毕业设计（论文）-继电保护整定计算定值管理系统的可视化设计.pdf

- i - 继电保护整定计算定值管理系统的可视 化设计 摘要 继电保护整定计算定值管理系统的可视 化设计 摘要 电网故障分析计算是电气设备和电网接线选择的重要依据，继电保护整定 计算是电力生产中必需的工作。如今电网结构复杂且运行方式多变，两项工作 由人为手工计算很困难，新的计算机技术应用于此能加以克服。 本文采用节点导纳矩阵作为系统的数学模型，对电网中各种故障（短路、 断线、双重复故障）进行分析；综合考虑各种运行方式变化，提出合理的零序 电流保护和距离保护分支系数的计算方案；接着探讨了线路自适应继电保护定 值计算的数学模型及其实现,大规模复杂环网断点的求取以及主/后备保护整定 配合的问题；之后建立电网面向对象(object-oriented)加多种分析功能的模型， 这使后面的工作能够完成，也增加了更多的分析功能。在所建模型基础上，开 发了一个面向对象的电力系统图编辑器，可方便地与各种分析功能进行接口； 用 vc+开发出面向对象的电网故障分析及继电保护整定软件，文中同时实现了 潮流计算功能。 为整定计算的需要，我们将电力系统对象模型作一个逻辑上的划分：第一 级逻辑对象代表构成电网的各个变电站和输电线路的集合；第二级逻辑对象隶 属于第一级的某个逻辑对象；第三级节点包括两种逻辑对象，其一是隶属于第 二级逻辑对象的某台设备，其二是指隶属于电力系统的某条输电线路的保护装 置定值的集合。 关键词关键词：故障分析；分支系数；自适应；继电保护配合整定 哈尔滨理工大学学士学位论文 - ii - visible design on calculate fix valueadminister system of protection relay setting and calculation abstract electric network fault calculation is an important reference of electric equipment choice, electric network design choice and relaying protection setting calculation relay protection setting calculation is essential in electrical power system now electric network is very complicated, and its mode of operation is multivariant these works are difficult to deal with handwork. new computer technology can overcome these difficults using node admittance matrix as maths model of network，all kinds of faults (including short circuit 、 break of conductor and double combined failure)are analysed；a reasonable project about branch coefficient of zero current protection and distance protection is brought forward；some problems are discussed,such as the line adaptive relay protection setting math model and its realization,the calculation of break points set and the coordination of main / backup protection in multiloop networks；an oo(object-oriented)model of power system is formed,in which later jobs can be done so as to add more analysis functions.based on the oo model founded,a power system diagram editor is developed which is convenient to integrate all kinds of analysis programmes with an object-oriented power system fault analysis and relay protection setting calculation package is developed using vc+ the load flow analysis function is also implemented in the package for the need of adjusting calculation,lets make a logical