可视化的继电保护整定计算系统.docx
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可视化的继电保护整定计算系统
目录
摘要1
关键词1
Abstract：
1
Keywords1
Keywords2
1继电保护及其整定计算的概述2
1.1继电保护的重要性2
1.2对电力系统继电保护的基本要求3
1.3继电保护整定计算的发展历程4
1.4继电保护整定计算的现状5
1.4.1继电保护整定计算方法存在的问题5
1.4.2继电保护整定计算的危险点分析5
2整定计算的解析6
2.1继电保护整定计算的特点6
2.2继电保护整定计算的任务6
2.3继电保护整定计算软件的分析8
2.4整定计算系统通用性和实用性研究9
2.4.1线路保护整定计算系统存在的问题9
2.4.2整定计算系统通用性和实用性9
3系统总体设计10
3.1图形建模模块11
3.2故障分析模块12
3.3整定计算模块12
3.4故障仿真模块15
3.5数据库管理模块15
4结论15
致谢16
参考文献:
17
附录：
DBMS的介绍18
可视化的继电保护整定计算系统
摘要：
随着电力系统规模的日益扩大和继电保护技术的迅速发展，继电保护工作越来越复杂。
系统运行方式的改变、设备检修、新设备的投运等，都会引起保护配置和定值的改变。
数据量庞大且维护工作枯燥、复杂、容易出错。
这些都使继电保护整定值的计算与配合的工作量增多，复杂程度也大大提高。
鉴于上述问题，本文对发电厂继电保护整定计算系统进行了通用性和实用性研究，继而对其进行了总体设计和功能分析。
通用的电厂继电保护整定计算系统通过可视化的方法，使用户可以直观地进行故障分析并结合自己的经验进行保护定值的整定。
该设计对于提高整定计算的速率及效率，保证计算结果的实时性、准确性和解除整定计算人员繁重的劳动具有重要意义。
关键词：
继电保护；整定计算；通用性；可视化
Visualizationoftherelaysettingcalculationsystem
StudentmajoringinElectricalEngineeringandAutomationCuiBaozheng
TutorLvJing
Abstract：
Withtheincreasingsizeofpowersystemexpansionandtherapiddevelopmentofrelaytechnology,relayprotectionworkhasbecomeincreasinglysophisticated.Changesinsystemoperation,equipmentmaintenance,newequipmentputintooperationandsoon,wouldgiverisetotheprotectionoftheconfigurationandsetthevalueofchange.Hugeamountofdataandmaintenanceofdry,complex,pronetoerror.Whichhaveallowedthevalueofrelaysettingcalculationandwiththeincreasedworkload,thecomplexityofwhichhasgreatlyimproved.Inviewoftheaboveproblems,Inthispaper,powerplantrelaysettingcalculationsystemfortheversatilityandusefulnessofresearch,thentheiranalysisoftheoveralldesignandfunctionality.Genericrelaysettingcalculationpowersystem,throughthemethodofvisualization,sothatuserscanintuitivelyfaultanalysisandexperiencecombinedwiththeprotectionoftheirownvaluationoftheentireset.Thedesignforimprovingthesettingoftherateandefficiency,andensurereal-timeresults,accuracy,andtheliftingofheavysettingstaffworkofgreatsignificance.
