可视化的继电保护整定计算系统电气工程专业毕业论文毕业设计.doc

目 录摘要1关键词1Abstract：1Key words1引言21 继电保护及其整定计算的概述21.1继电保护的重要性21.2对电力系统继电保护的基本要求31.3继电保护整定计算的发展历程41.4继电保护整定计算的现状51.4.1继电保护整定计算方法存在的问题51.4.2继电保护整定计算的危险点分析52整定计算的解析62.1继电保护整定计算的特点62.2继电保护整定计算的任务62.3继电保护整定计算软件的分析82.4整定计算系统通用性和实用性研究92.4.1线路保护整定计算系统存在的问题92.4.2整定计算系统通用性和实用性93 系统总体设计103.1图形建模模块113.2故障分析模块123.3整定计算模块123.4故障仿真模块153.5数据库管理模块154 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Visualization of the relay setting calculation systemStudent majoring in Electrical Engineering and Automation Cui BaozhengTutor Lv JingAbstract：With the increasing size of power system expansion and the rapid development of relay technology, relay protection work has become increasingly sophisticated. Changes in system operation, equipment maintenance, new equipment put into operation and so on, would give rise to the protection of the configuration and set the value of change.Huge amount of data and maintenance of dry, complex, prone to error. Which have allowed the value of relay setting calculation and with the increased workload, the complexity of which has greatly improved. In view of the above problems, In this paper, power plant relay setting calculation system for the versatility and usefulness of research, then their analysis of the overall design and functionality. Generic relay setting calculation power system, through the method of visualization, so that users can intuitively fault analysis and experience combined with the protection of their own valuation of the entire set. The design for improving the setting of the rate and efficiency, and ensure real-time results, accuracy, and the lifting of heavy setting staff work of great significance.Key words：Relay Protection; Setting calculation; 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（Power System Protection）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。