division for the up object model of electric systemthe logical objects of the first level represent the complex of each converting station and electric transmission line which compose the 哈尔滨理工大学学士学位论文 - iii - electric network；the second level logical objects are some logical objects which are belonged to the first；the third level node include two kinds of logical object,one is some equipment which is belonged to the second level logical object,and the other is the complex of the protection equipment constant value of one electric transmission line in power system keywords: fault analysis；branch coefficient；adaptive；protection relay setting and coordination 哈尔滨理工大学学士学位论文 - iv - 目录目录 摘要. abstract 第 1 章 绪论1 1.1 课题背景及意义.1 1.2 国内外研究现状.1 1.2.1 继电保护整定1 1.2.2 目前故障分析及继电保护整定计算软件的不足2 1.3 本文的主要工作.2 第 2 章 继电保护整定原理3 2.1 电力系统继电保护概述.3 2.2 阶段式保护的整定原则及程序框图.4 2.2.1 线路距离保护整定5 2.2.2 线路零序电流保护整定6 第 3 章 继电保护整定计算中的分支系数7 3.1 整定计算中运行方式的选择.7 3.2 分支系数的分析.8 3.2.1 电流保护中的分支系数8 3.2.2 距离保护中的分支系数8 3.3 距离保护和零序保护中的分支系数.9 3.3.1 助增系数9 3.3.2 零序分支系数9 第 4 章 电网面向对象模型及其可视化实现.11 4.1 电力系统对象模型的层次结构11 4.1.1 对象模型的层次介绍.11 4.1.2 基于整定计算自适应的对象模型逻辑划分12 4.1.3 基类对象一图形对象12 4.2 电力系统中的对象及其 c+类描述.13 4.2.1 电力系统组件对象一 cepsco13 4.2.2 节点与母线13 4.2.3 n 端口设备.14 4.3 辅助对象.22 4.4 电网对象.23 第 5 章 可视化计算分析程序及软件系统的实现25 5.1 软件总体结构.25 5.2 相关数学类及其实现.26 5.2.1 复数类26 哈尔滨理工大学学士学位论文 - v - 5.2.2 大型稀疏线性方程组的求解26 5.3 电网潮流计算及故障分析.29 5.3.1 潮流计算29 5.3.2 故障分析30 5.4 整定计算的方案及程序模块的功能.33 5.5 软件系统的使用介绍及说明35 结论38 致谢39 参考文献40 附录 a42 附录 b45 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 6 - 第第 1 章 绪论章 绪论 1.1 课题背景及意义课题背景及意义 在电力系统的规划、设计、运行、事故分析、继电保护与自动装置的整定 计算和工况分析中，均需要快速和足够精确地进行大量的故障数值计算和分 析。随着计算机技术的飞速发展，现在普遍采用计算机进行故障分析。 电力系统继电保护装置在系统发生故障时切除故障设备，起着保证电力系 统安全稳定运行的作用。电力系统继电保护装置的可靠运行涉及到继电保护装 置的配置设计、安装制造、整定计算、运行维护等诸多方面，其中合理的保护 配置和正确地进行整定计算对保证继电保护装置的可靠运行具有十分重要的作 用。为了满足电网对继电保护提出的可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要 求，使继电保护达到最佳的配合状态，必须做好电网继电保护的整定计算。 综上，对电网故障分析及继电保护整定相关问题进行研究非常有意义。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 1.2.1 继电保护整定继电保护整定 国外在整定算法的研究方面起步较早，早在六十年代初，就有人从事这方 面的工作。其中值的一提的是针对复杂环网中方向电流和距离保护的最优配合 问题的网络图论算法，该算法的核心是确定作为整定配合计算的起始点，且具 有最少基数的保护集合，即最小断开点集(minimum break point set, mbps)，从 而确定保护整定的相对顺序。1969 年，knable 又首次把保护整定计算与相关顺 序矢量 rsv (relative sequencevector)联系起来，提出 rsv 序列中的起始点保护 就是断开点。