（电力系统及其自动化专业论文）发电厂继电保护的定值整定及其管理系统的研究.pdf

声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文发电厂继电保护的定值整定及其管理 系统的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：王叠垫 日 期：型! 生1 2 ：型： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 著向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 爿的，复制赠送和变换学位论文：同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 f 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：圣堑垫 同 期：垫唑1 2 ：弛 导师签名： 曰 篮矗鍪 期：型苎! ：! 华北电力大学硕十学位论文 1 1 引言 第一章绪论 继电保护是电力系统必不可少的组成部分，对保证系统安全运行、防止故障的 扩大和事故的发生，都有至关重要的作用。准确可靠的整定计算是决定继电保护装 置能否正确动作的一个关键因素。为了满足电力设备对继电保护提出的可靠性、选 择性、灵敏性、速动性的要求，必须做好继电保护的整定计算。 人工计算继电保护定值是非常繁重复杂的。目前，国内在输电线路整定计算软 件的研究开发方面做了许多工作，并取得了可喜成绩，很大程度上减轻了电网保护 整定人员的工作量。而在发电厂保护整定方面的工作还比较欠缺，大多数发电厂仍 然采用人工手算的方式进行故障分析和保护整定，这显然与当今计算机技术迅猛发 展的时代不相适应。 发电厂的设备种类繁多，而且每种设备所配置的保护原理也很多。般一台发 咆机和变压器系统所配备的保护就有4 0 种左右，这么多原理的保护不仅整定工作 复杂，而且定值管理工作的难度也较大。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局限于引出端，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。 目前国内已经开发出的发电厂继电保护整定计算软件都存在部分缺点，有的功 能单一，只能迸行故障计算，其余过程必须依靠熟练的整定人员手工完成，计算周 期长、效率低，容易由人为因素导致错误；有的虽然能够进行全部自动整定，但往 往针对某个电厂或地区，缺乏通用性。还有一些软件用户界面不友好，只有少数的 专业技术人员才能掌握，且计算程序繁琐，不易被一般用户接受。 由于以上种种原因，广大发电厂整定人员迫切需要一套通用性好、操作简单、 发展性好的继电保护整定计算软件。为了减轻各发电厂保护整定人员的工作负荷， 提高工作质量，降低由于误整定导致的发电厂保护不正确动作率：同时大型发电 机变压器继电保护整定计算导则已正式发布，开发发电机变压器保护整定计算软 件的条件已成熟，因此，软件的研制开发已成为当前的一个重要课题。 浚软件的主要功能有：由计算机实现故障分析，保护整定需整定人员部分参与， 设备参数和定值单实行统一管理，查询。软件具有以下几个特点： l 、通用性及灵活性。 能满足不同的接线、不同的运行方式、不同原理的保护整定的要求，整定规则 1 华北电力大学硕士学位论文 可灵活选择。 2 、直观性及方便性。 界面操作简单、直观、方便；输入出错或不完整时，能给出提示信息；计算结 果以表单形式和直观的图形显示方法给出。 3 、可靠性。 软件不仅能整定出保护定值，而且能校验定值的正确性，以保证定值计算结果 的可信性。 4 、安全性。 设置保护定值修改密码，以免被他人任意修改。 1 2 发电厂继电保护定值计算的发展状况 继电保护的整定计算是一项系统工程，计算工作量很大，需要考虑的因素是多 方面的，其中接线方式和运行方式对定值计算的影响最大。因此，计算工具的好坏， 对解除繁重的劳动和保证计算结果的f 确性具有重要意义。 以往，继电保护的计算主要依靠人工并辅以专用计算工具( 如各种类型的短路 计算台) 的方式进行，其计算量太大，计算时间过长，无法满足生产的需要。 从7 0 年代开始，保护定值的整定计算开始向利用数字计算机的方向发展。其 基本方法是将过去的保护定值计算中有关各种故障的分析计算，改由计算机来完 成。这种方式虽然可以计算很多利用计算台难以计算的问题，使计算的速度和精度 都发生了质的变化，但是人工利用通用短路电流程序的定值计算方法仍然需要计算 者用人工方式调整计算内容、查找计算结果，并用人工方法最后算出保护定值。“1 为了进一步提高继电保护整定计算的精度和效率，7 0 年代中期，我国有关部 门陆续开展了继电保护整定计算的软件的开发。到目前为止，国内在输电线路整定 计算软件的研究丌发方面已经取得了可喜成绩，很大程度上减轻了电网保护整定人 员的工作量。然而，发电厂保护整定工作的现状却不容乐观，整定人员大都采用人 工手算进行故障分析和保护整定计算。主要原因有以下几点： ( 1 ) 传统上比较重视电网的保护整定。