相应输入量跳闸或信号测量比较元件逻辑判断元件执行输出元件图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YP 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： 采用相分量法或序分量法计算电力系统故障时的电气量； 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：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。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：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。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。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，传统的手工整定方法无法满足当前电力系统的需求。因而采用先进的计算工具，对于提高整定计算的速率及效率，保证计算结果的准确性和解除整定计算人员繁重的劳动具有重要意义。2.3继电保护整定计算软件的分析随着整定计算技术研究的深入,整定系统的功能逐渐丰富起来。早期的系统往往只强调整定计算阶段而缺少其它环节,目前的整定计算一般都是一体化的系统,通常包括电网图形的绘制、设备参数和保护配置的录入与管理、故障计算、整定计算、保护定值通知单的生成与管理等功能。（1）提供定值校正功能整定计算结果是否正确除灵敏度校验外,主要依靠校核人员进行人工校核。虽然也有软件提出用保护定值动作仿真功能对保护定值进行检验,但这种检验并不彻底。因为这种仿真需要用户设置故障条件(尤其是故障位置) ,也就是只能对定值在某种故障情况下的动作正确性进行检验,而没法显式地给出保护定值间是否存在失配的情况。定值校正可作为整定计算结果的校验工具,检验整定结果在某些整定计算中没有考虑到的特殊运行方式下是否适合,并对定值进行调整或纠正;而且特别适合于新建或扩建电网时校核原电网设备上所安装的保护定值是否仍然合适,若不合适则进行相应调整。定值校正的不足之处是一次只能针对一种运行方式进行,但这正是其实现容易的原因。（2）进行交互设计保证系统的可用性9直接影响用户使用的就是交互设计，用户与软件是通过界面来传递彼此的信息,因此交互设计很容易被误认为是界面设计,而实质上界面设计只是交互设计的最后一步。因为界面设计只是打扮界面,界面上要传递的信息都已确定;而交互设计首先需要进行概念设计,提炼出对用户有价值的东西,然后用行为设计表达软件各元素如何动作和通信以实现概念设计,最后才是界面设计,用界面布置达到行为设计的要求。整定软件通过交互设计,不仅使软件易学易用,而且提高了智能水平。整定软件不是人工手算和管理过程的简单复制,而是应该对过程进行分析、抽象和重新设计。如整定计算过程,尽管用户可以参与,但不应把所有要思考的问题都推给用户,而应根据具体情况合理缩小用户参与的工作量,甚至在可能的情况下可以不需要用户参与。软件的智能水平还包括对用户要考虑的一些问题,能自动地提供问题解决范围,帮助用户思考和决策。2.4整定计算系统通用性和实用性研究2.4.1线路保护整定计算系统存在的问题线路保护整定计算是电力系统继电保护整定计算工作中最复杂、考虑因素最多、耗费时间最长的整定计算工作之一。广大科研人员相继推出了一批继电保护整定计算系统，以减轻工作人员负担，提高工作效率。但仍存在一些不完善的地方10：a.没有实现线路保护整定计算全过程的自动化。目前的线路保护整定计算通常只完成了线路零序电流保护、相间距离保护和接地距离保护的整定计算。线路保护装置中其他整定项目的整定，如启动量、控制字等，仍然需要用户通过一定的计算工具完成；整定结果仍然需要用户手工输入到定值通知单中；通知单已经执行的线路保护新定值仍然需要用户手工录入到线路保护整定计算软件中，作为保护的当前运行定值。这种工作模式需要用户进行大量的手工转换工作，加重了整定计算人员的工作负担。b.在零序电流保护、相间距离保护、接地距离保护的整定中，没有考虑实际线路保护装置中这些保护的配置情况。随着微机保护的发展和国外保护的引进，许多线路保护装置都配置了两段式零序保护、反时限零序保护、四段式距离保护等比较特殊的保护。而目前大多数线路保护整定计算只考虑了段式零序电流保护、 段式相间距离保护和接地距离保护这些常规固定段式保护的整定，没有考虑实际线路保护装置中保护配置的特殊情况，所得整定配合结果是不正确、不合理的。