Keywords：
RelayProtection;Settingcalculation;General;Visualization
引言正确的继电保护定值是防止事故发生和扩大的基础。
目前，发电厂短路电流及主设备保护整定计算工作，大都还采用人工进行手算，这显然与当今计算机技术迅猛发展的时代不相适应。
通用的电厂继保整定计算系统是为简化继电保护整定工作人员的工作而设计开发的，它应用计算机技术，使原来枯燥的短路电流计算和保护整定计算变得形象具体，有利于提高工作效率。
与电网相比，发电厂的设备种类很多，而且每一种设备所配置的保护原理也多，尤其是主设备,这么多原理的保护不仅整定工作复杂，而且定值的管理工作难度大[1]。
又由于主设备内部故障，各种故障电量和非电量的分析非常复杂，目前的故障分析水平还只限于设备引出端，所以整定过程必然需要整定人员的经验，而每一个整定人员的经验是有区别的。
这些因素增加了开发发电厂保护整定软件的难度。
但具体到某一个保护，因不需要考虑与相邻保护的配合关系，它的整定过程要相对简单，所以在另一方面又降低了软件开发的难度。
为了提高整定计算工作的效率，提高整定计算结果的正确性和合理性，有必要研制新的线路保护整定计算系统，实现线路保护、整定计算等全过程的自动化，从根本上将整定计算人员从繁杂的计算工作中解放出来。
本文提出了电力系统线路保护整定计算一体化系统的研制构想，详细阐述了该系统的整体结构和功能划分，并对其中存在的一些问题进行了讨论。
1继电保护及其整定计算的概述
1.1继电保护的重要性
电力系统继电保护（PowerSystemProtection）一词泛指继电保护技术和由各种继电保护装置组成的继电保护系统，包括继电保护的原理设计、配置、整定、调试等技术，也包括由获取电量信息的电压、电流互感器二次回路，经过继电保护装置到断路器跳闸线圈的一整套具体设备，如果需要利用通信手段传送信息，还包括通信设备。
一般继电保护装置由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件三部分组成[2]，如图1所示。
图1继电保护装置的组成框图
1测量比较元件
测量比较元件测量通过被保护的电力元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，输出“是”、“非”、“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。
根据需要继电保护装置往往有一个或多个测量比较元件。
2逻辑判断元件
逻辑判断元件根据测量比较元件输出逻辑信号的性质、先后顺序、持续时间等，使保护装置按一定得逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸、发出信号或不动作，并将对应的指令传给执行输出部分。
3执行输出元件
执行输出元件根据逻辑判断部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。
电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态。
故障和不正常运行状态都可能在电力系统中引起事故。
故障一旦发生，必须迅速而有选择性的切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。
切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。
而这种保护装置直到目前为止，大都是由单个继电器或者继电器与其附属设备的组合构成的，因而称之继电保护装置。
其基本任务是[3]。
（1）自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；
（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发出信号，减负荷或跳闸。
此时一般不要求迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定得延时，以免短暂的运行波动造成不必要的动作和干扰引起的勿动。
可见，继电保护对保证系统安全、稳定和经济运行，阻止故障的扩大和事故的发生，发挥着极其重要的作用。
因此，合理配置继电保护装置，提高整定和校核工作的快速性和准确性，以满足现代电力系统安全稳定运行的要求，理应得到我们的重视。
1.2对电力系统继电保护的基本要求
动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求[4]，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性；
（1）可靠性