无论从硬件还是软件上看，电网保护 的发展已相对成熟，而发电厂保护在原理、配置等方面还有许多不成熟的地方，整 定的基础一一短路计算还不如电网精确、完备，且没有统一的标准。这些因素都在 一定程度上制约了发电厂保护整定软件的开发。 ( 2 )一些用户希望开发出完全自动化的整定软件，这种要求往往难以满足， 因为发电厂的保护整定中必然需要用户的实践知识和经验，以及对一些特殊情况分 华北电力大学硕士学位论文 析的独特见解，这是开发人员很难或无法用程序完全实现的，所以一定程度上阻碍 了软件的开发。 人工手算进行发电厂故障分析和保护整定计算，存在以下局限性： ( 1 ) 故障分析结果的精度因人而异，不同的计算人员会采用不同的计算方法， 忽略掉一些因素。 ( 2 ) 继电保护整定计算书的详细程度也因人而异，无法达到统一。 ( 3 ) 以上这些局限给保护整定人员带来了困难，容易出错，增加了保护校验 工作的工作量。 ( 4 ) 发电厂设备管理和保护定值单管理工作难度大，有些发电厂出现多年不 更换定值单情况。 ( 5 ) 计算工作量大，所需时间长，尤其是新上保护设备或系统结构发生变化 时。 就目前国内此类软件研究开发的情况看，已开发出的可视化的发电厂故障分析 与保护整定综合系统属于比较成熟的软件，该软件填补了国内没有通用的发电厂保 护整定软件的空白，通用性都比较好，人机界面友好。 但是，该软件的编制也存在一些不足，在每一种保护整定的每一步过程中，始 终需要整定人员参与，否则将无法继续。在发电厂实际应用中，由于发变组保护种 类繁多，此外还有一些其他类型的保护，如果每一种保护都按照该软件的方法整定， 则显得较为繁琐，且工作人员的工作量也会加大。 因此，如何提高保护整定的自动化程度，又能保留用户可以随时干预计算过程 的特点；使软件界面更加友好，操 乍更加简洁方便，更好的适应目前发电厂继电保 护整定计算工作的需要是该类软件的发展方向。 1 3 本文的主要工作 本文在研究了电力系统继电保护整定软件系统的发展和存在的问题与局限性的 基础上，针对发电厂继电保护整定计算软件开发的现状，结合发电厂继电保护定值 整定的实际情况和特点，开发了一套可视化的通用发电厂继电保护定值整定及其管 理的综合系统。本文主要侧重于该软件中的定值整定及其管理模块的设计和编程工 作，主要工作如下： 1 在确定了软件的目标和特点以后，建立了系统的整体结构，构建了系统和 各个组成模块的数学模型，以保证系统功能完整和运算数据准确。为各个设备的标 识模型、短路计算模型以及自动整定模型之间的关联提供了相互独立而又相互关联 华北电力大学硕十学位论文 的整体概念。 2 结合电力系统故障分析和继电保护的理论知识，采用面向对象的可视化程 序设计语言v i s u a lb a s i c6 0 ( 简称v b 语言) ，开发了可视化的保护整定和设备管 理程序，程序具有较好的通用性、发展性和实用性、人机界面友好。 3 对不同原理的继电保护整定原则进行了归纳，参照现场的整定计算方法， 丌发出了可视化继电保护整定计算软件。软件提供了完善的定值整定平台，定值整 定过程是在用户的参与下进行的，故障计算程序随时为用户提供整定所需的数掘， 整定时所需的设备参数也由程序自动关联得到，整定计算的结果自动写入定值单并 保存，以备用户查阅。 4 开发了完整的继电保护设备及定值数据库软件。具有完整的定值单和保护 装置管理系统，用户整定的定值结果可以自动进入数据库保存。设有系统登录的功 能，儿持有密码的用户才可以进入系统，并对用户权限进行了设置，保证了用户数 据的安全性。 华北电力火学硕十学位论文 第二章系统的整体结构设计 2 1 系统目标及设计思想 这套可视化发电厂继电保护整定计算及设备管理软件的目的是为了减轻发电 厂继电保护整定人员的工作强度，提高工作质量。软件应用计算机技术，使抽象繁 杂的故障计算和整定计算变得形象具体。此系统能较好地解决满足用户需求和软件 丌发难度之间的矛盾，通过可视化的界面，使用户参与计算，由于加入了用户的整 定经验增加了计算结果的可信度和正确性，从而减轻了用户的劳动强度，提高了工 作效率。 本系统并非纯粹的计算程序，一般的计算程序只要用户输入计算条件就可以输 出结果。而本系统的运行过程中则需要用户参与，才能保证最终结果的正确性。 发电厂主设备的保护配置非常复杂，不同电厂的保护配置差异也很大，而且不 同厂家生产的保护装置其整定过程也存在差异，整定过程中需要用户的经验。如果 依据某个典型电厂对其所配置的保护进行整定，很难实现软件的通用性，并使得软 件的开发成本提高。所以设计一种具有良好扩充性和通用性的电厂主设备整定软件 爿能满足需要。 为使系统具有良好的通用性和扩充性，并能让用户表达自己的整定经验，在设 计系统时，注重强调了系统的模块化和可视化的特点。模块化使得系统的内容容易 扩充；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，同时兼顾各具体保护装置的说明书，可以确保整定结果的 f 确性。 2 2 系统的整体结构设计 以往的发电厂继电保护定值整定及管理系统，保护的整定计算规则都写入程序 内部，用户不能对其进行修改，而且对具体设备保护的配置也是固定的，造成当用 户对具体设备及其所配置的保护进行添加或删除时、以及当保护整定计算规则发生 变化的时候，不能灵活的处理，难以满足该类软件通用性和实用性的要求，因此很 难满足不同容量发电厂实际应用的需要。” 