继电保护省地一体化整定计算系统建设与应用

李 靖，范荣奇，王安宁，朱倩茹，黄德斌

（1.山东电力调度控制中心，济南 250001；2.山东容弗新信息科技有限公司，济南 250001）

继电保护省地一体化整定计算系统建设与应用

李 靖1，范荣奇1，王安宁1，朱倩茹1，黄德斌2

（1.山东电力调度控制中心，济南 250001；2.山东容弗新信息科技有限公司，济南 250001）

电网规模的不断扩大使得元件间的保护配合越来越复杂，传统的人工手动整定计算继电保护定值已经无法承受日益增大的工作量，单机版的整定计算软件也逐渐凸显出了无法协同工作、数据交互困难、计算模型受限等缺陷。为此，山东省调建立了一套省地一体化整定计算系统，利用分布式构架进行基础数据资源共享和模型数据拼接；根据流程实现整定计算业务多方参与、有序协作；计算模型不受限制，实现整定配合原则、保护定值算法等可视化配置及统一管理。该系统根本改变了山东电网整定计算人员的工作方式和方法，极大程度地提高了继电保护整定计算工作效率，保证了电网安全稳定运行。

继电保护；省地一体化；整定计算；数据共享；协同工作

0 引言

整定计算工作是电网继电保护系统协调动作的基础，通过整定计算得出的定值单把独立、分布式的保护装置通过动作值、动作时间相互配合起来有序统一工作，保证在电网故障情况下，主保护和后备保护协调一致，以最短的时间、最小的代价、最优的方案切除故障，保护电网和设备，最大限度地保障电力供应。

传统的继电保护整定计算大多依靠手工计算进行，计算机普及后逐渐转变为利用单机版的计算机软件进行整定计算，减轻了手工计算的工作量，但也存在着无法多人同时工作、数据维护量大、专业要求高、数据交互易出错、整定原则及定值格式不够统一等问题，严重制约了整定计算人员的工作效率。

近年来，不少专家学者对分布式整定计算系统或软件进行了研究开发。在10年之前，一些专家就分别从平台、一体化、流程和与其他系统集成等方面对多用户协同工作的整定计算系统提出了概念性设计［1-5］；近五年来，随着计算机技术的飞速发展，一些学者从数据处理、模型拼接、图形化建模、自动配合计算等技术角度对整定计算系统进行了深入探讨［6-12］。到目前为止，已经有一些一体化整定计算软件实现了实用化［13-17］，但在实现方式和功能应用方面存在较大差异，部分功能仍需优化。

针对单机版整定计算软件的缺陷，基于建立模型可视化、数据交换自动化、整定原则统一化、计算功能实用化的建设思路，结合多年的技术积累和电网运行管辖特点，研究出一套省地一体化整定计算系统。该系统采用省、地调分布式架构，基础数据资源交互共享，用户通过客户端登录的方式参与工作，不受人数限制；采用图模一体化建模，融合了一、二次数据，并根据模型自动生成系统和厂站方式；使用严格规范的整定计算原则和流程，保证计算结果准确可靠；进行保护版本管控和定值清单制作，统一规范定值单模板并实现定值自动计算；定值单输出格式多样，同时实现与流转流程的无缝衔接。

省地一体化整定计算系统规范了整定计算工作的全过程，通过技术手段保证了数据的安全性和定值的正确性，同时改进了整定计算人员的工作方式，提高了工作效率。

1 系统架构

省调、地调均配置双套专用数据服务器，一主一备，存储相关电网整定计算基础数据和各类应用数据。省调、地调用户可以分别通过安装在工作站上的客户端连接对应的本地服务器进行相关操作，如建立管辖电网一次模型，维护管辖电网设备参数、更新配置保护装置、设置厂站方式和系统方式、编制装置定值单等，并通过调度数据网进行省地调间、地调相互间的整定计算基础数据交换。

图1 省地一体化整定计算系统架构

系统架构优点：不同调度机构拥有各自的数据服务器，通过调度数据网形成跨地域的分布式应用系统，利用数据交换和整合机制实现了基础数据的“源端维护，全网共享”。允许多用户同时通过工作站上的客户端连接本地服务器使用程序，从而同步进行工作且互不干扰，提高工作效率。数据更新和计算模型拼接可选择。若大电网分区界限明显，子区域电网在计算时可以只选择对自己计算结果存有影响的相邻子区域的有关数据进行拼接和计算，较拼接全网数据能够减小模型，进而缩短计算时间。