对继电保护的一个最根本的要求,当保护该动作时不应拒动,不该动作时不应误动作,反之使保护本身成为事故的根源,造成事故的扩大,其主要原因是制造安装质量问题以及运行维护管理不当,配置整定不合理等,这就要求从业人员技术强,熟知其性能。
经验证明在满足其要求的前提下,采用较为简单的保护方式。
（2）灵敏性
保护对异常现象及故障的反应能力,这种反应能力一般通过被保护设备发生故障时的实际参数与保护装置动作参数的比较来确定,即灵敏系数,灵敏系数越高,表明反应能力越强。
但对灵敏系数的要求均大于1。
在《继电保护和自动装置设计规程》中明确规定一般不小于1.2。
（3）速动性
继电保护的速动性是指尽可能快地切除故障，以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性。
一些必须快速切除的故障有：
（1）使发电厂或重要用户的母线电压低于允许值（一般为0.7倍的额定电压）；
（2）大容量的发电机、变压器和电动机内部发生的故障；
（3）中、低压线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故障；
（4）可能危及人身安全、对通信系统或铁路信号系统有强烈干扰的故障。
要求继电保护快速动作,以尽可能短的时间将故障与系统切除。
以提高系统并列运行的稳定性减少电压降低工作时间,减轻电弧对故障设备的破坏,加速系统电压的恢复,少受故障影响,防止故障的扩大发展。
（4）选择性
继电保护的选择性是指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。
它包含两种意思：
其一是只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障；其二是要力争相邻元件的保护装置对它起后备保护作用。
系统发生故障时,继电保护装置有选择地切除故障设备,非故障部分继续运行,从而将事故影响限制在最小范围内。
它通过正确地制定上下级保护的动作时限和电气动作值的大小来达到配合,使下一级开关比上一级开关先动作。
1.3继电保护整定计算的发展历程
继电保护装置（以下简称继电保护）属于二次系统，但它是电力系统中的一个重要组成部分。
它对电力系统的安全稳定地运行起着极为重要的作用。
继电保护整定计算是继电保护工作中的一项重要工作。
在电力生产运行工作中，继电保护整定计算是一项必不可少的内容，不同的部门其整定计算的目的不同。
电力系统的各级调度部门，其整定计算的目的是对电力系统中已配置安装好的各种继电保护，按照具体电力系统的参数和运行要求，通过计算分析给出所需的各项整定值，使全系统各种继电保护有机协调地布置，正确地发挥作用。
继电保护整定计算的工具和方法随着科学技术的不断进步而不断地改进。
无论国际还是国内，就其发展历程而言，大致可归纳为三个阶段[5]。
（1）人工计算：
70年代及以前,电网结构还非常简单,220kV及以上线路配有一套晶体管高频保护和一套相间距离、零序电流保护。
由于晶体管元件受温度、湿度等环境的影响,性能非常不稳定,所以系统故障主要是靠电流保护和阻抗保护来切除。
其保护整定计算全为人工计算,通过YPΔ变换简化网络,计算出分支系数和短路电流。
因为主保护的薄弱,后备保护对选择性和灵敏性的要求就非常高。
具体来讲,就是在保护范围和时间上必须严格地配合。
考虑各种运行方式及检修情况,计算工作相当繁琐,加之当时计算工具十分落后,继保人员只有依靠计算尺等简单工具的帮助,其工作难度很大。
每计算完一个工程,就会有一大叠计算纸和草稿纸,工作效率十分低下。
（2）人工计算+电流程序：
从80年代～90年代初期,计算机应用逐渐广泛,出现了不少成熟的短路电流计算程序。
这时电网结构也逐渐复杂和庞大,其中大环、小环相互重叠,长线、短线交错连接的状态越来越普遍,单靠人工来计算保护定值已经不能满足系统的需要了。
于是使用了短路电流程序来计算全网任意一点在各种故障类型时的短路电流和分支系数,依照《继电保护整定计算规程》中的原则进行人工计算,选出保护定值。
在不能同时满足灵敏性和选择性的情况时,设立解裂点（规程许可）。
另外,运行方式的考虑必须人为干预。
由于零序电流受系统方式的变化而相差很大,所以,在正常运行检修方式下计算出的零序电流保护定值不能满足某些特殊运行方式的需要,继保人员经常要事先对某些可能出现的特殊方式作好预算,准备各套特殊运行方式的保护定值方案备用,运行人员在遇到此种情况时照方案修改现场的保护定值。
特别是在长、短线路相连,而高频保护又退出运行时,零序电流I段保护很容易越级动作。
（3）计算机整定：
到了90年代中期,电网结构越来越紧密,保护配置通过几年的更新改造,达到了较为完善的状况。
主网线路保护均采用了双套的微机高频保护和后备保护,特别是接地距离保护得到了普遍的采用,这使得在整定零序电流保护时,原则上可以优先考虑选择性,其次再考虑灵敏性,这大大减小了运行方式对保护定值的影响,给运行带来了很大的方便。
同时,在整定工具方面,逐渐使用了较为成熟可靠的整定计算程序。
