（电力系统及其自动化专业论文）电力系统继电保护运行管理系统及其相关问题研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t o p e r a t i o nm a n a g e m e n t o f r e l a yp r o t e c t i o n i so n eo ft h em o s t i m p o r t a n t a n d c o m p l i c a t e dt a s k si np o w e rs y s t e m s ，a n di t s a u t o m a t i o nh a sa l w a y sb e e nt h eo b j e c t i v eo f r e s e a r c h e r s t h i st h e s i sp r e s e n t sa na u t o m a t i co p e r a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo fr e l a yp r o t e c t i o n ， w h i c hi sb a s e do i l g r a p h i c a l a n di n t e m e tt e c h n o l o g yn l es y s t e mp r o v i d e s g r a p h i c a l i n t e r a c t i v em e t h o d sw i t hu n i f o r r ns t y l ea n di m p l e m e n t st h ei n t e g r a t i o no fk i n d so fr e l a y p r o t e c t i o na p p l i c a t i o n s o f t w a r eo nau n i t i v ed a t a p l a t f o r m d u e t om o d e r nd a t a b a s e t e c h n o l o g y t h ef o c u s e so ft h i st h e s i s a r et h eg e n e r a ld e s i g no fo p e r a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e r n t h er e s e a r c ho ns e x i n gv e r i f i c a t i o na n d o n 1 i n ec o o r d i n a t i o n f i r s t l y , t h eg o a lo fo p e r a t i o nm a n a g e m e n t o f r e l a yp r o t e c t i o ni sp r e s e n t e da c c o r d i n gt o t h ed e m a n d so ft h i s s y s t e m a n dg e n e r a l f r a m e w o r ko ft h es o f t w a r ei s d e s i g n e d i n a d d i t i o n g r a p h i c a l i n t e r f a c e s d a t a b a s e d e s i g n ，i n t e m e t b a s e do p e r a t i o n ，s o f t w a r e r e l i a b i l i t ya n da p p l i c a t i o no f a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ei nt h i ss y s t e ma r e i n v e s t i g a t e d t h e n s e t t i n gv e r i f i c a t i o n ，o n e o ft h em a i nf u n c t i o n s ，i sd i s c u s s e di nd e t a i l t h e d e f i n i t i o n b a s i cf u n c t i o na n dt h ep r i n c i p l eo fi ta r es p e c i f i e d a n dt 1 1 e f e a s i b i l i t yo ft h e p r o t e c t i v es e l e c t i v i t yv e r i f i c a t i o nm e t h o di sf u r t h e ra n a l y z e d w h i l eo b t a i n i n gm e t h o d so f o n l i n ed a t af o rs e t t i n gv e r i f i c a t i o na r ep r o v i d e da n dt h es o f t w a r eo fs e t t i n gv e r i f i c a t i o n s y s t e mi sd e s i g n e dm o r e o v e r ，t h ea r i t h m e t i co fq u i c k l ya t t a i n i n gp r o t e c t i o nr a n g eb a s e d o n i m p e d a n c em a t r i x i sd e d u c e d f i n a l l y , o n 1 i n ec o o r d i n a t i o nb a s e du p o nt h ew h o l en e t w o r ki sd i s c u s s e d t h eo n 1 i n e c o o r d i n a t i o nf o r m u l ao fg r o u n d i n gd i s t a n c er e l a yi sg i v e na n dt h ei m p a c to ng r o u n d i n g d i s t a n c er e l a yo fo p e r a t i o ns t a t ec h a n g i n go fm u t u a ll i n e si sd i s c u s s e de s p e c i a l l y 1 1 1 e i n f i u e n c eo no n l i n ec o o r d i n a t i o no f1 0 a df l o wi s a n a l y z e d t h ew h o l es t r u c t u r ea n d i m p l e m e n tm o d eo fo n l i n ec o o r d i n a t i o ns y s t e mi sp r o v i d e d ，a n dt h ep r a c t i c a l i t yo ft h e o n l i n ec 0 0 r d i n a t i o ni sg i v e nf u r t h e r k e y w o r d s ：o p e r a t i o nm a n a g e m e n to f r e l a yp r o t e c t i o n ，s e x i n g v e r i f i c a t i o n ， o n l i n ec o o r d i n a t i o n ，p r o t e c t i o nr a n g e u 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 继电保护运行管理系统的发展和现状 继电保护装置属二次系统，它是电力系统不可分割的一部分。