电厂继电保护定值计算与管理平台的研究.pdf

第3 3卷 第 l 0期 2 0 1 1年 1 0月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h no l o g y V0 1 3 3 No 1 O Oc t 2 01 1 电厂继 电保护定值计算与管理平台的研究 郑 守文 ， 周来 ( 1 河北大唐国际张家口热电有限责任公司， 河北 张家口0 7 5 0 0 0； 2 大唐国际发电股份有限公司 下花园发电厂， 河北 张家口0 7 5 3 1 1 ) 摘要 ： 提出了一种通用型发电厂继电保护定值计算和软件管理平台的设计方案， 该方案直接面向具体的继电保护装置 进行整定计算 ， 将保护装置分类存储到设备信息库中。在整定计算过程中提供了自定义的保护整定模式， 减少了操作人 员的工作量 ， 更加符合实际生产的要求。该设计结合 C电厂进行 了分析验证， 证明其不仅通用性强 ， 而且计算快速 、 精 确， 具有很强的实用性。 关键词： 发电厂； 继电保护 ； 管理平台； 整定计算； 信息库 中图分类号 ： T M 5 8 文献标志码 ： B 文章编号： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 1 ) 1 0 0 0 1 9 0 3 0 引言 发电厂继 电保护中的整定计算和管理是一项关 键 的基础工作 ， 它具有复杂性和多样性的特点 ， 技术 要求高， 内容繁杂 。目前， 主要采用人工整定计 算和管理， 随着发电厂单机容量的扩大， 采用人工计 算和管理已无法适应 电力安全生产 的要求 J 。随 着电力行业的发展， 发电厂的规模越来越大， 设备保 护方式越来越多 ， 而整定计算量又十分庞大 ， 往往一 个小的改动就需要重新计算， 若以手工完成显然是 不现实的 ， 而且人工计算也会造成偏差。目前 ， 国内 使用较多的几种发电厂继电保护整定计算软件， 基 本都是采用不同故障对应相应 的保护程序 。软件系 统无法给出具体继电保护装置的整定计算结果 J 。 该设计面向发电厂开发， 由于发电厂类型迥异， 每个 发电厂采取的主设备保 护配置也各不相 同， 其保护 设备的整定标准也不同， 考虑到以上几点， 该设备在 开发前做了充分调研， 依据 D L T 6 8 4 1 9 9 9 大型 发 电机变压器继电保护整定计算导则 和 D L 4 o 0 1 9 9 1 继电保护及安全 自动装置运行管理规程 的 要求进行整定 。该系统使用 了 V i s u a l C+语言和 S Q L S e r v e r 数据库作为平 台的开发工具 ， 使 系统具 有实用性强和可靠性高的优点， 能够更好地服务于 实际生产， 为发电厂设备的安全、 稳定运行提供必要 的保 障。 1 设计 思想 目前 ， 国内发电厂 的继 电保护装置具有种类繁 多、 配置复杂的特点， 为了能够实现通用性和可扩充 收稿15 t 期： 2 0 1 1 0 6 1 4 性 ， 在软件系统 的设计 中突出了模块化和可视化 的 功能 。采用图形化平台能使故障计算和整定计算的 过程和结果一 目了然 ， 通过这种图形化 的友好界 面 让工作人员更加熟悉整定计算的过程 。 继电保护整定计算是系统的核心部分， 在设计 中严格遵循模块化 的设计思想 ， 对不 同继 电保护装 置应用相应的计算模块和规则库， 实现面向特定保 护对象的功能。在计算过程中， 实现 自动调用故障 计算结果并读取数据库 中的经验数据。此外 ， 根据 发电厂的实际情况， 提供了自定义的保护整定模式。 