到目前为止,计算机已能够根据具体整定原则,自动打印出距离保护、零序电流保护定值的计算结果,大大提高了工作效率。
当然,随着科学技术的不断进步,必定会在工作中不断地改进和完善整定计算的工具和方法,使继电保护整定计算工作更为准确和快捷。
随着计算机硬件的迅猛发展,微机保护硬件也在不断发展。
电力系统对继电保护整定计算的要求不断提高,除了保护、计算的基本功能外,还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间,快速的数据处理功能,强大的通信能力,与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据信息和网络资源的能力,高级语言编程等。
1.4继电保护整定计算的现状
1.4.1继电保护整定计算方法存在的问题
高压电网中广泛使用的反应单侧电气量的继电保护，如零序电流保护、相间电流保护、相间距离保护和接地距离保护等，是一种具有固定动作特性的非自适应继电保护，其整定值通过离线计算获得并在运行中保持不变。
根据继电保护整定计算原则，利用计算机进行这类继电保护整定计算的步骤为[6]：
①采用相分量法或序分量法计算电力系统故障时的电气量；②利用故障时的电气量计算继电保护的整定值。
为确保继电保护能适应电力系统运行方式的变化，在整定计算过程中不得不按每套继电保护对应的电力系统最大运行方式计算保护的动作值，按每套继电保护对应的电力系统最小运行方式校验保护的灵敏度，且对延时动作的继电保护II段、III段和IV段，在动作时间上要满足严格的配合关系。
基于这种原则利用计算机进行继电保护整定计算的现有方法主要存在6个方面的问题：
（1）计算非全相振荡时正序网断相口的开路电压未计及网络结构的影响，造成计算结果出现严重的计算误差；
（2）计算继电保护延时段的动作值引入分支系数，造成动作值计算结果出现误差；
（3）计算分支系数时未全面考虑电力系统中分布电源运行方式的变化，导致分支系数本身存在计算误差；
（4）继电保护整定计算过程中采用线性流程，造成多次重复计算同一分支系数；
（5）继电保护整定计算过程中仅轮流开断保护所在线路母线上所连接的线路，可能查找不到电力系统最不利的运行方式;
（6）按保护装置循环安排继电保护整定计算顺序，造成多次重复开断同一条线路。
问题
（1）-（3）造成继电保护整定计算结果不正确；问题（4）和（6）降低了继电保护整定计算的速度和效率；问题（5）可能导致电力系统故障时扩大事故范围。
1.4.2继电保护整定计算的危险点分析
（1）系统建模。
一个符合电网实际的、描述完整、正确无误的电网数据模型，是一切计算的基础。
我们可以完成继电保护计算及管理的大部分工作。
对于日常的整定计算工作不需要我们去重新开发软和构建网络扑连接，只需要我们把每一项基础数据搞准确，并正确的将数据填充，就能够做到建立一个完整的符合电网实际的数据模型。
但是，在实际工作中，往往会有各种各样的原因使得我们的基础数据管理出现漏洞。
所以，我认为电网基础数据管理这一环节是继电保护整定计算工作的危险点。
（2）故障计算。
短路电流计算是整定计算工作中非常重要的基础性工作，它的正确与否决定着整定计算的正确与否。
而短路电流计算的正确与否又取决于合理地选择运行方式和变压器的接地方式。
合理地选择运行方式是改善保护效果，充分发挥保护系统功能的关键之一。
但选择运行方式应与运行方式部门进行充分沟通，考虑各方面的因素才能决定。
在进行故障计算时我们还应注意以下两点[7]：
①就是我们假设电网的三相系统完全对称。
若系统是不对称的，那么不能用对称分量法来分析化简，进行计算。
②除了母线故障和线路出口故障外，故障点的电流、电压量与保护安装处感受到的电流、电压量是不同的。
我们分析的是保护安装处的电气量的变化规律。
（3）配合系数的选择。
配合系数包括了零序网络的分支系数和正序网络的助增系数。
分支系数（或助增系数）的正确选取，直接影响零序保护（或距离保护）定值和保护范围的大小，也影响保护各段的相互配合及灵敏度。
分支系数（或助增系数）的计算与故障计算无关，而与电工基础有关，即电路的串、并联关系决定了电流的分布，决定了分支系数（或助增系数）的大小。
2整定计算的解析
2.1继电保护整定计算的特点
继电保护整定计算工作是继电保护系统的重要组成部分。
它要求从事该工作的人员既要有强烈的责任心，又要有扎实的电力系统基础知识和继电保护系统理论知识。
电力系统的飞速发展给继电保护系统提出了越来越高的要求，而电子技术、计算机技术和通讯技术的飞速发展又给继电保护系统注入了新的活力。
整定计算工作也应适应继电保护的发展需要，研究新方法，解决新问题。
从事继电保护整定计算的人员必须熟悉微机型继电保护装置的硬件、软件。
对继电保护整定计算的要求:
由于继电保护整定计算工作不能独立于继电保护之外，所以整定计算也必须满足“四性”的要求。
即“可靠性”“选择性”“快速性”和“灵敏性”。
