发电厂继电保护定值在线整定及管理系统的研发

火力发电技术研究院 李 哲 赵梓邑

继电保护装置是发电厂的重要组成之一，对电力系统的安全稳定运行至关重要,为了保证继电保护装置能够正确发挥作用，按照规定需定期对继电保护定值进行整定校核计算。为保证整定工作的正确性和准确性，在每次整定工作开展前需收集系统归算阻抗变化、发电厂内部运行方式变化、设备变更、保护改造等因素，进行全面的规划、设计、计算，形成整定计算书、通知单并进行必要的校验及审核，最后将整个工作归档记录管理。目前整定计算书、通知单的形成主要依靠电网拓扑、人工计算方式开展，存在着工作量大、效率低、易出错和整定计算不规范等问题，为此需相关软件系统介入来加强对整定工作的管理。

1 系统关键技术

基于SVG 的矢量图形在线展示。采用SVG格式对电厂拓扑结构进行在线展示，可实现矢量缩放并能对所有设备信息实现动态关联。提供可视化建模方式，基于发电机、变压器、母线、断路器、刀闸、电动机、系统等值电源等电力标准图元，实现在线拓扑结构的更新与维护。拓扑构建有两种方式，通过指定发电厂拓扑结构的关键要素，如接线方式、机组数量、励磁方式等，系统自动绘制整体拓扑结构；或通过拖拽标准图元手动绘制拓扑图；编辑过程提供标准规则校验及连接异常的提示，以及能够导出拓扑网表文件和符合SVG 规范的模型文件。

基于模型、模板的数据展示和输出。电厂拓扑结构使用网表进行数字化存储，并采用矩阵变换模型实现所有开关开闭模式下路径模式获取，实现短路电流计算。整定报告采用Office VBA 技术，按照预定义整定报告模板，渲染整定计算过程数据、图文，生成规范化整定报告和定值通知单。整定报告中数学公式管理基于MathML,采用JavaScript、DOM 等技术及MathJax 数学符号渲染引擎来展示，编辑规范采用LaTeX 排版系统，公式多种展示格式的存储，友好的支持了web 端和office 文档的展示。采用Lucene 搜索引擎实现平台内资源检索，并按照分类、标签等技术实现多维度数据统计展示。

面向SOA 架构的整定算法集成。对短路电流和整定计算算法进行服务封装并进行版本化管理，实现算法的安全可控、可升级与扩展，为专业人员提供算法管理。根据发电厂电气设备的保护原理，系统配置出不同保护方案。接线方式、设备、保护装置变更后，用户进行相关的配置调整即可生成一种新的保护方案。系统根据用户配置展示各种原理保护的整定交互页面，同时提供在线帮助，方便用户了解整定原理和整定过程，并以整定计算书和定值单形式将整定过程完整记录。

2 总体功能

2.1 总体应用模式

管理人员通过系统管理设备信息、设备厂家信息、保护装置等基础信息。整定人员对拓扑结构等进行维护与更新，并按规定开启整定任务，系统调用整定计算服务完成整定计算，生成整定报告与定值通知单，经相关负责人审核确认后，将整定通知单下发至发电厂运维部门。

2.2 功能模块

2.2.1 拓扑建模

拓扑模型构建。图形建模是可视化编程的一种体现，通过图形操作界面输入电力网络拓扑和网络参数，由计算机自动识别网络结构，并根据需要建立相应的电力系统网络数学模型。图形建模是实现可视化的故障分析和保护整定计算的基础。拓扑建模界面包括功能区、工具栏区、工作区及图层关系展示区等；拓扑层级管理。有层级需求的模型构建能够实现逐层构建，并能清晰的展示出各层级之间的关系和各层级中设备之间的关系；拓扑模型展示。提供完整的拓扑模型展示区域，能够清晰的显示出发电厂拓扑模型的结构，并能够输出标准SVG 模板文件。展示区域提供放大、缩小、最大化、最小化等功能。无层级关系的拓扑模型图可以无极缩放显示，有层级关系的拓扑模型图应首先展示顶层模型图，模型展示提供模型图的导出功能。

2.2.2 整定计算

继电保护整定过程的实质就是如何获得整定原则中所涉及到的数据，现按照数据来源介绍保护整定功能的实现。整定计算模块以《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》为整定标准，将给用户提供一个能结合自己实际保护需要和整定经验，并能方便直观地干预整个计算过程的工作平台，该模块通过数据库与可视化的图形建模紧密结合，并利用接口与故障分析模块传输故障分析数据。

网表生成。用户使用拓扑建模工具编制拓扑结构模型，基于设备图元等信息构建拓扑结构模型，用户可根据实践经验决定的参数（如可靠系数等）由用户选择输入，对选择的范围和一般情况进行实时提示并给出默认值，设备参数（如额定电流等）由程序自动填入。拓扑结构模型构建支持分层建模。首先构建一次电路等效图，在一次电路等效图基础上设置短路点及各故障点的保护类型，然后生成基于故障点的等效阻抗图，配置完成后最终生成网表文件并输出。

短路电流计算。把网表文件传输到已有的短路电流计算模块进行短路电流计算，最终从短路电流计算模块得到各故障点的短路电流值。

整定计算。将已获取到的各故障点的短路电流和其他整定计算相关信息传输到已有的整定计算模块进行整定计算，最终从整定计算模块得到整定计算结果。各数据间的运算关系由程序完成，用户只需保证所有数据都完备且有效，整定计算过程将自动完成。

报告输出。系统提供整定报告及整定通知单的生成功能，基于报告模板把整定任务相关信息及短路电流计算过程、整定计算过程和整定结果等信息自动渲染到预定义报告模板中，整定报告是以图文形式把整定过程记录并形成文件保存。

2.2.3 基础数据管理

数据管理模块是实现用户对数据的有效管理功能。提供厂家信息、设备信息、设备类型、标准图元等的编辑、分类展示、检索、输入输出等功能，并提供设备标准图元文件的上传和导出功能。

2.2.4 系统管理

系统管理模块主要是为系统运行提供配置和管理，实现系统运行支撑：组织机构管理。提供组织机构信息及层级关系维护和组织机构人员组成管理；用户信息管理。提供用户信息的管理和维护；角色权限管理。实现用户角色定义，系统角色维护，系统角色浏览展示，系统角色权限分配；数据字典管理。实现系统基础信息维护。主要包括常用选项管理如性别、方位等，可根据系统需要进行自定义；系统日志管理。系统日志主要记录了所有用户登录、操作的时间及主要内容，为了保证系统的可追溯及数据恢复的比对。

3 结结

该系统减轻了电厂继电保护工作人员的劳动强度，能够将发电厂的继电保护整定人员摆脱繁重的人工计算，提高了工作效率和保护装置安全水平，降低了保护发生拒动或误动的概率和继电保护中的人为失误，对电网的安全稳定运行提供可靠保障。在有效提高整定工作效率的同时还加强了对整定工作的管理。因此，系统的研发是非常有必要的，具有积极的实用意义和市场前景。