2.4.2整定计算系统通用性和实用性考虑到发电厂设备保护配置的复杂性，不同的厂家生产的保护装置其整定过程存在差异性以及整定过程中需要用户的经验等现状，设计出一种具有良好通用性和实用性的电厂继保整定计算系统才能满足实际要求。（一）通用性研究具有通用性的继电保护整定计算系统应该能适应不同的电厂结构，适应不同电气设备配置的不同保护，适应不同结构和测量原理的保护装置，适应不同用户的特殊情况等。要满足这些要求，需要解决：（1）允许用户自行确定运行方式。（2）管理各类不同保护装置的定值，以及计算这些定值所需要的各种数据。（3）按规程规定的一般要求、电厂主接线的实际情况和保护装置的类型计算保护定值。（二）实用性研究 一个实用的继电保护整定计算软件，除了需要解决上面提到的通用性问题外，还要考虑以下几个方面的问题。 （1）具有处理继电保护整定计算整个过程中全部工作的能力。继电保护整定计算工作室一个复杂的过程，其包括多个环节，一般有一次系统的数据收集和管理、一次系统数据的再处理、故障计算分析、保护配合计算、保护配置和保护装置特性数据的管理、保护装置定值计算、定值管理和传送等。如果只有或缺少某一环节，将使程序的实用性受到很大影响。 （2）要保证数据的一致性、继承性和安全性。继电保护整定计算涉及到多种数据，如一次系统数据、保护配置数据、保护定值数据等，各类数据之间既有联系又各不相同。这些数据的安全性、各数据之间的一致性，前、后数据的继承性问题，都是实用性要考虑的重点。（3）要偶一个方便、直观、协调一致的用户操作环境。继电保护整定计算程序一般由多个模块组成，因此要考虑各模块之间的协调运行，尽量减少用户界面，在主界面上应可以调用其他功能模块，尽可能采用内嵌模块的方式，保持所有界面的显示、操作风格一致，使其具有较强的整体感。在适当的地方采用图形界面，使用户界面更直观、更清晰。（4）另外还要考虑对运行环境的要求、可维护性和个性化问题等。3 系统总体设计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。在设计系统时，特别强调了系统模块化特点和可视化特点。模块化特点使得系统的内容易于扩充，系统提供尽可能多的保护整定模块以满足大多数电厂用户的需要。可视化的特点，就是将抽象的原理以图形、文字等直观易懂的方式表示出来，它不仅方便用户理解保护的整定原理，而且整定原则是依据大型发电机变压器继电保护整定计算导则，可以确保整定过程的正确性。同时整定过程是在用户参与下完成的，增加了整定结果的可信度11。该系统提供一个开放的平台，用户可利用这个平台去进行发电厂的故障分析和设备的保护整定。系统总体结构有五个模块组成：图形建模模块、故障分析模、整定计算模块、故障仿真模块及数据库管理系统DBMS模块12。各模块又有多个子模块组成，如下图所示： DBMS模块图形建模模块整定计算模块故障仿真模块故障分析模块参数输入保护选择绘制图形保护特性仿真故障仿真不对称故障对称故障失磁失步过流过负荷差动保护图2 系统总体结构示意图DBMS模块是一个具有中枢作用的模块，其它各模块都需要与其进行双向信息的交互。图形建模模块中的各子模块需要将各种信息如各种元件的原始参数信息、保护配置的信息等存放于数据库中，当用户需要查看某些信息时，可以从数据库中取出通过人机界面与用户交流。故障分析模块需要将短路计算结果存放在数据库中，而故障分析所需的元件原始参数需要从数据库中获得。整定计算模块也需要将用户选定的各种保护的整定计算结果存放到数据库中，当进行定值输出的时候再从中读取。故障仿真模块在进行仿真时首先需要从数据库中读取元件的原始参数，再把仿真后的结果存放在数据库中，以便为保护的配置、保护定值的灵敏度校验提供参考。图形建模通过操作界面与用户直接交互信息，除了与数据库管理模块的联系外，与其它各模块的联系也非常紧密。因为每个模块都需要用户实际的参与和决策，用户的决策将通过人机界面反映在整定系统中，最终的参与结果又将通过人机界面反馈给用户。用户可以不断的通过人机交互设定所需参数，直到结果满意为止。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最核心的三个部分、故障分析模块为整定计算模块提供短路电流的数据，故障仿真模块为整定计算提供保护参数和灵敏度校验参考。系统选用Window2000作为开发平台，采用AutoCAD作为绘图工具，绘制的图纸以AutoCAD通用接口DXF文件格式存储13，用面向对象的程序设计方法编制接口程序，读取AutoCAD的DXF文件，将图纸在Visual Basic6.0编制的图形编辑环境下重新绘制，形成以元件为基本单元的图形数据库。