这“四性”既相辅相成、相互统一，又相互制约、互相矛盾。
继电保护整定计算在完成“四性”的要求时，必须统筹考虑，不能片面强调一项而忽视另一项，以致“顾此失彼”。
2.2继电保护整定计算的任务
继电保护确定计算的基本任务，就是要对各种继电保护给出整定值；而对电力系统中的全部继电保护来说，则需编制出一个整定方案。
整定计算方案通常可按电力系统的电压等级或设备来编制，还可按继电保护的功能划分方案分别进行。
各种继电保护适应电力系统运行变化的能力都是有限的，因而继电保护方案也不是一成不变的。
随着电力系统运行情况的变化（包括建设发展和运行方式变化），当超出预定的适应范围时，就需要对全部或部分继电保护重新进行整定，以满足新的运行需要。
必须注意，任何一种保护装置的性能都是有限的，即任何一种保护装置对电力系统的适应能力都是有限的。
当电力系统的要求超出该种保护装置所能承担的最大变化限度时，该保护装置便不能完成保护任务。
当继电保护的配置和选型均难以满足电力系统的特殊需要时，必须考虑暂时改变电力系统的需要或采取某些临时措施加以解决。
继电保护整定计算既有自身的整定问题，又有继电保护的配置与选型问题，还有电力系统的结构和运行问题。
因此，整定计算要综合、辨证，统一的运用。
（一）确定保护方案。
目前，市场上定型的微机保护产品往往是保护装置的生产厂家为了满足不同客户的需要，配置了功能十分齐全的保护功能块。
整定计算人员就应根据我们地区电网的实际情况，根据我们的变压器特点来决定用该套变压器保护中的哪个功能块，用哪个功能块来完成哪项功能。
（二）确定各保护功能之间的配合关系。
其中包含了两个方面的意义:
（1）装置内部各功能单位之间的配合关系。
在由几个电气量组成的一套保护装置内部，各元件的作用不同，其灵敏度和选择性要求也不相同。
对于主要元件的要求是既要保证选择性又要保证灵敏性，而作为辅助元件则只要求有足够的灵敏性，并不要求有选择性。
在整定配合上，要求辅助元件的灵敏度要高于主要元件的灵敏度。
辅助元件在保护构成中，按作用分为以下三种[8]：
①判别作用。
为了保护的选择性而装设的。
如方向过流保护中的方向元件。
②闭锁作用。
为了防止正常负荷下的误动而装设的。
如母差保护中的电压闭锁元件。
③起动作用。
为了在故障情况下，将整套保护起动起来进行工作而装设的。
目前微机保护装置反映的是离散化的数字量，以上功能均由软件实现。
虽然，微机保护装置中各元件的意义与过去不尽相同，但它们所起的作用却无本质上的区别。
继电保护整定计算人员必须认真分析各功能块的动作特性，各功能块之间的逻辑关系，并结合被保护设备的故障特征来综合进行考虑，确定保护装置内部各功能块之间的配合关系，并以整定值的形式将配合关系实现。
（2）装置之间的协调配合关系。
这也就是我们一般意义上的继电保护整定计算需要做的工作。
通过短路电流计算，将某一保护装置与相邻的保护装置在灵敏度与动作时间两方面相配合，从而保证选择性。
即当电力系统发生故障时，故障线路的保护必须比上一级相邻线路更灵敏，动作更快，两者缺一不可。
若要提高灵敏度就要延长动作时间；若要提高动作速度就要限制其灵敏度，这实际上是在遵循反时限的原则。
随着电网规模的不断扩大，特别是现代超高压电网要求保护装置不但要做到不“误动”更要做到不“拒动”。
要达到继电保护“四性”的要求，不应由一套保护来完成的。
就一套保护而言，它并不能完全具备“四性”的要求，而必须由一个保护系统来完成。
我们在进行整定计算时，必须树立“系统保护”的概念，多角度、全过程地考虑各个功能块之间的配合关系。
（三）保护方案的准确表述。
这其中除了包括编制整定计算方案和给出继电保护定值，还有一项就是编制运行规定。
整定计算工作者往往十分重视前两项工作，而忽视编制运行规定。
需知，用准确的语言告诉运行人员某个保护功能块在什么情况下用，做什么用，这也是十分重要的。
编制继电保护整定计算方案及给出保护定值并不是整定计算工作的最终目的，整定计算工作的最终目的在于通过保护定值使得继电保护装置在系统故障或异常状态下能按预定的行为进行动作，从而保证电网的稳定运行、将被保护设备的损害降至最低以及缩小停电范围。
整定计算的具体任务：
（1）绘制电力系统接线图。
（2）绘制电力系统阻抗图。
（3）建立电力系统设备参数表。
（4）建立电流、电压互感器参数表。
（5）确定继电保护整定需要满足的电力系统规模及运行方式变化限度。
（6）电力系统各点短路计算结果列表。
（7）建立各种继电保护整定计算表。
（8）按继电保护功能分类，分别绘制出整定值。
（9）编写整定方案报告书，着重说明整定原则、结果评价、存在的问题及采取的对策等。
目前，随着电力系统规模的日益扩大和继电保护技术的迅速发展，继电保护工作越来越复杂。
系统运行方式的改变、设备检修、新设备的投运等，都会引起保护配置和定值
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