针对上述问题，本文采用了模块化、开放式的整定计算和管理系统，其目的是 当发电厂系统结构发生变化、系统运行方式或者构成系统的设备参数发生变化以 后，系统中的各个设备的保护还能保持它的完整性和可靠性。系统的具体构成利用 5 华北电力人学硕十学位论文 不同的数据库和基于数据库的功能模块来实现，如图2 2 所示。 i 元件参数及拓扑结构庠故障计算库整定计算库定值及设备管理库 上上上上 人机交互界面 上土土土 图形建模模块故障分析模块整定计算模块设备管理模块 图2 ，2 系统整体结构框剧 在这个模块化的系统中，所有功能模块的实现都是基于数据库的。在数据库的 结构设计上，采用面向对象的数据结构设计和多级的数据表关联方式。 根据系统功能要求，建立了四个基本功能模块，四大模块之间相互联系、相互 作用，共同完成系统的整体功能。 ( 】) 图形建模模块：利用v b 语言的特点和功能，丌发了绘制电网主接线图的 图形建模环境。提供了完善的绘图工具，用户可以轻松的绘制电网主接线图，元件 参数全部采用可视化输入，编辑、修改极为方便。绘图完成并进行保存后，图上的 所有元件的信息存入数据库中，供其他模块使用。 ( 2 ) 故障分析模块：利用图形建模理论，并结合网络拓扑分析和电力系统故 障分析理论，丌发了图形化的发电厂故障分析软件，并能根据主接线图自动生成相 应的序网图。可以任意设置电厂的运行方式，可以在绘制的发电厂接线图上任意设 置各种故障，软件相应地计算出各个支路的各序、各相电流，以及各个节点的各序、 各相电压和短路点处的等值序阻抗。故障计算的结果，既可以用鼠标点击获得，也 可以以表格的方式浏览。 ( 3 ) 整定计算模块：对不同原理的继电保护整定原则进行了归纳，参照现场 的整定计算方法，开发了可视化继电保护整定计算模块。该模块是整个定值整定和 管理系统的核心，它实现了发电厂电力系统里包括发电机、变压器、电动机等常用 设备的定值的整定计算和管理，在程序设计过程中严格的遵循继电保护整定计算规 程，兼顾通用性和专用性。对于现有的保护，计算定值时整定导则可以直接从已制 定的定值整定和管理数据库里提取，其整定导则用户可以进行维护；对于新增加的 保护，用户还可以根据需要灵活的添加其整定导则。 ( 4 ) 发备管理模块：丌发了完整的继电保护设备及定值管理数据库软件。具 有完整的定值单和保护装置管理系统，用户整定的定值结果可以自动进入数据库保 华北电力大学硕士学位论文 存，并可随时进行查询。该管理模块设有系统登录的功能，凡持有密码的用户才可 以进入系统，保证了用户数据的安全性。对用户权限进行限制，只有系统管理员或 高级用户方可对设备及定值信息进行修改。 本文着重进行整定计算和设备管理两大部分的设计和开发。 2 3 编程语言和开发工具 本系统的开发，编程工具选择v is u a b a s i c6 o ，v i s u a lb a s i c 是近年来在 圈内外得到迅速推广应用的可视化程序设计语言，具有简单易学、功能强大、软件 费用支出低，见效快等特点。同时它又是采用面向对象技术的开发工具。 面向对象的程序设计方法( o b j e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n g ) 是新兴的程序设 计方法，它的出现使传统程序设计思想和设计方法发生了根本变化。 传统的程序设计方法是一种结构化程序设计方法。该方法基于功能分解，将整 个软件看作是一个个子功能模块的组合。由于软件经常随应用需要而改变，软件的 结构也就必须做出相应改变，不利于软件的维护和扩充。 面向对象的程序设计与之不同，该方法基于对象分解，将整个软件看作是一个 个离散对象的组合。由于对某个特定问题域来说，该域的对象组成基本不变，因此， 这种基于对象分解方法设计的软件在结构上更加稳定。 此外，在传统程序设计中，数据和作用在该数据上的操作是相互分离的，同样 的数据可能对应不同的操作，同样的操作也可能作用在不同的数据上。对于这些问 题，编程人员必须时刻加以考虑，加重了程序设计者的工作负担。 在o o p 方法中，由于数据以及作用在该数据上的操作都直接封装在对象中，这 就避免了传统程序设计中数据和操作的潜在不一致性。采用o o p 方法还有一个好处， 由于整个软件是对象及其相互作用关系的组合，便于编程人员进行抽象思维。 数据库的开发，在本系统中采用s q ls e r v e r2 0 0 0 ，s q ls e r v e r 2 0 0 0 是在s q l s e r v e r 7 0 的基础上扩展升级的产品。s q ls e r v e r7 o 是m i c r o s o f t 公司在数据 库领域中非常重要的产品，它具有非常好的再造和重写特性，是一个真正采用客户 端n 务器结构的关系式数据库。这种结构有利于管理大量不同的计算机。计算机 之间通过网络完成数据交互，客户端为用户提供操作界面，形成d b m s 的用户请求， 服务器则处理该请求，将结果返回给客户端，并按照一定格式显示出来。 