2 主要功能

2.1 图模一体化的一次建模

可视化建模。通过符合SVG国际标准的图形系统进行可视化建模，包括变电站主接线图、电网一次接线图、定值配合图，如图2～4所示。

图2 变电站主接线图（局部）

图3 山东电网一次接线图（局部）

变电站主接线图和电网一次接线图均与能量管理系统（Energy Management System，EMS）的图形保持一致，变电站主接线图还增加了对继电保护保护有重要意义的电流互感器（TA）位置及相关参数的图形显示。

图4 定值配合图（局部）

自动生成拓扑结构。以图形为基础，可以根据相应的设备模型自动生成对应的电网网络拓扑结构，用于配合计算和故障计算，并能自动检验电网网络拓扑结构的正确性和合理性。

电网设备参数及台账管理。规范化命名的设备模型与ID符合IEC61970-CIM标准模型，保证了厂站和设备名称的唯一性，可与其他符合该标准模型的系统共享和交换数据，同时可以按电压等级及地域分类对一次设备台账进行管理。一次设备信息的内容可涵盖所有电力系统设备元件，设备参数既可以输入铭牌参数、实测参数也可以选择设计参数或典型参数，程序会自动根据用户的选择换算出相应参数的有名值或者标幺值。

数据展示方式多样化。支持对数据的多层次、多视角浏览，具备树形图、文本视图、数据报表、图形等多种浏览方式；提供多种可自定义的检索、统计方式，如可以导出一次设备台账信息、设备参数报表，格式、内容以及样式均可自定义。

2.2 装置类型管理

电网中运行的保护装置种类繁多，厂家各异，保护版本不同，因此在系统内设置了专门的装置类型库，用来管理和维护电网中所用保护装置的型号、版本、校验码、说明书及定值清单等相关信息，产品信息按生产厂家、型号、版本进行分类管理，还可按系列分域管理，便于查询、共享和维护；支持模块化保护装置入库，数据模型兼容IEC61850标准模型，标准ICD文件可直接导入、导出。装置类型库可作为电网基础数据供其他应用软件或系统使用。装置类型库管理如图5所示。

图5 装置类型库管理

2.3 保护配置管理

在变电站主接线图基础上，可以进行图形化的保护配置管理：选取相关一次设备，简单配置保护屏和保护装置的相关信息，可将传统的文字或列表展示保护配置转化为图形，并标示在一次设备图形元件附近，使一次设备、保护屏、保护装置的关联关系一目了然；还可按地域、厂站、电压等级和间隔等对二次设备台账进行分类排序，文本视图中则显示保护装置型号、版本、校验码等相关具体信息，便于查看和管理。500 kV变电站线路、母线、断路器保护配置如图6所示。

图6 500 kV变电站保护配置

2.4 电网运行方式设置

整定计算需要考虑发电厂和变电站的多种厂站运行方式，以及整个电网的大、小系统运行方式。一体化整定计算系统以一次建模应用为基础，可以直接在主接线图上管理和维护变电站正在运行或可能出现的运行方式。例如，设置开关断开或闭合、变压器接地方式等，并为故障计算进行数据预处理和检查。厂站方式设置完成后，可经数据交换至全网交换数据库，供相关区域电网整定计算调用。变电站的厂站方式设置界面如图7所示。

图7 变电站厂站方式设置

电网系统方式变化多样，对整定计算结果影响较大，正确设置电网系统方式对计算结果的准确性和适应性至关重要。一体化整定计算系统可以针对整个电网设置其各种不同情况下的运行方式，例如：大小方式、电源小方式、各种供电方式等，且方式组合灵活方便，方式个数不受限制。可通过划分与其他地方交换过来的数据的边界来获得本地区需要使用的数据范围。系统方式设置如图8所示。

图8 系统方式设置

2.5 整定配合计算

基于模型驱动概念，整定配合计算程序能够自动识别用户自定义的配合规则来完成原理级定值的计算，自定义的内容包括：计算范围、保护原理类型、保护段数、配合关系、配合方式、计算公式、取值方案、定值颜色等。在整定原则发生变化时，仅需修改配合规则定义即可进行重新计算，无需修改程序从而保证程序的稳定性和规则的可扩展性。定值的显示、调整和计算范围的选择均能通过图形界面进行浏览、展示和操作。

定值计算过程采用自动计算与人工干预相结合的方式，程序自动计算完成后，用户可根据计算结果结合电网实际情况和用户经验进行人工干预，包括调整配合关系、配合计算条件以及最终定值，调整配合关系时程序会自动检查出无限循环并提示用户修改。程序始终遵循人工操作优于计算机操作的原则，即人工调整的结果不会被程序的自动计算过程所修改，且计算过程中用户所做调整均会记录。电网发生变化时，程序还可根据电网变化情况自动调整或继承已有的配合方案。