考虑到发电厂设备整定计算公式具有形式简单、数量多、同种保护类型计算公式相同的特点，可将每一种保护定义为一个类，用XML编写整定计算公式，利用VB编程从数据库中获取相应数据即可算出整定结果。由于整定计算中涉及到很多设备参数和故障分析、整定计算、故障仿真的中间结果和最后结果，系统采用SQL Server2000作为可编程的数据库管理系统标准。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。3.1图形建模模块图形建模是可视化编程的一种体现。它提供一个专用的绘图工具，用户可以通过图形操作界面绘制系统图、输入原始参数，由计算机自动识别系统网络结构，并根据需要建立相应的电力系统网络数学模型。通过人机界面，用户可以选择保护配置，设定故障类型和故障点，选择保护用到的TA /TV信息14。图形建模是实现可视化的故障分析和整定计算的基础。在图形建模中实现的功能有：（1）提供发电厂内元件设备工具箱，用户通过使用工具箱里的工具就可以绘制或修改发电厂的主接线图。（2）系统图全局操作。包括系统图的新建、保存、另存、删除、滚动、缩放等。（3）图形设备一般编辑操作。包括图元的选中、新建、剪切、复制、粘贴、删除、移动、缩放、排列等常规操作。（4）对设备能输入或修改参数，并能配置保护。输入或修改完毕，数据就进入相应的数据库，并对参数进行标幺值计算。删除设备时也就从数据库中删除了相应的数据。（5）设备连接功能。设备之间连接有友好的操作提示，符合电力系统接线的连接规范，如两点连接电压等级是否一致的检测，避免错误或无效的连接。根据设备之间的连接关系，可以建立连接系统的网络拓扑结构，为自动形成节点导纳矩阵及短路计算做准备。（6）图元维护。每一种设备类型对应一个图元，系统提供图元的编辑操作，主要有：图元浏览、图元外观编辑、图元对应设备连接端点的设置，图元对应设备类型的选择等。（7）设置运行方式。允许用户通过设置外接系统阻抗的大小和断路器的分、合状态设置系统的几种运行方式。（8）设置系统图间的所属关系。发电厂的系统图不可能在一个界面上全部表示，尤其是厂用电系统，为此，允许用户关联系统之间的所属关系。3.2故障分析模块故障分析模块主要为了实现发电厂设备引出端发生各种类型的故障时计算短路电流的功能。具体实现的功能有：（1）提供设置故障的人机对话接口。故障位置用醒目图形标示，而故障类型、故障相别通过人机对话接口设置，故障类型包括三相短路、单向短路两相短路、两相接地短路。（2）允许一次设置多种简单故障，如单个故障点有多种故障类型或同种类型在许多故障点发生，以满足用户选择和比较计算结果的要求。（3）自动根据所属系统的性质选择故障分析方法进行故障分析。对厂用电系统还可以计算母线自启动情况下的各种数据。（4）自动进行节点编号和阻抗图显示及打印。（5）自动生成序网图。对于不对称的故障，自动生成正序负序零序三序序网图。输出故障分析结果，可以选择输出所有结果，即故障计算书表格形式，也可以选择输出单个计算量，以供保护整定使用。3.3整定计算模块整定计算模块是整定系统的核心，它根据保护配置情况，从原始参数数据库提取与整定计算相关的原始数据，根据保护装置整定原则，计算保护定值，整定结果存入定值数据库以备查询和输出。（一）整定计算模块的功能（1）需要用户根据实践经验决定的参数（如可靠系数等）由用户选择或输入，对选择的范围和一般情况进行实时提示，并给出默认值。（2）设备参数（如额定电流等）由程序自动填入。（3）需要通过短路计算获得的数据，由用户选择短路计算的条件，在故障分析模块中进行计算。（4）各个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，整定计算自动完成，整定结果以定值单形式显示。（二）整定计算的一般过程整定计算是已知电网各种可能的运行方式来确定保护定值, 要求保护定值满足选择性、灵敏性和速动性。其过程一般包括以下步骤:（1）确定计算时要考虑的各种常见系统运行方式。（2）针对（1）确定的运行方式, 局部考虑整定设备的外部系统运行方式的改变, 进行故障分析,获得整定计算需要的电流量、阻抗量、分支系数等。（3）计算保护的各段定值, 需要配合计算的必须首先确定主/后备保护对, 然后分别配合, 最终定值按所有主/后备保护对都能保证选择性取。（4）校验定值的灵敏度。若灵敏度不满足要求, 回到（3）重新计算, 即重新选择配合段和配合时间等, 直到计算得到的保护定值满足灵敏度的要求。（5）对特殊运行方式进行补算, 对（4）中得到的定值进行适当调整。