s q i ，s e r v e r 继承了数据可软件设计和引擎方面的优势，已经成为新一代网络应 用程序的最佳数据库和分析解决方案之一。作为m i c r o s o f tn e te n t e r p r i s e s e r v e r s 的核心组件，它将减少电子商务、在线商务和数据仓储应用程序推向市场 的时蒯，并对需要的环境提供可靠的支持。s q ls e r v e r2 0 0 0 对x m l 和h t t p 提供 华北电力大学硕士学位论文 充分的支持；提供分割装载和确保时间的特性；提供先进的管理和协调机制，可以 自动管理线程任务，降低总体丌销。另外，s q ls e r v e r2 0 0 0 充分利用了w i 1 0 w s 2 0 0 0 的功能，包括支持活动目录( a c t i v ed i r e c t o r y ) 服务，最多支持3 2 个处理 器和6 4 6 b 的内存。“1 华北电力大学硕十学位论文 3 1 引言 第三章继电保护定值整定原则归纳及软件实现 继电保护的定值整定应满足可靠性、选择性、灵敏性及速动性四项基本要求。 部颁规程大型发电机变压器继电保护整定计算导则详细的枷定了不同原理的继 电保护装冒在整定计算过程中应遵循的基本原则，一般情况下，定值整定计算应按 规程的要求进行合理地配置，这是定值整定的普遍性。但是，每个发电厂又有其自 身的特点和要求，这些在整定时都必须充分考虑，因此定值整定又具有特殊性。 目前使用中的各种继电保护整定软件，基本上都采用在故障分析基础上进行整 定计算。其编程思想一般都是按照部颁规程要求，按照各种保护的通用整定方法， 按部就班地进行计算分析，并输出整定计算结果。整定计算人员拿到计算结果后， 一般还需对照整定规程对结果进行核对、分析，以保证结果的正确性。造成了人力 的重复性工作，是一种人力资源的白白浪费。另外，当需要计算特殊情况下的保护 定值时，由于程序中的保护原则是既定的，无法根据特殊需要进行相应地调整，得 出的计算结果也是毫无意义的。最后，保护整定计算人员只能通过传统的手算方法 得到定值结果。 因此，要想开发一套通用的继电保护整定软件，能够适应不同地区、不同发电 厂正常和特殊方式下的继电保护整定，就必须使软件具有充分的灵活性和适应性。 它能同整定规程紧密的结合，在整定过程需要帮助时，均能自动列出相关的整定原 则或保护装置建议取值，真正模拟手算过程中边思考问题边参阅整定规程和，一家浇 明书的手动计算定值过程。这样软件才有更大的实用性。 要想使整定软件具有充分的灵活性和适应性，首先应对继电保护整定原则进行 归纳，然后灵活地运用故障分析，结合可视化的软件开发工具，编制图形化的保护 整定工具软件。根据不同原理的保护特点，采用相应的整定方法。软件给用户提供 一个能够结合自己网络特点和整定经验，方便、直观地干预整个整定计算过程的工 作平台( 我们称为工具) 。用户运用此二_ ：具，可以按自己的要求和整定规则去整定 定值，各种可靠系数等参数也应在一定范围内可选。 32 整定计算的数学模型 整个发电厂电力系统里的所有设备的保护整定计算导则可以用一个数学函数 描述，本文用下面的函数来表示： 华北电力大学硕士学位论文 v = f ( k l ，k 2 ，k 3 ，一，k ，x j ，x 2 ，x 3 ，y i ，y 2 ，y 3 ，一，y 。，z l ，z 2 、z 3 ，一，z 。) 胛n 公式( 3 1 ) 其中： k ( j ) 为整定公式中的系数，包括继电保护定值整定计算人员根据该设备具 体运行情况和系统的情况得出的经验数据。 x ，( j h ) 为该设备的参数( 包括该类设备本身的参数以及系统运行时得到的参 数) 。 y ，( ，en ) 为整定公式中用到的故障量。 z ，( ，n ) 为某些特殊类型保护整定所需的其他量。 建立这样的模型的出发点是无论保护整定计算导则是如何的复杂，都可以将其 看成是多对一的映射。当自变量发生改变的时候，因变量也会相应的发生改变。这 旱的自变量无论是k ，还是x 。、v ，、2 ，都是离教的非连续的值，因此得到的整定 值也是离散的非连续的。k 来自于继电保护定值整定计算人员的经验值，x 来自于 设备参数模块，y 来自故障计算模块交互的数据，z 来自用户输入的信息模块。这 样当系统运行方式发生变化或者网络拓扑发生变化以及系统内设备参数发生变化 以后，同样可以计算出整定值，可以充分保证定值的可靠性和准确性。 3 3 继电保护定值整定原则归纳 继电保护的整定计算方法按保护的构成原理分为两种。第一种是阶段式保护， 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，丽它们的保护范 围又随电力系统运行方式的改变而变化，所以阶段式保护的整定计算是比较复杂 的，整定结果的可选性是比较多的。第二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，如高频保护等，它们在 原理上具备了区分区内、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。“1 发电厂的电气设 备主要配置的是以差动为基本原理的保护和电流电压保护，因此，其整定值不需考 虑配合关系，独立性较强。 