配合定值一旦计算完成程序还可自动生成整定计算书，方便用户查看计算过程，分析判断。计算书内容包括本保护段需要计算的配合原则、配合保护、计算条件（即所要考虑的方式），以及不同的配合原则对应的计算条件的结果和最后的定值取值及建议范围等。计算书的格式用户可自定义。

智能定值管理。整定计算人员可以根据定值执行情况将现有运行的定值存为原定值，下次进行定值计算时，程序会自动考虑原定值，如果新定值在原定值一定范围内，程序将自动选取原定值为新定值，尽量减少运行定值的变化，保证电网稳定运行。

2.6 故障计算

用来模拟所有电压等级和规模电网的故障情况，并分析其各种故障后的电气量及变化量。计算核心基于复数计算，支持简单故障、复杂故障（包括短路故障、断线故障、跨线故障之间随意组合）以及电网边界等值计算（包括单点等值和多点等值），并支持过渡电阻的输入，还可计算开关等无阻抗元件的电气量。

支持各种运行方式和系统方式的组合，方式组合灵活方便，方式个数不受限制，支持线路停用或挂检、线路轮断、指定厂站方式、轮变厂站方式、轮变系统方式等。故障计算设置案例如图9所示。

图9 故障计算设置案例

支持计算分析电气量的自定义和分析结果的筛选，可根据设置对分析计算结果进行筛选或统计列表输出。计算设置和计算结果均可通过图形进行操作和展示。

2.7 装置定值计算与管理

定值单模板。保护配置完成后，根据装置类型库中对应的保护装置型号的定值清单，经简单操作可建立自定义格式的标准化定值通知单模板，同一个型号、版本和校验码的保护装置仅对应一个模板，保证了定值单模板的通用性和唯一性，通过模板共享功能可实现一人制作，全网使用。定值单模板设计界面如图10所示。

图10 定值单模板设计界面

定值条目算法配置。针对不同的定值条目，通过读取一次建模中相关参数、设置典型数值、建立和编辑计算公式、调用故障计算模块实时计算等途径，对定值单中每一个条目配置算法，实现定值的一键自动计算，供人工检查和校核；算法经省调审核后统一发布保存在算法库中，可供不同厂家、型号装置同一意义条目调用；同时自动生成整定计算书，每一个定值条目的计算方法可见可追溯。

定值单台账管理。定值单可按厂站、电压等级、被保护设备、保护类型、定值单编号和日期、定值单状态、采用的定值单模板等进行分类查询和管理，历史定值单可永久保留，不随保护更换而删除。还能够以多种常用格式导出定值单，方便查看和使用。定值单台账管理如图11所示。

图11 定值单台账管理

定值单生成后即可自动唯一编号，经手动上传至调度管理应用系统 （Operating Management System，OMS）后可将定值单送入编制、校核、审核、批准、发布、执行、核对、归档等标准SOP流转流程。定值单上传、导出等功能如图12所示。

图12 定值单上传、导出等功能

3 关键应用技术提升

省地一体化整定计算系统覆盖了整定计算从建模到下发定值单的全过程，从计算模型大小、操作使用人员数量、计算模型拼接自动化程度、配合规则适应能力、装置定值计算过程可视化等多个应用层面上彻底消除了之前单机版程序存在的缺陷，从根本上改变了整定计算人员的工作方式和方法。一体化整定计算系统与单机版软件的对比见表1。

表1 一体化整定计算系统与单机版软件对比

受程序限制，单机版软件计算模型节点最多不超过800个，而一体化系统则不受节点数量限制；单机版软件对不同区域电网模型的拼接需要手动进行，一体化系统则完全自动进行；单机版软件仅能一个人操作使用，一体化系统实现了多用户同时操作互不影响；单机版软件的整定配合计算规则固化在程序中，非专业编程人员不便修改，而一体化系统则对配合计算模块增加了规则配置层，由使用人员根据本地的配合规则和使用习惯即可进行自定义配置，即使不懂编程也完全能够进行此项工作；最终得到的装置定值计算结果，单机版程序是通过脚本的形式展示，不方便查看和校核，而一体化系统则是以计算书的形式将计算过程和公式展示出来，便于追溯和校核。