这样 ， 用户可根据需要添加新的整定规则 ， 还可以对 已有的整定规则进行针对性 的修改， 实现用户需要 的特定功能。这种设计可使软件系统具有灵 活、 通 用的优点。 2系统模块功能 系统采用了面向对象编程技术， 主要由4个基 本功能模块构成， 分别是图形编辑模块、 故障计算模 块 、 整定计算模块和管理模块 。为了保障原始数据 和计算得到的数据能够安全有效 ， 将数据存放 在系 统的数据库中。数据库为面向对象的结构， 软件系 统采用 图形化界面。用户在使用过程 中， 可以将故 障分析和整定计算与一次系统接线图结合起来。软 件系统框图如图 1 所示。 2 1 图形建模模块 该模块 的主要功能是对电力系统的网络结构进 行编辑， 使用的图形编辑工具简单、 快捷， 能够快速 完成电厂一次部分接线图以及初步保护方案的绘 制， 还可以完成人 一 机交互的操作工作。针对不同 的发电厂， 首先利用此工具箱根据电厂实际情况进 行图形建模， 每个图元代表现场的真实设备， 设备的 2 0 华 电技 术 第3 3卷 图 1 软件 系统整体结构 参数可以通过元件属性输入， 元件的关联关系可通 过设备管理模块数据库 中的程序 自动识别 ， 根据发 电厂用实际情况 ， 图形建模可 以包括发变组系统 、 6 k V厂用电系统和 3 8 0 V厂用 电系统。图 2为使 用 图形建模模块绘制的接线图和保护方案配置图。 图 2 C电厂发 电机变压器组 系统及保护配置 图 2 2 故障计算 故障计算模块能够计算出设备出口发生短路故 障时的故障口电流和其他支路的短路电流， 并通过 表格将各支路的电流量显示 出来 。当系统运行方式 和 网络结构发生变化 时， 可在 图形编辑模块 中修改 相关的开关和设备参数， 这样 ， 就可以重新计算出短 路电流的分布。本文设计的故障计算包括线路短 路 、 母线短路、 断线、 非全相运行等故障模式。故障 计算以本文 2 1 章节中所示的图形建模为基础， 可 自动进行网络分析并生成各序序网图， 双击菜单栏 中的 可 以出 现故 障 模 式 设 置 对 话 框 ， 如 图 3 所 示 。 2 3 整定计算 整定计算模块是整个继电保护系统的核心部 分。这部分完成了对发电厂内部各种主要设备的保 图 3 故障选项对话 框 护计算和处理 。系统根据实际设备 的具体功能采用 不同的保护原理和规则库， 实现了整定计算直接面 向相应的继 电保 护系统 ， 可更好地满足实 际需 要。 程序设计采用模块化设计思想 ， 根据不同的继 电保 护原理编制 出固定的程序模块。继电保护程序模块 包括变压器、 发电机和电动机在内的各种设备的各 种独立 的模块单元。这些独立的继电保护模块单元 构成 了整定计算模块的底层平台。系统根据不 同设 备继电保护功能调用相关的程序模块并加以组合， 将整定规则存储到该设备的信息库中。现在针对主 变压器纵差动保护整定计算方法进行介绍。 纵差动保护动作电流的整定原则： ( 1 ) 躲过外部短路故障时 的最大不平衡 电流， 整定式为 。 ： K r 。 1 ， u b ， 式中： K 为可靠系数， 取 1 3 1 5 ； ， 为外部故 障时的最大不平衡 电流 ， ， u 包括电流互感器和变 压器变 比不完全匹配产生的最大不平衡电流和互感 器传变误差引起的最大不平衡电流。 ， b =( a f z + +0 1 K 。 K ) ， k ， 式中： ， 为外部故障时最大短路电流； a L 为由于 电流互感器计算变比和实际变比不一致引起的相对 误差 ， 根据经验取值 ； A U为 由变压器分接头改变 引 起的相对误差 ， 一般可取调整范 围的一半 ； K 为电 流互感器同型系数 ， 取 1 ； K 。 为非周期分量系数 ， 取 1 52 0。 ( 2 ) 躲过变压器最大的励磁涌流 ， 整定式为 。 = 】 K ， N， 式中： ， 为变压器额定电流； K 为励磁涌流最大倍 数 ， 取 48 。 ( 3 ) 躲过电流互感 器二次 回路断线引起 的差 电 流为 ， s e f= K l ， 1 ， 式中： ， 为变压器的最大负荷电流， 可取变压器额 第 l 0期 郑守文， 等： 电厂继电保护定值计算与管理平台的研究 2 1 定 电流。 纵差动保护灵敏度系数的校验式为 ， 式 中： ， 为各 种运行 方式下 变压器 区 内端故 障 时， 流经差动继 电器 的最小差 动 电流 ； 灵敏度 系数 K 应不小于 2 。 按上面 3个条件计算纵差动保护 的动作电流并 校验 ， 取满足灵敏度校验 的最大值 。 2 4 管理模块 管理模块是发电厂二次设备和继电保护整定计算 信息的管理系统。该模块可对继电保护设备的信息进 行查询 、 录入操作 ， 完成对整定清单的管理。用户可根 据不同继电保护设备建立对应的设备继电保护管理信 息库。将继电保护设备对应的整定清单和规则库等原 始数据录入数据库 ， 当需要对继电保护整定值进行修 改时， 通过修改对应数据库中的信息就可完成。修改 后的整定值和规则库将保存到对应数据库中并覆盖原 有的记录信息。用户可通过管理模块对发电厂中的设 备继电保护信息进行查询和修改。继电保护定值单可 以由系统自动生成， 也可以调用定值单模板由操作人 员手动生成。定值单中包括了设备名称、 型号、 厂家、 整定时间等信息 ， 系统提供了多种定值单的查询方式， 实现了用户对系统的有效管理。 3设计应用 该设计应结合图3中 c电厂 1 发电机变压器组 进行应用。 1 机组 为 3 0 0 MW 汽轮发 电单元机组 ， 发 电机组经变压器升至 2 2 0 k V母线 ， 发 电机组保护采 用南瑞公司的 R S C一 9 8 5 。该软件应用分以下几步： ( 1 ) 根据 C电厂实际情况 ， 在图形建模模块中建 立电厂 1 发电机变压器组 的接线图以及继电保护配 置图， 如图3所示。接线图编辑完毕后点击菜单栏 中 的“ 电气连接” 选项 ， 这些图元便建立 了电气连接 ， 为 后面故障计算做好准备。如果网络拓扑图出现错误， 会弹出“ 请核实接线图” 警告对话框提醒用户。 ( 2 ) 根据接线图， 依次输入设备元件的参数 ， 下 面以发电机变压器组为单元进行输入展示 。从建模 模块对话框的工具栏中选择“ 发电机变压器组参数 输入选项” 进行参数输入 ， 如图 4所示。 根据 C电厂实际情况输入基本参数， 先点击 “ 计算电抗” 按钮 ， 计算变压器的各序阻抗； 如果还 需输入其他参数， 可以点击“ 其余参数设置” 按钮， 进入更多参数输入对话框 ， 包括超瞬变电抗 、 次暂态 电抗 、 变压器绕组 电阻等。若需对输入参数进行更 改， 可点击“ 重置” 按钮， 点击“ 确定” 退出， 并将数据 图 4 发电机变压器组参数 输入 对话框 与图形模块进行关联。 ( 3 ) 进行了上面几步操作之后便可进入故障计 算环节。点击图3 所示“ 故障计算” 按钮， 系统可直接 进行故障计算， 将计算结果保存到管理模块的数据库 中， 如需要可以将 自动生成的报表打印出来。 ( 4 ) 故障计算之后可进入保护方式和整定计算 环节。右击 1 变压器并选择保护方式， 出现如图5 所示的对话框 ， 接下来 即可进入整定计算环节。 图 5 保护 方式选择对话框 ( 5 ) 选中主变压器纵差动保护， 点击确定， 进入 整定计算对话框。 1 主变压器纵差动保护整定计算 如图 6所示。 