发电厂的电气设备种类繁多，这里主要考虑的有：发电机、变压器、电动机、 母线等。每一种设备都配有若干不同原理的保护。以发电机为例：根据大型发电 机变压器继电保护整定计算导则规定，一般2 0 0 m w 及以上发电机，可装设以下类 型保护：定子绕组内部故障主保护，发电机相间短路后备保护，定子绕组单相接地 保护，励磁回路接地保护，发电机过负荷保护，发电机低励失磁保护，发电机失步 保护，发电机异常运行保护，等等。对于其余设备，相应也有一些不同原理的保护， 华北电力人学硕 ：学伊论文 这些保护类型，其整定公式各不相同，其中所用到的整定系数和参数也不尽相同。 但都可以用3 2 节中的数学函数来描述。 归纳起柬，各种保护的通用整定方法可总结如下： ( 1 ) 根据保护装置的构成原理和电力系统的运行特点，确定其整定条件及整 定公式中的有关系数： ( 2 ) 按照整定条件进行初选整定值，按电力系统可能出现的最小运行方式校 验灵敏度，在满足要求之后即可确定为选定的整定值。若不满足要求，就需重新考 虑整定条件下最小运行方式的选择是否恰当，再进一步还可考虑保护装置的配置和 选型问题。然后，经过重新计算直到选出合适的整定值。 3 4 定值整定模块的软件实现 发电厂主设备的保护种类繁多，保护配置非常复杂。不同电厂的保护配置差异 很大，而且不同厂家生产的保护装置其整定过程也存在差异，各工程技术人员实际 经验及对继它保护整挞要求的认识不同，因此，设计一个完全由计算机自动进行的 罄定模块是不现实的。 本文中提出的面向用户的继电保护整定方法的设计思想，以大型发电机变压 器整定计算导则中的整定方法为基础，参照部分微机保护生产厂家的产品晚明书， 使软件具有一定通用性。 3 4 1 设计思想和程序流程 本软件的整体没计思想是：编制可视化的通剧的整定计算模块。该模块以大 型发电机变压器继电保护整定计算导则和部分保护生产厂家的晚明书为基本依 据，与软件的其他模块紧密结合。提供给用户一个能结合自己实际保护需要和整定 经验方便直观地干预整个整定计算过程的工作平台。该模块通过数据库与图形建模 进行数据传递，利用接口与故障分析模块传输故障分析数掘。 幽3 1 秽序主要流程邕 华北电力人学硕十学位论文 下文中将结合整定界面的设计具体阐述程序的主要流程和结构。 34 2 整定及相关界面设计 发电厂的继电保护整定主要整定主设备发电机、变压器和厂用电部分的厂用变 压器、电动机。保护类型又可分为常规保护和微机保护。 软件的主界面如下图所示。 幽3 2 程序主窗体 启动程序后，即进入程序的主界面，用户可以在文件菜单中新建一个文件或打 开一个以前保存过的文件。如果用户新建了一个文件，则在主界面上并没有系统的 电气接线图。用户可从视图菜单的绘图、计算、整定、管理四个状态中选择绘图状 态，此时在工具栏中即出现各元件的图元符号，用户可自行拖动绘制系统的电气主 接线图。图3 2 所示为一个简单的发变组系统。实际电厂的电气接线图远比此图 复杂，这罩为了叙述方便，仅做一个简单图示。 用户将绘制完的主接线图进行保存后。即可从视图菜单中选择下一种状态。这 罩用户可选择计算或整定状态，选择计算状态，则程序自动进行故障计算，并显示 结果。选择整定状态，则用户可以使用右键菜单进行保护配置、定值整定等工作。 进入整定状态后，将鼠标放在图中的某个电气元件上，单击鼠标右键，即可出 现一个菜单，点击菜单中的“选择整定”选项，即可对该元件进行保护配置。 下面以图3 2 中的发电机为例。对该元件进行保护配置和定值整定，具体晚 华北电力人学硕士学位论文 明如何应用该软件完成整定工作。对该元件的保护，选用许继公司生产的w f b 一8 0 0 微机型发电机变压器组成套保护装置。 34 2 1 保护配置 将鼠标放在该发电机上，单击右键，点击菜单中的“选择整定”，即可出现保 护配置界面，如图3 3 所示： 蚓3 3 在保护配置界面中，设备名称、保护型号、生产厂家、保护名称等用户皆可从 浚选项的下拉菜单中选择，全部选择完毕后，点击“确定”按钮。在保护配置框中 的所有保护栏中显示该型号的所有保护种类。，在框中显示不下的内容，可拖动上 下和左右的滚动条显示。双击其中的某一种保护，即选中了该保护，则此保护名称 会显示在选定保护框中。 例如图中选定了发电机比率制动式差动保护，则该保护名称出现在选定保护梃 中。此外，还可以用鼠标左键单击要选择的保护名称，然后点击“添加”按钮，同 样可以使浚种保护出现在“选定保护”框中。如此重复，即可选择该发电机的所有 保护配置。 若想删除选定的某种保护。只需选中该保护，然后单击“删除”按钮，程序会 提示用户是否确定要删除，选择“是”，则该保护被删除，选择“否”，则陔保护仍 然在选定保护框中。 所有保护选择完毕后，点击“保存”按钮，将该元件所配置的所有保护存入数 据库中，以备以后查i _ i 】。 华北电力大学硕士学位论文 查询按钮的作用是：当选中某种保护后，再点击“查询”按钮，即可查看该元 件的该保护定值单。 34 2 2 查看定值单 在选定保护栏中，双击某一种保护名称，即可查看该种保护的定值单。或者在 将发电机的所有保护都配置完毕后，点击“保存”按钮，则从选定的第一种保护开 始，可依次查看每种保护的定值单。