继电保护整定计算系统研究

王一杰

【摘  要】随着城市电网的扩大，电站电力系统面临的压力越来越大。继电器保护是整个电气系统的关键，其整定计算设计是维护的基础。本文对目前开发的系统进行了介绍，并对其基本结构进行了分析。结合继电保护和继电保护的计算工作，分析了应用过程计算系统所涉及的问题。

【关键词】发电厂;继电保护;整定计算

随着城市化的发展，城市的用电量越来越大。其结果是城市电网的扩展，对电站电力系统的安全稳定运行提出了更高的要求。继电器保护是电站整个电力系统运行的基础，其整定计算直接关系到电站运行和电力传输的稳定性和安全性。

一、整定计算系统的应用现状

虽然发电厂整定计算系统已在发电厂使用多年，但仍有一些问题阻碍其推广，包括：

1.智能化程度依然不高。还是不够聪明。对于电厂的整定计算人员，最好尽量少操作，使用整定计算系统。然而，目前的整定计算系统操作较多，需要建模。短路电流计算后，需要对保护装置进行匹配，并设置设置规则。对于整定计算人员来说，这一过程有时比手工计算更为复杂，甚至需要经过专业培训才能完成操作，这无疑严重制约了系统的使用。具体来说，图形化建模工作包括绘制几十个部件，并输入参数，利用图形元素逐一构建电厂电气主系统模型。对于工厂系统，模型中需要包含数百台电气设备，这使得建模工作成为整定计算系统中最繁琐的工作。

2.系统的维护工作量大。由于各种类型的电气设备在电厂繁多，其相应的多样性保护装置强，与电厂的发展，手术后也会有新的设备或保护装置的操作，这就产生了相应的设置计算系统维护工作，如果工作人员通过设置计算，毫无疑问，它添加了一个额外的负担，如不设整定计算，则不能保证整定计算系统的更新是可靠的。如何找到适合电厂的维修模式，成为整定计算推广应用中必须解决的问题。

3.整定计算系统的通用性不高。当前整定计算系统基本采用专家系统的方式构建，即构建适用于我厂的整定规则，并结合我厂继电保护装置的特点，运用规则计算整定计算结果。由于发电厂的发展和新设备的运行，将整个电力系统中所有设备的设置规则和特点全部罗列出来是不现实的。因此，目前开发的整定计算系统在投入使用前往往需要在工程现场进行一定程度的修改。

4.定值单管理系统功能依然不够实用。定值表管理作为保护管理的基本内容，涉及整个保护定值的计算、审核、发放、执行和变更保存。因为这个过程涉及到许多人在不同的时间参与，如何实现不同人员签名文件，如何确保科学合理的整个过程成为系统设计的困难，仍没有很好的解决，使得当前的诊断计算定值單管理模块系统往往无法发挥作用。

二、系统总体设计

在系统设计中，强调了系统的模块化和可视化特点。模块化使得系统内容易于扩展。该系统提供了尽可能多的保护设置模块，以满足大多数电厂用户的需要。可视化的特点是用图形、文本等直观易懂的方式表达抽象原理。它不仅便于用户了解保护的整定原理，而且整定原理依据《大型发电机变压器继电保护整定计算指南》，可以保证整定过程的正确性。该系统为用户提供了一个可用于电厂故障分析和设备保护设置的开放平台。系统总体结构由五个模块组成：图形建模模块、故障分析模块、设置计算模块、故障仿真模块和数据库管理系统（DBMS）模块。每个模块由几个子模块组成，如图1所示。