在此基础上，给出了确定环网中保护相对顺序序列的方法:首次将 网络图论和保护配合关系联系起来，针对网络中存在的 t 接线情况，提出了虚 拟节点的概念，为线路保护整定算法的提出打下了基础。1988 年，bapeswara ra 等人进行了进一步的改进上作，提出了一种可减小工作量、提高计算速度的 求取简单回路矩阵 l的新方法，并且运用布尔法研究了最小断开点集的求法。 jenkin 等人提出了保护“基本后备”(foundational dependency)的概念，并山此 导出一个判断给定保护集合是否能断开所有有向回路的准则。 1992 年，王旭蕊等对简单回路矩阵刃的求法作了改进上作，进一步完善了 l的求法.陈允平等提出通过构造 s 函数，用布尔法求解，给出了搜索简单回路 的算法:同时为了解决 t 接线网络中保护相互配合的问题，提出了虚拟支路与虚 拟保护的概念，并完善了求取相邻保护配合关系的算法。 以上的方法都要求找到全部的简单回路，在简单回路的基础上进行 bps 的搜 索。由于网络简单回路是基本回路(数口为 n)的任意组合，其组合方式可达 2n-1 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 7 - 种。madam 等用“不相关树”的搜索，代替简单回路的搜索，同时通过网络化 简和分割，把对全网最少断开点的搜索化为对多个子网最少断开点的搜索，使 问题得到简化。但该方法没有给出网络分割和子网不相关树搜索的有效算法， 这种搜索的复杂性降低了该算法的效率。 在电网发生事故时，不但要求保护能尽快动作，而且在电网结构发生变化 时，能以尽量少的保护定值改动，来满足新的配合关系。该文用线性规划方 法，以满足配合关系为约束，求出满足上述口标的保护定值。 随着新型保护的不断研制和电网自动化水平的提高，能根据电网运行情况 自动调整其定值的自适应保护己经实现。 1.2.2 目前故障分析及继电保护整定计算软件的不足目前故障分析及继电保护整定计算软件的不足 从以上国内外的研究动态来看，针对继电保护定值计算的研究取得了非常 多的成果，并推出了一批相应的软件。如湖南省中调开发的短路程序和东北电 院开发的整定程序。这些软件己经可以自动计算一些专门类别的故障，但是在 使用过程中也存在较大的缺陷： 1由于 fortran 语言编制，在 dos 环境下运行，采用数据文件的形式输入数 据，对使用人员要求较高。 2采用的是面向过程的开发上具和方法，通用性，扩展性差。 3没有完备的数据库，数据管理，结果输出不自观，易出错。 近年来，基于面向对象的开发方法逐步在电力系统应用，并有一些相关的 软件投入应用。但当应用于高压电网时，如果对全网进行故障分析计算，耗时 长，不能完全满足快速精确计算的要求。 这些软件的研究和实现主要都是单纯的集中在定值本身的计算和管理上， 对于面向整个系统定值的计算和管理，特别当系统网络拓扑方式、系统运行方 式、新的保护投切以后，如何维持整个系统所有元件和设备继电保护定值的完 整性和可靠性方面，存在着明显的待完善之处。 1.3 本文的主要工作本文的主要工作 在分析研究国内外各种研究成果及已有自适应保护理论的基础上，本文主 要工作如下1213： 1、进行电力系统的面向对象的建模。 2、在所建模型的基础上，开发一个面向对象的电力系统网络接线编辑器， 以方便与各种功能进行接口，为它们提供一个方便统一的人机界面。 3、对电力系统故障计算及继电保护整定的有关算法进行面向对象实现，用 vc+6.0 开发面向对象的电力系统故障分析及继保整定计算软件，与开发的系 统图编辑器的连接实现故障分析及整定计算的可视化。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 8 - 第第 2 章 继电保护整定原理章 继电保护整定原理 2.1 电力系统继电保护概述电力系统继电保护概述 电力系统运行中，可能发生各种故障和不正常的运行状态。最常见同时也 是最危险的故障是发生各种类型的短路。当系统发生故障或不正常运行状态 时，都会危及系统安全，引发事故，有时甚至可能造成人身和设备安全事故。 电力系统故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这依赖于继电 保护装置的正确动作。因此，合理地选择保护方式和正确地进行整定计算，对 保证电力系统的安全运行有非常重要的意义。 选择保护方式时，希望全面满足继电保护可靠性、选择性、灵敏性和速动 性的四项基本要求。继电保护的可靠性是指继电保护装置规定的保护范围内发 生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其它保护不应该动作 的情况下，则不应该误动作。继电保护的选择性则是指首先由故障设备或线路 本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许 由相邻设备、线路的保护或断路器失灵保护切除故障。为了保证选择性，对相 邻设备和线路有配合要求的保护和同一级保护内有配合要求的两元件，其灵敏 系数和动作时间，在一般情况下应相互配合。