发电厂短路电流及继电保护整定计算系统

刘海一 李春娜

【摘 要】当发电厂系统出现故障时，继电保护设备可及时检测到异常运行情况或安全性的故障，既可短时间内发出报警信号，也可迅速切除故障。不过，人工计算继电保护定值虽然可信度高，但计算工作量十分繁琐，随着科学技术的快速发展，这显然难以适应时代的发展。所以，为了预防事故的发生以及减轻人工的工作压力，新开发的电厂短路电流及继电保护整定计算系统以其安全性、全面性、高效性被普遍应用。

【关键词】发电厂;短路电流;继电保护;整定计算系统

前言

继电保护整定计算是发电厂运行的基础工作之一，事关电厂的安全稳定运行。发电厂继电保护装置种类繁多、计算工作量大，从短路电流计算到整定直至定值单生成核对，这一流程中环节众多、细节繁琐，需要整定计算人员具备优良的专业素养及丰富的专业经验。将整定计算人员从繁琐的手工计算工作中解放出来、保证整定計算的可靠性、提高工作效率就成为发电厂整定计算系统的研发目标。

1、发电厂继电保护整定计算工作概述

发电厂继电保护装置种类复杂多样、整定计算工作量大，这要求计算工作人员要有较强的专业知识和相对成熟的实践经验。首先，大部分发电厂继电保护整定计算工作尚处在人工手算的阶段。对发电厂继电保护整定计算系统的开发，将提供不少便利，有着非常重要的实用性。其次，基于继电保护对发电设备故障的多种功能，如切断、报警、隔离、检测。在设计发电厂短路电流及继电保护整定计算系统时，应考虑继电保护运作的基本要求。通过继电保护的要求包括：（1）针对性。即整定计算系统必做是针对某一种故障产生的反应，这才能体现继电保护的功能特点;（2）时效性，发电厂设备故障对电能生产系统的破坏力比较大，这就要求整定计算工作快速运作，计算效率高;（3）稳定性。继电保护装置是发电厂发挥作用的核心指标，这就要求系统运作要稳定、可靠，才能保证继电保护装置的稳定性和安全性。

2、系统架构

众所周知，不同的电厂配置存在一定的差异，其保护装置也都不一样。如果只是根据某一个电厂的配置保护进行整定，将具有一定的片面性，导致所开发的软件只适用于个别电厂。这样使得软件拥有较差的通用性，从而提高了软件开发的成本。所以，设计软件时应当给予重视，设计一种能让普遍发电厂都能使用的计算系统。为了改善这一状况，确保系统具有很好的通用性与扩充性，设计者在设计系统时应当加强系统的模块化与可视化。可视化指的是将抽象难理解的原理通过文字图像显现出来。这一措施使用户能够非常容易理解，并且可视化的特点能够使用户全程参与，提高了整定结果的精确度。而模块化指的是将系统的内容设计成可扩充方式，用户可以根据需要增加更多的保护整定模块。这两方面的特点能够更好地帮助用户使用继电保护整定计算系统，简单易上手，安全性高，并且通用于大部分电厂，降低开发成本。

3、系统功能

发电厂短路电流及继电保护整定计算系统以其可视化与模块化的优点普遍被电厂使用。系统主要是由图形建模、故障计算、元件保护整定和数据管理这四部分组成。笔者将通过介绍这四部分内容，详细分析该系统。

3.1图形建模模块

图形建模指的是通过专业的绘图工具将发电厂的系统结构绘制出来，然后为每一个真实的设备绘制一个对应的图形，计算机通过输入的电力网络拓扑和网络参数自动识别网络结构，并且建立对应的网络教学模型。图形建模能够更加清晰直观地看到故障计算机，为保护整定计算打下一定基础。

工作过程具体如下：

（1）读取电厂中电气主接线以及系统图形文件（图形文件需采用DWG的格式，如果是其他文件可以通过转换插件进行转换）。通常来说，主接线图和系统图都选用设计一开始交付的施工图和竣工图。这样做的目的是为了提高系统辨识的准确性，还减少文件识别后因内容不完整而进行修改的工作量;