图6 1主变压器纵差动保护整定计算 ( 下转第 2 4页) 2 4 华 电技 术 第 3 3卷 中要求辅助车间控制系统厂家按照 电厂 已确定 的 数字化电厂的方向发展 ， 在此方 向下 ， 现场总线技术 D C S产nIz 口I 1 -J 控 制系统软 、 硬件的配置 ； 另一种方式 等先进控制技术逐步在火电厂控制 中得到应用 ，建 是将所有辅助车间控制 系统和组 网均交 由 D C S厂 立 一 个全厂统一的生产过程监控平 台， 有利于构建 童 蒙 享 ， 宴 苎 煮 妻 篓 一 个 完 善 、 可 靠 的 数 字 化 网 络 ， 从 而 不 断 提 高 电 厂 的 车 间 控 制 系 统 的 规 自 录 。 硬 划 、测点清单和仪表设计等工作。 。一 ” ” 第 1 种方式的优点在于辅助车间程控厂家工程 实现， 不但可以带来操作的便利， 而且具有良好的经 经验比较丰富， 但其涉及的供货厂家多， 有的厂家不 济效益 。 一 定具备消化、 使用 D C S的能力， 各供货商之间接 口多 ， 影响工程进度。在第 2种方式下， 所有辅助车 参考文献 ： 篓 掣 工 苎 煮 掌 ： 1 D L T 108 3 00 8 ，火 力 发 电 厂 分 散 控 制 系 统 技 术 条 件 与 效 果 上 更 具 优 势 。这种方式减少了招标次数 ， 同 。 时各单位责任明确 ， 避免了程控厂家多 、 接口配合困 I s 难 的缺点 ， 更可 发挥规 模优势 ， 降低 采购 成本 。 2 田松 辅助车间D c s 集中监控网络的设计与实施 J 火 采用第 2种方式 的缺点在于有的 D C S厂家在化学 电厂热工自动化, 2 0 0 9 ( ) ： 3 4 - 3 7 水处理 、 除灰等辅助系统控制逻辑设计方面经验不 ( 编辑 ： 白银雷) 员需要密切配合 D C S 厂家进行系统组态、 逻辑功能 作者简介： 设计工作 ， 或者在招标时明确要求将辅助车间组态 彭晓艳( 1 9 8 0 -) ， 女， 重庆人， 工程师， 工学硕士， 从事 4 结论 m 志刚( 1 9 8 。 一) ， 男( 蒙古族) ， 内蒙古赤峰人 ， 工程师， 随着火电厂热工自动化要求的不断提高， 提出 工学硕士， 从事核电厂、 火电 厂控制 系统设计方面的 工作。 ( 上接第 2 1页) 管理 的科学性 ， 具有实用性强 、 灵活 、 可靠等优点。 ( 6 ) 生成报表。点击打印按钮， 可将储存在管 该系统适用于网络结构和设备变化引起短路电流变 理模块数据库中的 1 主变压器部分数据调出并打 化的情况， 提高了发电厂继电保护人员的工作效率， 印出来。 1主变压器数据生成报表如 图7所示。 具有广阔的应用前景。 l B C i j 中 国 大唐集团下 属的 c 电 厂1 # 主变 继电 保护 报表 l 2 保护装詈刮号：R S C 一 9 8 5( 南瑞公司 2 0 1 1 年5 月2 1 号 l 3 1 # 变基本参数 i 4 高压侧 低压侧 I 5 额定电压 ( K v ) 2 4 2 1 8 6 额定电流 ( A ) 9 4 4 7 8 1 2 7 0 2 0 8 7 c T 接线方式 Y Y 8 c T 变 比 i 5 0 0 0 5 3 0 0 0 5 9 c T 二次侧 电流 ( 3 9 4 4 2 3 1 0 基准侧 电流 ( A ) I b = 3 9 4 1 1 平衡系数 1 1 2 整定计算数据 l 3 最大 不平衡 电流 ( A ) 0 9 5 鍪 最大励磁 涌流 ) 2 9 5 5 电流互感器二次回路断线弓l 5 1 2 2 1 5 起 的差 电流 ( A ) 1 6 差动保护整定电流 f A ) 5 1 2 2 图 7 1主变压器数据生成报表 4 结论 目前