执行、已作废4种状态进行查询和管理。

3.5 数据仿真功能

现代化煤矿供电系统整定计算软件提供仿真功能，系统可以基于网络模型设置故障点和故障类型后仿真各保护的动作情况，也可以根据实际短路电流仿真。仿真得到的结果在图形界面上可以直观地显示，也可导出文本以供查阅。

3.6 数据管理功能

继电保护整定会涉及很多原始的数据，通过计算会产生许多输出数据，如各元件设备参数、保护装置信息、定值和故障计算数据等数据系统通过仔细归类，设计了数据库表单对数据进行分类存取，按照资源树方式进行查询，对数据信息进行了高效管理，保证了数据量准确和方便地使用。

4 总结

现代化煤矿供电系统整定计算软件采用可视化技术和面向对象程序设计方法，便于操作、查阅和修改，有一个良好的人机交互界面，专门为现代化煤矿供电系统整定计算开发的专业软件系统。并将煤矿整定计算技术人员从繁重的手动计算中解放出来，节省了大量的计算时间，大大减少了人为错误，提高了煤矿继电保护整定计算管理水平，确保了煤矿供电系统的安全运行，具有很高的实际应用价值，值得广泛推广使用。

［1］ 王正刚，严志敬，李昆鹏.电能计量装置电压缺相导致计量误差的分析 ［J］.中国煤炭，2008 （9）

［2］ 李昆鹏.矿井35kV变电站转角变压器的应用 ［J］.中国煤炭，2009 （7）