（2）数据处理。在这一阶段，将图形与文字的数据进行分离，并安排好图形与文字之间的位置关系;

（3）对基本图形进行辨识。系统将对一些如圆、直线、弧线等基本图形进行辨析;

（4）将元件与预先设计的电气设备图形符号进行匹配，绘制出电气接线图或者厂用系统图;

（5）根据对应的符号，设置相应的参数;

（6）形成计算模型;

（7）工作人员检查建立的计算模型，修改不正确的地方。

3.2故障计算模块

故障计算模块主要针对发电厂内的主设备引出端出现各种故障时，模块能够通过计算模型完成短路电流的计算。故障计算模块的运行方式一般可以进行设置，并且能够计算出非故障处以及故障处的电流电压。具有以下几方面特点：

（1）针对不同的故障设置人机对话接口;

（2）对于不对称故障自动生成序网图;

（3）在遇到故障时，系统通过故障计算模块能够自动分析故障发生的原因;

（4）对于故障计算模块分析出的故障结果，可以进行多种方式输出，如可以以表格的形式，也可以只输出单个计算量。

3.3整定计算模块

所谓保护整定过程，指的是获得整定原则中所涉及到的数据。整定计算模块包含的保护配置、装置设定、整定计算机定值单输出部分是整定系统的核心。

（1）因为当前不同电厂的设备不同、原理不同，所以保护配置用户可以根据具体情况选择保护工具;

（2）对于装置设定，用户需要根据时间经验来决定参数的设置。用户提供一个参数范围，系统程序自动筛选填入合适的设备参数;

（3）用户可以通过故障计算选择故障计算的各种方式来获得数据，这一方式使得计算的可信度更高。此外，整定计算模块提供以文字形式记录整定计算书的功能。这样可以将数据保留，为以后的参考分析提供便利。

3.4系统数据管理模块

系统数据管理模块极大方便了用户对数据的管理。用户可以针对设备参数、故障计算等数据进行管理。同时，数据管理模块还为用户提供了数据查询、打印、备份和删除等功能，为整个系统的相关数据存储、检索等管理工作提供了很大方便。

4、系统功能的优点

4.1便捷性

与人工计算相比，继电保护整定计算系统更加有效率、更加可靠，用户可以很方便计算出结果。同时，该系统将人工与计算的优点相结合，大大缩短了开发周期，降低了人工劳动的强度。

4.2准确度高

因为计算结果是在用户参与下进行的，且数据管理模块使得用户对数据的输出与分析更加方便，所以计算结果更加准确。

4.3通用性广

因为该软件不是针对特殊的电厂设计，所以拥有极强的通行性，从而降低了软件因不同电厂而要进行不同开发的成本。此外，模块化的特点使得用户可以根据自己需要自行添加模块，解决了特殊用户的特殊需求。

4.4维护性强

软件可视化的设计思路，使得用户能够直观了解系统各部分的运作情况，为维护打下一定的基础。同时，故障计算模块、整定计算模块，都加强了软件的可维护性。

5、结语

综上所述，发电厂短路电流及继电保护整定计算系统的开发，除了考虑系统的通用性和可视性，还要考虑其干扰因素，这才能更好的维护发电厂的稳定、安全、可靠运行。此外，本文设置的系统虽然方便用户引入大量的整定经验，但在一定程度上约束了系统的自动化程度。所以，建议发电厂在条件允许下，充分发挥计算机网络平台，在电力系统中广泛应用模糊逻辑、进行规划、神经网络、遗传算法等人工智能技术，以创建与时俱进的智能化网络控制系统，引导继电保护装置正常的运作。

参考文献：

[1]夏成军，谢奕，邱桂华.可视化地铁供配电系统继电保护整定软件的开发，电力系统保护与控制，2011，5：116-120.

[2]郝文斌，洪行旅.智能电网地区继电保护定值整定系统关键技术研究[J].电力系统保护与控制，2011，2：80-82，87.

（作者单位：内蒙古锡林郭勒白音华煤电有限责任公司赤峰新城热电公司）