这里需要说明的是：若该种保护的定值单数据 已经存在，即保护的定值已知，则定值单界面中显示该保护的所有定值数据；若该 种保护的定值未知，则在定值单界面上显示的是该保护的定值单模板，即在该模板 中显示定值单的定值项，但定值数据为空白，如图3 4 所示： 图3 4 在图3 4 中，所示为w f b 8 0 0 发电机比率制动式差动保护定值单。此定值单包 含七项内容：序号、描述、符号、状态、定值、单位、定值范围。其中，序号显示 该定值项在定值单中的排列序号，即为第几项定值。描述即为该项定值的名称。符 号是其数学描述。状态栏有三个选项：整定、输入、忽略。这是因为定值项可能需 要整定，可能只需输入数值或者可能被忽略，因此设置了这三种状态。这里，用户 可以自行选择该项定值的状态，若用户选择了“忽略”，则其后的定值栏状态变为 不可输入：选择“输入”，用户才可以自行在定值栏中输入数值，且程序只支持用 户输入数值；选择“整定”，用户同样不能在定值栏中输入数值，只有经过后续程 序的整定计算，才能由程序自动将数值填入。定值单中的单位一栏，显示该定值项 的单位名称，定值范围限制了整定值的取值范围。 用户将所有定值项的状态都选择完毕后，并自行填写完“输入”状态的定值项 的定值，如图3 5 所示。 1 4 华北电力人学颐士学位论文 幽3 5 在上图中，只有状态为整定的项，其定值内容空缺，该项内容由后续程序经过 整定计算后自动写入。用户在检查定值单内容完整无误后，点击“确定”按钮，即 进入定值整定界面。 3 42 2 自动整定 图3 6 所示为整定最小动作电流时的整定系数选择界面，参照 w f b 8 0 0 微机 型发电机变压器组成套保护装置技术说明书“1 ，发电机比率制动式差动傈护最小 动作电流的整定原则为：“发电机最小动作电流一般取发电机额定电流的0 卜0 3 侍。”在本程序中，将这一原则用公式的形式描述为：，。= k 。，。其中，。为最 小动作电流；彭，为公式中的整定系数，取值为0 1 o 3 ；，为发电机额定电流。 该原则以文本文件的形式存储，在数据库中将整定项与整定原则的文件路径一一对 府。 图3 6 华北电力大学硕士学位论文 当用户点击图3 5 中的“确定”按钮时，程序自动检测定值单中的“状态” 栏，若状态为整定，则自动从数据库中查找该定值项的整定原则所在的文件路径。 然后将该文件载入，即在整定原则栏中显示该原则对应的整定公式。 在整定最小动作电流时，整定公式为：i 。= k 。x ，。，k 。为整定系数，需要用 户根据实际情况和经验确定。因此在整定原则文本框下方量。的取值是一个下拉框， 程序提供个可选择的数值范围供用户自己选择，不同的用户可以结合自己所在发 电厂和机组的实际情况灵活选择。实现了软件的通用性。 公式中的。为发电机的自身参数，在程序选定要配置保护的元件后，程序自动 从元件的设备参数数据库中将整定所需的数值调出。这里，将发电机的额定电流调 出，并自动写入图3 6 所示的文本框中。 用户从整定系数足，。的下拉菜单中选择一个合适的数值后，点击“保存”按钮， 整定系数丘，的取值和发电机参数，。会显示在整定原则文本框中，如图3 7 所示。 图3 7 用户在确认了整定系数和参数的数值后，点击“保存”按钮，即将公式中各元 素的数值存入数据库，留待整定时使用。 至此，发电机比率制动式差动保护的最小动作电流的整定系数确定完毕。点击 “切换”按钮，进入下一个整定项目最小制动电流的整定系数选择，如图3 - - 8 所 示。 与最小动作电流的整定类似，最小制动电流整定同样遵循该保护的技术说明 书。整定原则同样以公式的形式保存，并可以由程序调出并显示在图中整定原则的 文本框中，剩下的工作与最小动作电流的整定完全相同，不再详细说明。 图3 8 在发电机比率制动式纵差动保护中 整定，其余项只要输入数值即可。因此 只有最小动作电流和最小制动电流两项需 在将整定最小制动电流所需的整定系数确 定完成后。再点击“切换”按钮。则程序自动转换到用户所配置的下一种保护的定 值单界面，丌始下一种保护的整定工作。 对保护配置界面中选定的保护，按上述过程依次进行整定系数的确定后。程序 自动回到主窗体显示系统的电气主接线图，用户可以对其余的元件进行保护配置。 然后，与上文所述的对发电机进行的整定过程一样，对所选元件进行保护配置，再 对所配置的每种保护查看其定值单、确认定值状态并对需要整定计算的定值项进行 整定系数的确认。 需要说明的是，按照上文3 2 节中的公式( 3 一1 ) v = f ( k ”k 2 ，也，一，吒，x 1 ，x 2 , x 3 ，- 一，x ny l ，y 2 ，y 3 ，y 而，z 2 毛，- ， ( 3 一1 ) 保护整定过程还可能用到经故障计算得出的故障量值，, 或用z 户o ) n 根据n 实际情况确 定的其他量值。 在上文所举的例子中，对于w f b s 0 0 微机型发电机变压器组成套保护装置，按 照其况明书，发电机比率制动式纵差动保护的整定过程只需要知道公式中的整定系 数k ，和被保护元件的参数x ，并未涉及到需要进行故障计算的量，因此，在程序的 相关界面中未出现有关故障量的数值。 