4 省地一体化特点体现

实现数据的“源端维护、全网共享”。制定了“谁管辖，谁维护、谁负责”的原则，电网基础数据按照调度管辖范围维护，使用统一的设备信息填报界面，保证了全网设备名称、参数、管理属性等一致。本地基础数据（包括一次建模数据、保护配置数据、厂站方式设置等）维护好后通过数据管理工具以数据包的形式发送给相关单位，接收单位视工作情况、范围和进度有选择地进行模型拼接和数据整合，继而参与配合计算或故障计算。

保护装置类型的统一管理。保护厂家按照省调相关规定提供准确资料，进行保护入网登记，只有经入网登记后的保护装置才能进入系统，由省调审核过后以装置类型库的形式统一发送给地调更新使用。

全网整定原则统一，定值单模板、算法统一。各个地区保护定值计算均基于本区域电网的全模型数据，不再使用系统等值；保护配合整定原则统一，由省调统一维护，统一发布供全网使用，保证了全省内配合整定原则的一致、规范、标准；定值单模板、算法统一，入网后的保护装置由最初使用单位维护定值单模板、配置算法，经省调审核后统一发布，全网共享。

提供了与其他保护技术支持系统的接口，将全网基础数据整合后，可以向保护信息系统、故障全息系统提供模型参数及图形数据，保证了保护专业各个系统模型的一致性，实现横纵向各个系统之间的无缝衔接和互联互通，提高保护基础信息的维护、共享、交互和使用效率。

5 应用实例

500 kV新泰站位于泰安、济宁、莱芜、临沂4个地区交界位置，与4个地区的220 kV电网均有直接联系，500 kV新泰站周边电网结构如图13所示。

图13 500 kV新泰站周边电网结构

建立模型：省调建立500 kV新泰站模型，维护主接线图、设备参数及系统和厂站方式；泰安、济宁、莱芜、临沂地区在相应厂站上建立新泰站220 kV出线模型并维护参数，同时发送数据交换请求；省调接收数据，将4个地区电网的线路拼接到新泰站内对应间隔并返回完整数据。

保护配置：保护厂家在保护装置入网时根据现场装置录入保护版本信息及定值清单；按照调度管辖范围，二次班组在一次模型基础上维护好二次保护配置参数；通过数据交换得到相邻地区设备的保护配置。

配合计算：根据确定的配合计算规则，省调在500 kV电网范围内计算新泰站500 kV系统保护定值，地调计算本地区220 kV电网范围新泰站出线保护定值。220 kV新泉双线的配合定值计算结果如图14所示。

图14 220 kV新泉双线配合定值计算结果

装置定值：根据装置型号和定值清单，建立定值单模板并配置定值算法，编制调管范围内保护装置的定值单，并发送至OMS系统进入定值单流转流程。

6 结语

目前已推广应用的省地一体化整定计算系统规范了继电保护整定计算的全过程；分散了电网基础数据维护的工作量，保证了数据维护的准确性；整合了全网的数据用于精确计算，统一了全网系统方式、厂站方式的设置原则，为保护定值的正确性提供了安全保障；制定了标准化的配合规则、定值单格式、模板和算法，并且能够共享，减少了全网整定计算人员的重复工作；同时还有效管控了在网运行的继电保护版本数量，并且为其他相关技术支持系统提供了强大的基础数据支撑。

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Construction and Application of Province-Prefecture Integrated Relay Protection Setting Calculation System

LI Jing1，FAN Rongqi1，WANG Anning1，ZHU Qianru1，HUANG Debin2
（1.Shandong Electric Power Dispatching and Control Center，Jinan 250001，China；2.Shandong Roof Innovation Technology Co.，Ltd.，Jinan 250001，China）

With the continuous expansion of the scale of the power grid，the cooperation of protection between power components are becoming more and more complexity.The traditional manual calculation has been unable to bear the increasing grid workload，the stand-alone setting calculation software also gradually highlights defects such as the lack of cooperative work，the difficulty of data exchange and the limitation of a computational model.Therefore，a province-prefecture integrated relay protection setting calculation system has been established.This system uses distributed architecture for basic data resource sharing and model data splicing.According to the process，the multi-party participation and orderly cooperation are realized. The calculation model is not limited，and it can realize the visual configuration and unified management of the setting and matching principle，the protection value setting algorithm and so on.The system has been fundamentally changed working methods of relay protection setting personnel in Shandong power grid，which greatly improves the work efficiency of relay protection setting calculation and ensures the safe and stable operation of the power grid.

relay protection；province-prefecture integrated；setting calculation；data sharing；cooperative work

TM771

A

1007－9904（2017）03－0031－07

2016-10-01

李 靖（1985），男，工程师，主要从事电力系统继电保护工作。