继电保护的灵敏性是指对于其保 护范围内发生的故障和不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装 置应该是在事先规定的保护范围内故障时，不论短路点位置、短路的类型如 何，以及短路点是否有过渡电阻，都能敏锐感觉，正确反应。保护装置的灵敏 性，通常用灵敏系数来衡量。继电保护的速动性是指发生故障时，应力求保护 装置能迅速动作切除故障。继电保护的整定，主要考虑继电保护的选择性和灵 敏性。对于方向保护，相邻线路的配合动作值和动作时间都要相互配合，以满 足选择性和灵敏性的要求。电力系统的安全运行是一个综合整体，继电保护与 电网的接线方式以及调度运行密切相关。合理的电网结构是电力系统安全稳定 运行的基础，继电保护装置能否发挥积极作用，与电网结构和电力设备的布置 是否合理有密切关系，因此必须把它们作为一个有机整体统一考虑，全面安 排。 电力系统中的继电保护是按断路器的配置装设的，因此继电保护必须按照 断路器分级进行整定。继电保护的分级是按保护的正方向来划分的，要求按保 护的正方向各相邻的上、下级保护之间实现配合协调，以达到选择性的目的。 这是继电保护整定配合的总原则。 在继电保护整定计算时，应按该保护在电力系统运行全过程中均能正确工 作来设定整定计算条件。举例来说，对于相电流过电流保护，其任务是切除短 路故障，但它在电力系统运行中将会遇到各种运行状态包括短路、振荡、负荷 自启动、重合闸等，除了在其保护范围内发生短路故障时应该动作外，在其它 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 9 - 运行状态下它都不应动作。因此，在进行相电流过流保护整定计算时，就必须 考虑并满足可能遇到的各种运行状态。当保护装置已经具有防止某种运行状态 下误动作的功能时，则整定计算就不再考虑该运行状态下的整定条件。 继电保护的整定计算方法按保护构成原理分两种。第一种是以差动为基本 原理的保护，包括发电机、变压器、母线等差动保护，各种纵联方式的线路保 护，如高频保护。它们在原理上具备了区分内、外部故障的能力，保护范围固 定不变，而且它们的整定值与相邻保护没有配合关系，具有独立性，整定计算 也比较简单。第二种是阶段式保护，它们的整定值要求与相邻的上、下级保护 之间有严格的配合关系，而它们的保护范围又随电力系统运行方式的改变而改 变，所以阶段式保护的整定计算是比较复杂的，整定计算的可选择性也是比较 多的。本文着重讨论 110kv 及以下地区电网各种阶段式线路保护的整定计算。 2.2 阶段式保护的整定原则及程序框图阶段式保护的整定原则及程序框图 阶段式保护的整定配合原则主要有以下几个方面： 1、相邻上、下级之间的配合有三个要点：第一，在时间上应有配合，即上 一级保护的整定时间应比与其配合的下一级保护的整定时间大一个时间差t； 第二，在保护范围上有配合，即对同一故障点而言，上一级保护的灵敏系数应 低于下一级保护的灵敏系数；第三，上、下级保护的配合一般是按保护正方向 进行的，其方向性一般由保护的方向特性或方向元件来保证。 2、多段保护的整定应按保护段分段进行。第一段（一般指无时限保护段） 保护通常按保护范围不伸出被保护对象的全部范围整定。其余各段均应按上、 下段保护的对应段进行整定配合。所谓对应段是指上一级保护的段与下一级 保护的段相对应。同理类推其它保护段。当这样的整定结果不能满足灵敏度 的要求时，可不按对应保护段整定配合，即上一段保护的段与下一段保护的 段配合，或与段配合。同理，其余各段保护亦按此方法进行，直至各段保 护均整定完毕。 3、一个保护与相邻的几个下一段保护整定配合或一种保护需按满足几个条 件进行整定时，均应分别进行整定取得几个整定值，然后在几个整定值中选取 最严重的数值为选定的整定值。具体来说，对反应故障量增大而动作的保护， 应选取其中的最大值，对反应故障量减少而动作的保护，应选取其中的最小 值。保护的动作时间则总是选取各条件中最长时间为整定值。 4、多段式保护的整定，应以改善提高主保护性能为主，兼顾后备性。当 主保护段保护效果比较好时，可以尽量提高后备保护的作用。 5、具有相同功能的保护之间进行配合整定。例如相间保护与相间保护进 行配合，接地保护与接地保护进行配合。 本文程序采用模块化结构，整个系统分成几个功能不同的模块，其中继电 保护功能形成一个单独的模块。继电保护模块主要实现地区电网 110kv 及以下 线路的保护整定。本文主要讨论线路距离保护整定、线路零序电流保护整定、 线路阶段式电流保护整定。模块主程序框图如图 2-1 所示。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 10 - 图 2-1 保护整定模块主程序框图 2.2.1 线路距离保护整定线路距离保护整定 距离保护是反应故障点至保护安装处之间的距离(阻抗)，并根据距离的远近 而确定动作时间的一种保护。距离保护主要用于线路相间故障。距离保护一般 装设三段，必要时也可采用四段。其中第 1 段可以保护全线路的 80%85%，其 动作时间为保护装置的固有动作时间。第 2 段按阶梯特征与相邻保护相配合， 动作时间一般为 0.51s，通常能够灵敏而迅速地切除全线路范围内的故障。