DBMS模块是一个具有中心作用的模块，其他模块需要与双向信息交互。图形化建模模块的各个子模块需要在数据库中存储各种信息，如组件的原始参数信息、保护配置信息等。当用户需要查看某些信息时，可以将其从数据库中取出，通过人机界面与用户进行通信。故障分析模块需要将短路计算结果存储在数据库中，故障分析所需元件的原始参数需要从数据库中读取。还需要使用设置计算模块用户选择的保护的集合计算结果存储在数据库中，并在输出集合值时从中读取。故障仿真模块需要从数据库中读取元件的原始参数，并将仿真结果存储在数据库中，为保护配置和保护定值的灵敏度验证提供参考。图形化建模通过图形化操作界面与用户直接交互。除了与数据库管理模块的连接，与其他模块的连接也非常紧密。由于每个模块都需要用户的实际参与和决策，用户的决策通过人机界面反映在设置系统中，最终的参与结果通过人机界面反馈给用户。用户可以通过人机交互不断地设置所需的参数，直到得到满意的结果。故障分析模块、整定计算模块和故障仿真模块是整定计算系统的三个重要组成部分。故障分析模块为整定计算模块提供故障电流数据，故障仿真模块为整定计算提供保护配置参考和灵敏度标定参考。系统选择W indows2000作为开发平台，利用AutoCAD绘图工具，画图画公共接口AutoCAD DXF文件格式，与面向对象的程序设计方法的接口程序，读取AutoCAD DXF文件，图纸在V视觉Basic6.0重新绘制图形编辑环境，编制表单元素图形数据库的基本单位。考虑到电厂设备的设置计算公式简单形式的特点，大量和类似的计算公式相同类型的保护，相同类型的保护可以被定义为一个类，设置计算公式是用XML编写的，并设置计算公式可以计算通过使用VB编程从数据库中获取数据和相应的变量赋值的公式。由于整定计算涉及很多设备参数，以及故障分析、整定计算和故障仿真的中间和最终结果，本系统采用SQL Server2000作为可编程数据库管理系统标准。

三、系统功能分析

上述的五个模块分别完成特定的任务，同时又相互联系、相互依赖，组成一个有机整体。

1.图形建模模块。图形建模是可视化编程的一种表达。还提供了一个具体的绘图工具，使用户可以画一个图表来系统的图形操作界面，输入原始参数（由计算机自动识别系统的网络结构和构造，如电力系统网络的一个数学模型。通过人机界面，用户可以选择保护配置，定义类型和故障点，选择用于保护的CT和PT信息。图形模型是缺陷可视化分析和调整计算的基础。在图形建模中实现的功能包括：（2）系统图的总体运行情况。包括系统图的创建、保存、存储、删除、滚动、缩放等。（3）图形编辑的一般操作。这包括一般的操作，如选择新创建，切割，复制，粘贴，删除，移动，缩放和布局。（4）设备可在保护配置中输入或修改参数。输入或修改后，将数据输入相应的数据库，计算参数的单位值。当您删除设备时，您将从数据库中删除相应的数据。（5）设备连接功能。指导各设备之间的连接的是方便易用的操作说明书并符合电气布线系统的规格，例如检查电压等级在两点之间的连接是一致的，避免错误的或无效的连接。布线系统的网络拓扑是根据设备之间的连接关系建立的，为节点输入矩阵的自动形成和故障的计算做准备。（6）图形元素的维护。每种类型的设备都对应于一个图形元素。该系统提供以下图形元素编辑操作：图形元素导航、图形元素外观编辑、与设备对应的图形元素连接点设置、与图形元素对应的设备类型选择。（7）操作方式。用户可以通过调节系统外部阻抗的大小和断路器的子状态来调节几种系统运行模式。（8）建立系统图之间的所有权关系。不可能在一个接口中表示一个工厂的所有系统模式，特别是对于工厂系统。因此，系统图之间存在一种属性关系，允许用户进行关联。

2.故障分析模块。故障分析模块的主要目的是在电站设备出口出现各种故障时，实现短路电流的计算功能。具体实现的功能如下：故障位置用可见图形表示，故障类型和各种故障由人机界面调节。（2）既可以解决几个简单的缺陷，例如多种类型的缺陷为单个故障点或同一类型的许多方面出现故障，为了满足用户的选择和计算结果的比较。（3）故障分析方法是根据系统的性质自动选择的。在总线自动启动的情况下，也可以为发电系统计算不同的数据。（4）自动显示和打印节点编号和阻抗图。（5）序列网络图的自动生成。对于不对称故障，自动生成正、负、零三阶网络图。（6）缺陷分析结果的输出，要么是结果集，即缺陷报告（以表格形式），要么是为保护缺陷集而计算的单个数量。