对某些整定时需要故障量的保护， 元件的参数x ，还需要知道故障量值y 理的： 即整定时不仅需要知道整定系数k ，和被保护 ，对于这些类型的保护，在程序中是这样处 华北电力大学硕士学位论文 在数据库有关该种保护的表中，有两条关于故障信息的记录，分别是故障量和 故障类型，如果该保护的整定需要用到故障量数据，则故障量记录为1 ，否则为0 ； 同时，故障类型一项也按三相短路、两相短路、单相短路等分别用不同的数字表示， 为0 时表示不需计算故障量。 这样，当整定这些需要故障量的保护时，程序会自动检测到数据库中相关表里 的故障量和故障类型的记录。若故障量的记录为1 ，则程序会自动寻找故障计算部 分程序接口，然后，按照设定的故障类型，将表示故障类型的数字作为故障计算接 口函数的参数传递给接口函数。这样，当整定这些保护时，用户在定值单界面中确 定了各定值项的定值状态后，对于其中需要经过整定计算的项，程序先调用故障计 算模块计算故障量值，在确定整定系数的界面上，计算出的故障量名称和数值会显 示出来。 对于那些整定时除了故障量以外，还需要用户根据实际情况确定的其他量值。 即公式中的z ，与故障量的处理类似，也是在数据库中设置相关的记录，在整定这 些保护时，程序会自动检测这些记录，如果记录为1 ，则在确定整定系数的界面上 会有相应的文本框留给用户，可以自行输入数值，然后程序再将用户输入的数值保 存进数据库相应的表中，以备程序随后的自动整定时使用。这样就保证了不同的用 户可以根据自己的实际情况输入不同的数值，体现了软件的通用性和实用性。 对于某种确定型号的保护，只要有相应的整定公式，总符合上述几种情况中的 一种，因此，对于不同厂家生产的不同保护装置，只要有相应的整定原则，就能利 用本软件进行定值整定和管理。 在将所有元件的保护配置全部完成后，回到软件的主窗体界面，显示电气主接 线图，如图3 9 所示： 图3 9 18 华北电力大学硕士学位论文 在图3 9 中，从主菜单“整定计算”中，选择“全部整定”，则程序自动开始对已 配置的保护依次进行自动整定，整定时所需要的系数，元件的参数、程序自动由数 据库中调出。一个元件所配置的保护全部整定完成后，再进行下一个元件的整定， 直到完成所有元件的保护整定工作。 在对每一种保护自动整定的同时，程序自行生成该保护的定值单并进行保存。 整定完毕后，用户可查看任何一种保护的定值单，可根据需要进行修改。 34 2 2 手动整定 为了满足用户有时要对单个保护进行手动整定的需要，软件设置了手动整定模 块，对于在保护配置界面中选中的任何一种保护，都可以进行手动整定。 首先，与自动整定一样，用户必须先对当前元件进行保护配置，为了与上文所 述的自动整定过程进行对比，仍然以许继公司的w f b 8 0 0 微机型发电机变压器组成 套保护装置为例，对主窗体界面中的发电机进行保护配置。 在图3 1 0 中，用户在确定了设备名称、保护型号、生产厂家、保护名称后， 点击“确定”按钮，在保护配置栏的所有保护框中，列出了该型号的所有保护种类， 同样双击“发电机比率制动式差动保护”，则该保护被选中，再在选定保护框中双 击浚保护，则进入该保护的定值单界面，这些过程都与自动整定类似。 在定值单界面上，用户同样需要确定各整定项的定值状态，定值状态分输入， 忽略和整定三种。对于那些只需输入一个简单数值的定值项，如开关量或一些启动 值、经验值等，用户自行输入数值，对于有些定值项，其定值不需用户输入的，可 忽略。对于需要进行整定的定值项，用户可以在选择定值项状态时，双击“整定“， 这样，即进入了手动整定界面。如下图3 一1 1 所示。 华北电力人学硕十学靠论文 倒3 1 1 整定最小动作电流时，双击“整定”，则进入手动整定界面。如图3 一1 2 所示。 图3 一1 2 在图3 一1 2 中，最上方是保护类型、型号、整定量三项，这，l 项的内容是程序 从前面的界面中自动关联过去的，不需要用户自己输入。下面的整定原则栏驻的计 算导则框中，程序将大型发电机变压器继电保护整定计算导则”1 ( 以下简称导 则) 中有关该种保护的整定原则自动写入：同时，在厂家建议框中，列出该型号保 护的技术说明书中给出的整定建议。用户在整定时可以参考上述两种整定原则和建 议。 手动整定时，用户可以参考整定原则将公式输入到公式描述框q j ，如果该项定 值只需要- 步运算就可以得出最终结果，就只需要在公式描述栏。”输入一个公式； 华北电力大学硕士学位论文 如果该定值项需要多步运算的，可将这些公式都列在公式描述栏中 依次求出各个待求量。大多数定值项的整定都属于后一种情况。 例如：按照导则中的整定原则： 。p 0 = k 。fx2 o 0 3 0 n o 再按先后顺序 公式( 3 2 ) 整定动作电流，。则只需要知道发电机额定电流和电梳互感器变比，确定可 靠系数。代入公式( 3 2 ) 中运算即可。而发电机的额定电流不是直接保存在在数 据库中的发电机参数表中的，但可以通过发电机参数表中的额定功率、功率因数和 额定电压计算出来。 如图3 1 3 所示，将计算最小动作电流，。和发电机额定电流，。的公式列在公 式描述栏中，要计算最小动作电流i o p 0 ，必须先算出发电机的额定电流，。，根据公 式 ，。= k d 。) u 。) 公式( 3 - - 3 ) 其中，名代表发电机的额定功率，代表发电机的功率因数，u ，代表发电 机的额定电压。 