由 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 11 - 1、2 段构成线路的主保护。第 3 段，其动作时间一般在 2s 以上，作为后备保护 段。 由于末端线路与非末端线路的整定原则不完全相同，距离保护整定模块分 成末端线路和非末端线路两大部分。末端线路距离 1 段按躲过线末故障整定， 动作时间为 0s；距离段按躲过相邻变压器后故障整定，并校核灵敏度，动作 时间t；距离段按末端变压器故障时有足够灵敏度整定，并与末端变压器 过流保护配合，动作时间按阶梯原则确定。非末端线路距离 1 段按躲线末故障 整定，若小于给定限值，则按限值整定;距离段按与邻线距离段配合整定， 若灵敏系数不满足要求可按与邻线距离段配合整定；距离段按与邻线距离 段及相邻变压器过流保护配合整定，两者中取小值。在程序中，根据整定开关 和其所属的线路来判断是否属于末端线路，若为末端线路，则根据末端线路的 整定原则来整定保护的三段定值，若为非末端线路，则程序自动根据电网主接 线关系查找出整定线路的下一级线路，从数据库中查询出下一级线路的各段距 离保护的整定定值，然后根据非末端线路的整定原则和整定公式，计算出整定 线路的、段的距离保护定值。 2.2.2 线路零序电流保护整定线路零序电流保护整定 在中性点直接接地系统中发生接地短路时，将出现很大的零序电流，而在 正常运行情况下它们是不存在的，利用零序电流构成接地短路的保护称作零序 电流保护。零序电流保护反映中性点接地系统中发生接地短路时的零序电流分 量，线路一般装设三段或四段零序电流保护作为接地保护。 线路的零序电流保护采用四段式，其中零序电流保护 1 段按躲线末接地故 障的 3i。整定。零序电流段按阶段式保护整定原则与邻线零序电流 1 段配合 整定，若灵敏度不够时，按与邻线零序电流段配合。零序电流保护的、 段按躲相邻变压器其它侧故障最大不平衡电流及与邻线段或段配合整定， 并躲过相邻变压器其它侧故障时流过线路的最大的 3i。整定。此外，末端的整 定电流一般要限制在 300a 之内。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 12 - 第第 3 章 继电保护整定计算中的分支系数章 继电保护整定计算中的分支系数 在电力系统的各级调度部门，整定计算是对电力系统中己配置安装好的各 种保护，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。 3.1 整定计算中运行方式的选择整定计算中运行方式的选择 继电保护整定计算中确定运行方式变化的限度，就是确定最大运行方式和 最小运行方式，它应以满足常见运行方式为基础，在不影响保护效果的前提 下，适当加大变化范围。 一般考虑的基本原则如下： 1、整定计算以电力系统常见的运行方式为依据，电力系统常见运行方式包 括正常运行方式和正常检修方式。正常运行方式是指系统经常(指一年中的大部 分时间)所处的运行方式。此时系统内的线路、变压器等设备全部投入运行，发 电设备则按照系统上正常负荷的要求全部或部分投入。要充分发挥保护的作 用，首先应改善正常运行情况下的保护性能。正常检修方式，一般是指系统在 正常运行方式下，与被保护的设备相邻的一回线或一个组件检修的运行状态。 当被保护设备的相邻组件有多个时，就有多种正常检修方式。对保护进行整定 计算时，应尽可能保证在各种正常检修方式下，保护装置的选择性和灵敏性都 能满足“电网继电保护装置运行整定规程”规定的要求17。 2、对发电厂和外部系统运行方式的改变，目前国内各电网进行保护整定 时，一般认为在正常运行方式下，系统内所有发电厂均处于最大运行方式(即按 负荷需求，投入的机组最多)。而每个发电厂的最小运行方式(即投入运行的机组 最少)，只是在与该电厂连接在同一母线上的线路两侧的保护整定计算时，才予 以考虑。如在校验线路电流 ii 段保护的灵敏系数时，应该只把直接接在该保护 背后母线的电源(或低压电源)切换为最小运行方式；在计算线路距离 ii 段与相 邻线路工段保护配合的最小分支系数时，应该把直接接在线路末端母线的电源 切换为最小运行方式，而系统内其它电源的运行方式无需改变18。 3、对正常检修方式以外的其它检修方式，可以视为特殊运行方式，不作为 整定计算的依据，但应事先做好补充整定方案，以供临时处理时参考19。 4、变压器中性点接地方式的安排，应尽量保持变电站零序阻抗基本不变。 因此，对于反映接地短路的保护(如零序电流保护、接地距离保护等)，一般可按 系统内变电站零序阻抗基本不变来考虑整定方案。 5、对一个具体的保护装置来说，在上述各种常见的运行方式下，当整定计 算点发生短路时，通过该保护的短路电流达到最大值(或最小值)时所对应的运行 方式称为该保护的最大(最小)运行方式。在进行保护整定计算时，是把所有常见 运行方式下通过保护的电流都求出来进行比较，最后得到最大(最小)电流20。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 13 - 3.2 分支系数的分析分支系数的分析 多电源的电力系统中，相邻上、下两级保护间的整定配合，还受到中间分 支电源的影响，将使上一级保护范围缩短或伸长，整定公式中需要引入分支系 数，分支系数的计算是正确整定方向保护的前提，也是整定计算的难点所在。 