3.整定计算模块。整定计算模块是整定系统的核心，它根据保护配置从原始参数库中提取与整定计算有关的原始数据，根据保护装置的整定原理计算保护整定值存储在值数据库中，用于查询和输出。电厂设置計算及保护类型如图2所示。

设置计算模块的功能如下：（1）用户根据实际经验确定的参数（如可靠性系数等）由用户选择或输入，实时提示选择范围和一般情况，给出默认值。（2）设备参数（如额定电流等）由程序自动填写。（3）对于通过短路计算得到的数据，用户应选择短路计算的条件，并在故障分析模块中进行计算。（4）各数据之间的操作关系由程序完成。用户只需确保所有数据完整有效，设置计算自动完成即可。设置结果以设置值的形式显示。

4.故障仿真模块。建主接线图，故障仿真模块可以根据需要在公共汽车或设备终端设置任何类型的故障，保护定值模拟，检查固定值，防止操作中不匹配的继电保护设置，计算和灵敏度不足的问题可以根据故障仿真结果与继电保护设置的值来判断继电保护装置的作用。仿真完成后，自动生成完整的仿真报告，包括系统运行方式、故障位置、故障类型、相位差、各故障数量、固定保护运行时间等。故障仿真模块解决了系统在发生故障前，经过多年工作计算出的值无法得到验证的问题。同时，可以分析继电保护装置在故障过程中的动作行为，预测事故。可大大提高工作效率和工作质量，为继电保护提供先进的管理手段。

5.数据库管理模块。不同厂家、不同机组的电厂设备及保护类型和保护设定值需要保留;用户根据数据库提供的信息选择的保护信息也应保存下来作为设置计算的依据。此外，为了与用户有良好的交互，需要提供原始保护设定值计算结果的查询，以便将扩展后的设备设定值与原始设定值进行比较。数据库管理模块还实现了用户对数据进行有效的管理功能。其管理功能主要包括数据查询、打印和数据备份和删除等。另外，为了保证系统的安全性，需要对用户权限进行管理，即不同的用户权限具有不同的系统使用范围。

四、整定计算系统的发展前景

目前，继电保护整定计算系统的研究与开发还处于起步阶段。随着该系统在电力系统中的实际应用，需要解决的问题也越来越多。随着相关技术的发展，继电保护整定计算系统具有巨大的发展潜力。

1.推广系统网络。随着网络技术和通信技术的发展，设置计算系统需要与之相结合，从本地化向网络化发展，实现网络上的数据交换和信息共享。一方面，可以减轻当地的工作负担;另一方面，信息共享和交互有利于规则判断的准确性，提高继电保护的稳定性。

2.实现数据处理的可视化。目前继电保护整定计算的信息和数据在系统中以单一的形式呈现，不利于数据处理、规则判断和整定策略的制定。下一阶段，利用可视化技术对各种计算数据进行可视化和转换。这样可以大大提高人机交互体验，提高继电保护配置的效率。

3.提高系统的通用性。目前，适应性差的主要原因是数据库和规则库单一。下一步，我们可以在网络的基础上建立网络数据库和规则库。因此，在电厂安装的继电保护整定计算系统仅供配置客户端使用，采用通信技术与终端库进行数据通信。这样可以实现计算数据的本地化和处理操作的网络化，大大提高了系统的适应性。

4.系统控制智能化。在当今世界，越来越多的技术变得智能化。各子模块的嵌入式连接和自动匹配，大大减少了系统的运行步骤。同时，还节省了时间和人力，减少了操作系统中人为操作的误差，提高了继电保护整定计算的准确性。

综上所述，能够实际应用的电厂继电保护整定计算系统的研究与开发将成为下一阶段的研究重点。

参考文献：

[1]曾涵发.地区电网继电保护整定计算系统的开发和应用[J].继电器，2007（19）：42-45.

[2]李东熊.发电厂继电保护整定计算系统的应用现状分析[J].江西电力，2017（01）：48-50

（作者单位：内蒙古大板发电有限责任公司）