图3 一1 3 发电机的额定功率，功率因数和额定电压均保存在数据库中的发电机参数表 中，在图3 1 3 所示的界面中，用户只要双击参数选择列表框中的参数名称，相应 的数值就会显示在上方的框中，因此，依次双击额定功率、功率因数和额定电压， 将其数值一一代入公式( 3 - 3 ) 中，并将其写在公式编辑栏的相应位置，这时，公 式里已全部都是数值，点击“运算”，则显示出结果，如图3 13 所示。 双击显示运算结果的文本框，则结果自动传回相应的文本框中，如图3 1 4 所 2 1 华北电力大学硕十学位论文 可ia 图3 一1 4 额定电流的值确定后，带入公式( 3 2 ) ，电流互感器的变比可从发电机参数 中获取，整定系数足。的值由用户自行确定，因此，由公式( 3 2 ) 就可计算出最 小动作电流，。的值。将公式描述栏中公式( 3 - 2 ) 中各参数以数值代替，写在公 式编辑栏中相应位置，如图3 一1 5 所示。 酬3 1 5 点击“运算”后，得出结果，双击该结果，则自动传回公式描述栏中相应的位 置。双击得出的最小动作电流值，则该数值传到整定结果栏中的定值l 文本框。由 于本项定值的整定只按照一种原则进行，因而只有一种结果，直接双击定值1 文本 2 2 华北电力大学硕士学位论文 框，则该数值传输到最终的整定值框中。如图3 1 6 所示。 需要说明的是，某些定值项的整定可以有多个整定原则和方法，用户可以按照 计算导则列表框中给出的每一种整定原则都进行一次运算，双击公式描述栏中每次 运算得出的数值，则会依次传到整定结果栏中相应的文本框中，按计算的先后顺序 依次排列为定值l 、定值2 ，按整定原则的要求取其中的最大值或最小值，按 “取最大值”或“取最小值”按钮，程序会自动将算出的诸多定值中取最大值或最 小值写在最终的整定值框中。 在图3 1 6 中，点击“传输”按钮，则计算出的整定值自动传回定值单中的相 应位置，如图3 1 7 所示。点击“取消”，则整定计算界面隐藏，显示定值单界面， 等待用户重新进行选择和整定。 图3 1 7 在上文所述的发电机比率制动式差动保护最小动作电流的整定过程中，并未涉 华北电力大学硕士学位论文 又有关故障量的计算；而有的保护整定时，需要用到故障分析得出的数掘，这样整 定过程就与上文的例子有所不同。 以w f b 8 0 0 微机型发电机变压器组成套保护装罨中的变压器比率制动式差动保 护整定为例： 双击选定的保护，查看该保护的定值单。 图3 1 9 整定比率制动特性斜率时，在其定值状态中双击“整定”。即进入该定值项的 手动墼定界丽。如图3 2 0 所示。 华北电力大学颤十学位论文 要整定比率制动特性斜率，需要知道差动保护的最大动作电流，。根据公式： l o pm a x ：k d ，m 公式( 3 3 ) 计算最大动作电流，应该先求出最大不平衡电流l 。，而根据公式： ，m 。a x = ( k k k + d u + d m ) ，k n 公式( 3 4 ) 要计算最大不平衡电流，应该先计算外短路时，最大穿越短路电流周期分量 ，。一因此需要进行故障计算。从图3 2 0 中点击“故障计算”，则进入主窗体进行 故障设置。在主窗体的视图菜单里选择计算状态，则菜单项里出现故障计算，同时 工具栏中出现设置故障的图标，从故障计算菜单项中中选择设置故障选项，或者从 工具栏中点击设置故障图标，进行故障设置，如图3 2 1 所示。 华北电力人学硕士学懂论文 如图3 2 1 所示，点击工具栏中的红色的故障设置图标，则出现故障设置界面， 叫。以选择故障对象的类型、名称、故障相和故障类型。故障对象类型包括母线、节 等。名称则具体指明是哪条母线和节点。可选择故障发生相，并确定故障类型。 庄图3 2 l 中，确定了母线i 的三相相间短路，点击“确定”后，在母线l 上有红 色故障标志闪动，如图3 2 2 所示。 图3 2 2 故障设置完毕后，在主窗体的故障计算菜单中选择查看全部量，可以查看在所 设置的位霄发生故障时的各支路电流和节点电压。如图3 2 3 所示； 从川冬f 的界而中即可食看母线l 发生三相相阳短路时，流过各支路的各序电流 华北电力大学硕士学位论文 和相电流以及母线l 处的节点电压。找到保护安装侧所在支路的电流。双击该相电 流值，将其传送到整定界面中的故障计算框中，如图3 2 4 所示。 得出外部短路时的最大短路电流数值后，代入公式( 3 4 ) 中，即可计算出最 大不平衡电流数值，进而计算出差动保护的最大动作电流值。其余的最大制动电流 等的计算与前文所示的整定过程类似，不再一一说明。 3 4 2 4 小结 本节主要结合软件定值整定模块的计算过程及相关界面设计，具体阐述了这部 分程序的主要流程和结构。定值整定模块包括保护配置、查看定值单、自动整定和 手动整定四部分。其中，保护配置和查看定值单部分是整定计算的基础。只有在进 行了保护配置并对定值单中的定值状态进行确定后，才能进行保护整定。自动整定 和手动整定两部分满足了用户的不同需要。 在这部分程序的实现过程中，无论是界面设计还是内部的计算模块都没有针对 某种具体的保护类型，因此，整个程序是通用的，模块化的。同时，各功能模块部 分又是相互独立的，便于以后的更新和升级。此外，软件在设计时还充分考虑