为了保证继电保护的选择性，防止保护的越级跳闸，只能选取最保守的分支系 数。影响分支系数大小的因素有三个：(1)网络操作。例如：线路的投入和切 除。(2)电源运行方式的变化。例如：发电机组投切。(3)故障点的选择。例如： 线路上任一点、末端母线、相继动作(即在线路末端开关先三相跳闸)但故障点仍 存在的情况。 分支系数的变化范围随电网结构的不同而不同。在单电源的辐射形电网 中，分支系数值与选取的短路点位置无关：但对于环状电网及双回线的情况， 分支系数值则随短路点的改变而变化。因此，分支系数计算选用的短路点，一 般应选择不利运行方式下在相邻线路保护配合段保护范围的末端。分支系数是 个复数值，为简化计算，一般取其绝对值。 3.2.1 电流保护中的分支系数电流保护中的分支系数 电流分支系数的定义，是指在相邻线路短路时，流过本线路的短路电流占 流过相邻线路短路电流的份数。对过电流保护来说，在整定配合上应选取可能 出现的最大分支系数。 图 3-1 中系统，在 d 点发生短路，假设 1dl 及 2dl 继电器的过电流保护均 刚刚起动，即它们都处在灵敏度相等的状态下，则有如下关系式： 图 3-1 分支系数分析计算 (1)(1) (2)(1)(2) dz dz ii iii 3- 1 (1) (1)(2)(2) (1)(2) dzdzfz dz i iik i ii 3- 2 式中fzk分支系数 (1) (1)(2) i ii fzk =3- 3 (1)(2)dzkfz dzik k i3- 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 14 - 4 3.2.2 距离保护中的分支系数距离保护中的分支系数 对于图3-1的系统，当1dl与2dl装设了距离保护时，则1dl处的距离 保护测量阻抗： (1)(2)(2)(1)(1) 1 (1)(1) (1)(2)(2) (1) (1) mm m m uuiiziz z iii iiz z i (1)(2)(1)(2) 1 zz fz zzzk z k 3-5 式中：zzk 助增系数， 1 zz fz k k 3-6 助增系数等于电流分支系数的倒数。助增系数将使距离保护测量到的阻抗 增大，保护范围缩短。在整定配合上应选取可能出现的最小助增系数。当kzz 1的情况刚好相反，但在整定 配合上汲出系数也应选取可能的最小值。 3.3 距离保护和零序保护中的分支系数距离保护和零序保护中的分支系数 在距离保护中，计算的是线路的正序助增系数，而在零序电流保护中，计 算的是线路的零序分支系数。实际整定中主要求取距离保护整定中的最小正序 助增系数和零序电流保护整定中的最大零序分支系数 21。 3.3.1 助增系数助增系数 助增系数的正确计算，自接影响到距离保护定值及保护范围的大小，也就 影响了保护各段的相互配合及灵敏度。选择计算助增系数，要紧密结合系统的 运行方式，要在可能的运行方式下，选取较小的助增系数。 以大电流接地系统的相间距离保护ii段为例，由规程整定原则如下22： 1与相邻线路相间距离工段配合zdzkkz1+kkkzzdz1。z1为本线路正 序阻抗，kz为助增系数，zdzi为相邻线路相间距离段定值，kk,kk为 可靠系数。 2本线路末端故障有足够灵敏度zdzklmz1。z1为本线路正序阻 抗。 3躲过变压器其他侧母线故障zdzkkz1+kktkzzt。zl为本线路正 序阻抗，kz为助增系数，zt为相邻变压器正序阻抗，kk,kkt为可靠系 数。 4与相邻线路相间距离ii段配合zdzkkzl + kkkzzdz。z1为本 线路正序阻抗，kz为助增系数，zdz为相邻线路相间距离ii段定值，kk, 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 15 - kk分为可靠系数。 5上述原则中，助增系数kz应该选取可能的最小值。 3.3.2 零序分支系数零序分支系数 以大电流接地系统的零序电流保护段为例，由规程整定原则如下： 1躲开本线路末端母线上变压器的另一侧母线接地短路时流过的最大零序 电流整定。 2和下一级线路的零序段或零序ii段保护配合idzkkkfidz1或idzk kkfidz。kk为可靠系数，kf为零序分支系数，idz1、idz为下一级线路的零序 段、ii段动作值。 3保证线路末端接地故障有一定的灵敏度。(对50千米以上的线路不小于 1. 3;对20-50千米的线路不小于1. 4:对20千米以下的线路不小于1. 5。 4上述原则中，零序分支系数kf应该选取可能的最大值。 计算零序分支系数时运行方式和短路点位置的选择： 为了得到最大零序分支系数，应考虑运行方式和故障位置的选择： 1辐射形电网中线路保护的分支系数与短路位置无关。如图3-2中的a曲 线所示，保护1和保护2的分支系数kf沿线路xl上各点为一恒定值。 2环状电网中线路的分支系数随短路点的移远而逐渐减小，如图3-2中b 曲线。但实际上整定需要最大分支系数，故还是选择开环运行方式。 3单回线路对双回线路中一回的分支系数与短路点位置有关，如图3-2中 的c曲线所示。