（三）运行方式的选择原则继电保护整定计算用的运行方式，是在电力系统确定好运行方式的基础上，在不影响继电保护的保护效果的前提下，为提高继电保护对运行方式变化的适应能力而进一步选择的，特别是有些问题主要由继电保护方面考虑决定的。如变压器中性点是否接地运行，变压器绝缘忭能有否特殊规定。整定计算用的运行方式选择合理与否，不仅影响继电保护的保护效果，也会影响继电保护配置和选型的正确性。确定运行方式的限度，就是确定最大和最小运行方式，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。电流，电压保护整定计算一般原则如下：(1)保护区及灵敏度保护装置的第1段，要求无时限动作，保护区不小于线路全长的20；第段应能保护线路的全长；第段除作为本线路后备外，还应作相邻线路的远后备，如果远后备灵敏度不够，在技术上又有困难时，允许按下列原则处理：如果要求切除下列短路点，保护过于复杂或难以实现，允许缩短后备区。a.当相邻线上短路时，在大电源助增影响下，保护不起动。b.当相邻线很长，在末端短路时，保护不起动。c.当在变压器后及带电抗器的线路上短路时，保护不起动。可按常见的方式及故障类型校验后备灵敏度。后备保护按非选择性动作整定，并用重合闸或备用电源自投补救。(2)定值配合及动作时间保护定值的配合，包括电流、电压元件定值的配合及动作时间的配合。电流、电压元件定值的配合由可靠系数保证。动作时间定值的配合由时间差保证。保护的第1段一般不与相邻线路配合。第段一般与相邻线路的第1段配合。第段与相邻线路(或变压器)第段配合，当灵敏度足够时，为了降低第段动作时间，也可以与相邻线路第段配合整定。(3)计算用运行方式及短路电流保护定值计算、灵敏度校验及运行方式选择，均采用实际可能的最大、最小方式及一般故障类型。对于电厂直馈线或接近电厂的带较长时间的保护，整定计算时要考虑短路电流衰减。对于无时限动作或远离电厂的保护，整定计算时不考虑短路电流的衰减。（四）整定计算模式继电保护在线整定计算是指根据系统当前运行状态和继电保护装置的定值, 在系统运行状态发生变化时, 在线自动确定继电保护的新定值, 并通过网络自动改变各装置的定值15。这种模式的实现, 可以提高继电保护的定值性能, 甚至可以计及负荷潮流变化对于定值性能的影响, 对于短时间重负荷潮流线路的定值改善具有一定的意义。这一模式在实施中必须解决以下问题（1）从系统中获取电力系统的当前运行状态, 由网络拓扑结构的变化启动整定计算,且整定计算必须是自动扩大范围模式, 由网络拓扑变化处逐级向外搜索。（2）在线整定的前提条件是继电保护装置是可以由外部自动修改定值的数字化设备。如果系统中存在不满足条件的设备, 则在在线整定计算算法中必须考虑这些设备的定值限制。（3）从网络拓扑的改变到新定值的计算完成及自动修改, 需要一定的时间。可以采取以下方法解决这段时间内保护动作的正确性问题能检测到网络拓扑改变的装置自动启用备用定值, 备用定值采用传统的离线整定计算模式给出或由在线整定计算系统给出信号实现定值切换。（五）整定计算数学模型（1）零序电流保护整定计算原则零序电流保护III 段按线路末端最小短路时有2 的灵敏度整定动作电流。时间: T = T + $t(T 本开关接地距离III 段动作时间)零序电流保护IV 段全网取统一定值:动作电流: 一次值为240A动作时间: 取5.5当零序电流保护段定值小于240A时, 该开关IV 段定值可整定为: 一次值120A。（2）接地距离保护整定计算原则接地距离I 段Z = 0.7Z1Z线路正序阻抗接地距离II 段Z = Z+ KkKb Z或Z = Z+ KkKb Z式中Z 相邻线路接地距离I 段; Kb取正序、零序中的小值Z 相邻线路接地距离I 段动作时间: t = t + $t 或T = t + $t式中t 相邻线路接地距离I 段动作时间t 相邻线路接地距离II 段动作时间灵敏度一般要求114, 当不满足要求时, 则进一步延伸保护范围, 使之与相邻线的接地距离 段配合。接地距离II段Z= Z + KkKb Z 或Z = Z + KkKb ZZ相邻线路接地距离II 段Z相邻线路接地距离III 段动作时间: t = t + $t或T = t + $tt 相邻线路接地距离II 段动作时间t相邻线路接地距离III 段动作时间（3）相间距离保护整定计算原则相间距离I 段Z = 0.185 Z1Z1线路正序阻抗相间距离II、III 段整定原则同接地距离,只是Kk为0.18。3.4故障仿真模块对已建成的主接线图,故障仿真模块可根据需要在母线或设备引出端设置任意类型的故障,进行保护定值失配及灵敏度不足等问题,并