当短路点在其中一回线上移远时，分支系数逐渐增大:当短路点 移到线路末端时，分支系数达到最大值。 4双回线路对单回线路的分支系数，在双回线路停用一回时最大。 5环外线路对环内线路的分支系数也与短路点有关，随着短路点的移远， 分支系数逐渐增大，i以增加到很大，但具体整定并不是一个最大值，而应按实 际整定配合点的分支系数计算。 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 kt b a c xl 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 16 - 图3-2分支系数与短路点位置的关系 a-辐射形电网中的分支系数曲线: b-一环状电网中分支系数曲线 c-一单回线对双回线路中一回线的分支系数曲线 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 17 - 第第 4 章 电网面向对象模型及其可视化实现章 电网面向对象模型及其可视化实现 4.1 电力系统对象模型的层次结构电力系统对象模型的层次结构 4.1.1 对象模型的层次介绍对象模型的层次介绍 作为整个系统的核心，电网对象模型的层次结构历来是面向对象技术应用 于电力系统应用软件开发时的关键。国内外己有许多学者提出了不同的模型， 但这些模型是基于某种具体应用而提出的，因而影响了模型的通用性 26272829。 设计整个系统的面向对象层次结构时，应力图使整个系统的结构简单、通 用、易于扩允。在借鉴这些模型的基础上，本文建立了如图4-1所示的电网对 象模型体系。对该模型中的有关符号说明如下： 对象之问的连线表示对象之问有关联； 表示派生，即下层的类是其上层类的子类； 表示聚集，即下层的类对象是其上层类对象的一部分； 是多重符号，它表明一个类可以有多个实例与其它类的一个实例有关 联，一个带“+”的字母表示这种关联的阶数。例如图4-1中表示了一个n口元 件可以和n个节点对象实例相关联。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 18 - 图4-1对象模型的层次结构 4.1.2 基于整定计算自适应的对象模型逻辑划分基于整定计算自适应的对象模型逻辑划分 为自适应整定计算的需要，将上面的对象模型作一个逻辑上的划分：第一 级逻辑对象代表构成电网的各个变电站和输电线路的集合(考虑系统的开放性， 本文中第一级逻辑对象包括发电厂)；第二级逻辑对象隶属于第一级的某个逻辑 对象(这里不包括输电线路)，它包括构成变电站(或发电厂)所需要的所有设备的 集合；第三级节点包括两种逻辑对象，其一是隶属于第二级逻辑对象的某台设 备，它包括构成这台设备的所有保护装置定值的集合，其二是指隶属于电力系 统的某条输电线路的保护装置定值的集合。 如此划分后易知，实际上继电保护整定计算的就是第三级逻辑对象，但在 计算的时候还必须用到第一级和第二级逻辑对象里所包含的数据关系。 4.1.3 基类对象一图形对象基类对象一图形对象 本文所开发的是一个拥有图形用户界面(gui)的系统，所有电力系统中的实 体对象都要通过图形方式与用户进行交互。因此，从所有的对象抽象出它们与 图形相关的公共属性和行为，就构成了所有对象的基类对象一“图形对象” 。 “图形对象”的属性和行为。从完成人机交互的功能考虑，可以为一个基 本的“图形对象”抽象出以下的属性和行为： 1图形对象的属性 （1）图形对象的位置。以一个矩形区域来表示，它记录每个对象在绘 图区域中的位置； （2）所属网络。用于记录设备对象所属的电网，因为电力系统的每个 实体对象都必然属于某个电力网络，实际分析问题中，每个对象应该知道它是 属于哪个网络。辅助对象也保留该属性； （3）所属文档。用以记录该对象属于哪个文档，这个属性在保存、加 载对象时不可或缺。 2图形对象的基本行为 （1）绘制，完成各个对象对应的图形的绘制，这是任何一个具有gu 工的对象的最基本功能； （2）存取。这个行为完成对象的保存和加载。在vc+中，这个行为被 称为“序列化” ； （3）选中。对图形对象进行编辑操作时，首先要选中该图形，对象要 对用户的选择操作响应，判断自己是否被选中，若被选中，则通过特定的方式 来显示； （4）移动。接收到用户发送的鼠标或键盘消息时，完成位置的改变； （5）复制。指对象根据自己的属性，复制生成另一个新对象的行为； （6）删除。指对象把自己从网络中删除，并释放所占存储空间； （7）调节尺寸。指对象能够响应鼠标的拖动消息来调节对象的大小； 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 19 - （8）编辑对象属性。提供一个用户自接编辑对象属性的接口。通过这 个接口不仅能编辑对象的绘图属性，还能编辑不同对象特有的其它各种属性。 4.2 电力系统中的对象及其 c+类描述4.2 电力系统中的对象及其 c+类描述 4.2.1 电力系统组件对象一电力系统组件对象一 cepsco 一、电力系统组件对象类一cepsco 本文中，电力系统组件对象用类cepsco来表示。 程序4-1“电力系统组件对象”类 class cepsco:public cdrawobj/cobject public：/行为 void setname(cstring str)m_ name=str；/设置设备名称 cstringgetname()/取设备名称 void setrunstate(bool isrun)m_ running=isrun；/设置运行状态 virtual voidsetfaultinfo () ;/设置故障信息 public：/属性 cstring m_ name；/设备名 protected： boolm_ running；/设备投运与否的标志 ； 二、电力系统组件对象的属性和行为 电力系统组件对象是对电力系统所有设备对象的最高层次上的抽象。它的 行为和属性为电网中所有的设备所共享。这些属性和行为有： 1属性 （1）设备名。每个设备都有区别于其它设备唯一的名称： （2）设备运行状态。实际情况中，考虑每个设备在不同时刻有不同的 运行状态。 2行为 （1）取/设置设备的名称。为用户标记每个设备提供接口： （2）取/设置设备的运行状态。为动态改变设备的运行状态提供接口： （3）设置设备故障信息。在故障分析时为用户提供设置故障信息的接 口。由于故障信息固属于设备，故设备并不保存故障信息，而由“故障分析” 对象保存。 4.2.2 节点与母线节点与母线 在分析问题时，发电机和变压器不通过母线自接相连，两者之间需“虚 构”出一个“节点”来。 “节点”是分析问题中用到的对象，并不完成与用户的 交互， “母线”是要完成与用户的交互的，所以“母线”对象要比“节点”对象 多一些绘图功能的属性和行为。节点与母线的c+类描述文中从略。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 20 - 一、节点与母线的属性和行为 1节点与母线对象的属性 （1）节点/母线的基准电压、序号： （2）节点/母线所连接的n端口设备对象。本文中，与节点相连的n 端口设备对象用一个n端口设备对象的指针链表来记录： （3）节点/母线的电压。包括正常潮流电压和故障时的三序电压： （4）节点/母线的类型。可以是平衡，pq, pv三种类型： （5）对于母线：母线的绘制方向。本文中的电网接线图编辑器中，母 线有水平或垂直两个方向。 2节点与母线对象的行为 （1）取/设置节点或母线的基准电压、电压、序号、类型等； （2）设置/断开某个n端口设备与节点或母线的连接； （3）计算节点或母线的总注入功率。 3母线属性参数设置界面如图4-2 基准电压有如下可选：6. 3kv, 10.5 kv, 37. 5kv, 115kv, 230kv, 525kv。 图4-2母线属性参数设置界面 4.2.3 n 端口设备端口设备 一n端口对象 1、n端口的属性 （1）端口个数； （2）每个端口所连的节点或母线。当一个端口与某个节点(或母线)相 连时，就在该n端口对象中保存该节点(或母线)的指针，所有端口所连接的节 点组成一个节点指针数组。 2、n端口的行为 （1）增加/删除端口与节点(或母线)的连接； （2）取回端口所连的节点。 二有阻抗设备对象 有阻抗n端口设备对导纳矩阵或阻抗矩阵的形成是有贡献的。本文从面向 对象的角度提出了形成导纳矩阵的“广义支路追加法” 。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 21 - 1导纳矩阵形成的“广义支路追加法” 所谓“广义支路追加法” ，是将每个有阻抗n端口设备都当成一个整体来 对待，把它看成一个广义上的“支路”(如图4-3所示)。 图4-3“广义支路追加法”中的“广义支路” 在追加形成导纳矩阵时，由“网络”发“消息”告诉每个有阻抗n端设备 去执行“追加到导纳阵”的行为，过程如图4-4所示。不论以后网络中再加入 任何特性的n端口阻抗设备，形成导纳矩阵的过程完全不用修改，大大提高了 程序的可扩充性和易维护性，也体现了面向对象技术的“多态”所带来的灵活 性。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 22 - 图4-4“广义支路追加法”形成导纳矩阵的过程 如此看来，就分析问题而言，有阻抗设备对象区别于其它n端口设备对象 的是它有“追加到导纳阵”的行为。 对不同的有阻抗n端口设备，除了拥有上述的共性外还有各自的特性如 下。 2线路 (1)、线路对象的属性和行为 线路可看作一个二端口设备。在对电力系统进行分析时，线路的数学模型 可用图4-5所示的等值电路来表示。 ij b/2 b/2 zu 图4-5线路的等值电路 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 23 - 线路对象的属性： 1物理属性。从线路的数学模型可以看出，线路特有的物理属性就是 线路的正序、负序和零序阻抗参数； 2绘图属性。在本文开发的图形系统中，线路是用一条折线来表示 的，其最重要的绘图属性是线路的一系列顶点的坐标。 线路对象的行为： 1取/设置线路的各序阻抗参数、两端所连的节点； 2计算线路上流过的电流、功率等。 线路属性参数设置界面如图4-6： 图4-6线路属性设置界面 (2)、线路间互感的处理 在故障计算时，需要计及零序网络中线路之间互感。线路之间的互感这种 关联比较复杂：一方面，这种关联本