当系统由于自然的、 人为的或设备故障等原因，使电网的某处发生故障或出现不正常状态时，继电保护 装置能迅速将故障部分切除，以保证电力系统运行的稳定性，并最大限度地使电网 的非故障部分可靠地供电。国内外的无数实例证明，继电保护装置是电力系统安全 运行的保证。然而无数事实也说明，几乎凡是涉及停电范围较广的大型系统事故， 都与继电保护装置的不正确动作有直接或间接的关系【2 。因此，合理安排继电保护 运行，提高继电保护的管理水平，是保障电网安全运行的重要条件。 计算机是人类二十世纪最伟大的发明之一，其高速、高效、精确等特点为许多传 统行业的发展注入了新的活力，为人类生产和生活的各个领域带来了一种全新的经 营管理模式。从二十世纪七十年代开始，利用计算机技术提高继电保护的工作效率 和管理水平受到了广泛的关注，并推出了- - j = l l 集成多项应用功能的运行管理软件1 4 - 1 0 】 和一些功能独立的应用软件，如整定计算软件i ”一4 1 、故障计算软件陋16 1 、故障信息 分析软件1 1 7 , 1 8 o 这些软件的开发和应用为提高继电保护工作的水平发挥了重要作用， 但是在实际使用中其效率还受到以下几个方面因素的制约： 1 ) 各类软件的数据不能共享。目前电力系统继电保护的各类软件基本上是单独 运行，没有集成到统一的软件平台上，使建立软件数据库的工作量大大增加，且数 据的一致性得不到保证。 2 ) 各类分析计算的自动化程度低。比如：有的整定计算软件为了得到定值，过 多地依赖人工的干预，更谈不上实现定值优化。而且，有的软件由于受以前计算机 软硬件的局限，对系统节点数目和计算方式组合等方面都有不同程度的限制。 3 ) 各类软件的网络化程度不高。现有的各类软件基本上只能单机工作，为统 的管理带来诸多不便，谈不上数据的共享，更谈不上实现整个继电保护工作的自动 化。 4 ) 人机交互界面不友好。比如：普遍没有图形化界面，人机交互不直观，继电 保护整定人员往往还要另外准备系统图纸放到手边，一方面图纸准备本身需要时间， 另一方面用户需要反复对照图纸进行操作，也影响了工作效率。更不用说，由于图 一 1 华中科技大学硕士学位论文 i 纸信息不能根据最新的计算结果变化带来的不一致所引起的麻烦甚至错误。 5 ) 各类分析计算的结果输出形式单一。为了将结果以图形或文档的形式输出， 必须进行繁重的第二次加工甚至需要手工实现，使工作周期大大加长。 6 ) 软件功能单一。现有与继电保护相关工作的软件，仅局限于整定计算( 或者 还只有故障计算程序) 和定值管理等有限的功能上面，还没有把保护配置管理、图 纸管理等功能包括进来。 7 ) 各类软件的实时性不高。现有软件基本都是离线的，无法满足对突发事件快 速响应的要求。 1 2 继电保护运行管理系统的开发条件和要求 近些年来，通讯技术和通讯手段不断进步，计算机在软硬件方面又有了突飞猛进 的发展，以往制约计算速度和计算规模的硬件瓶颈得以改善。在软件技术方面，图 形化已成为软件发展的主流，d o s 操作系统和基于d o s 的应用软件必然要被 w i n d o w s 操作系统和基于w i n d o w s 的应用软件取代【j 犯。而v i s u a ls t u d i o 、p o w e r b u i l d e r 等面向对象可视化应用软件开发工具的出现又大大简化了各类专业应用软件 的开发过程。同时，e m s s c a d a 系统的建设与发展实现了实时数据的采集和获取。 制约电力系统应用软件实际使用效率的各个方面因素都可以得到圆满解决，并且计 算机技术在e m s s c a d a 、继电保护整定计算等领域的应用已经取得很好的成果， 图形化、网络化、自动化已成为电力系统软件发展的方向。 随着电力系统的不断建设和发展，电网日益庞大而复杂，特别是三峡电站建设与 投运，现代电力系统必然发展到以大区电网互联、全国统一联合电网为特征的新阶 段，致使系统管理的继电保护设备越来越多，定值整定日趋复杂，为了进一步提高 系统的安全性，定值校核和整定计算的在线化以及故障信息处理的实时化呼声也越 来越高。同时，随着电力系统市场化运营的发展，许多新问题需要得到更多的考虑， 如：整定计算时应考虑系统多种运行方式的存在，生产管理中应考虑人力资源的成 本。所有这些，都对电力系统继电保护工作提出了新的要求。 在这样的时代背景下，充分发挥现有计算机的软硬件能力，研制大型电力系统继 电保护运行管理系统，为继电保护的管理和决策提供一个全新的支撑平台，为用户 提供更强大、更便捷的操作管理手段，使电力系统安全保障体系进一步改善，成为 必然的要求。继电保护定值计算和管理软件的开发不仅为建立实时管理整个二次系 统的平台奠定了基础( 该平台与现有e m s 系统相比较，两者除了管理对象不同外， 华中科技大学硕士学位论文 在采用的技术和系统的组织结构上是一致的，因此不妨称之为- ae m s 系统) ，而 且作为数字电力系统的一个重要分支而r e 网络化、数字化、实时化、信息化方向发 展。建立继电保护运行管理和故障处理统一平台，是新时代继电保护工作者面临的 新任务和新挑战。 本文讨论的电力系统继电保护运行管理系统，是一个图形化、网络化的自动化支 持系统。陔系统采用图形化的人机交互界面，提供进行各种继电保护专业工作的风 格统的交互手段，并采用现代数据库技术，把各种应用于继电保护的功能模块集 成到统一的数据平台，如整定计算、定值管理、图纸管理、电网设备参数管理、保 护配置管理、故障录波分析等功能。本文介绍的运行管理系统，可以大大提高继电 保护工作的效率，实现管m _ - t j 9 网络化，工作的自动化，使继电保护工作上一个新的 台阶。 1 3 本文所做的工作 综上所述，虽然继电保护应用软件取得了一系列成果，但仍存在不少问题，电网 的发展对继电保护运行管理提出了更高的要求，开发新一代的继电保护运行管理平 台所需的外部条件业已成熟，本文探讨了继电保护运行管理系统的设计目标，总体 结构等相关问题，并针对继电保护运行管理的重要功能模块定值校核和在线整 定进行了较为详细的分析和探讨。本文后续内容章节安排如下： 第二章整体介绍了继电保护运行管理系统，包括系统的设计目标，总体结构等相 关内容，而且就系统的数据库设计，网络化运行，图形界面以及人工智能技术的应 用等相关问题进行了探讨。 第三章阐述了定值校核的意义与定义，提出了定值校核的校核规则，设计了校核 系统的总体结构和计算流程，最后就校核系统中实时数据的获取以及保护范围的快 速求取等关键技术问题进行了探讨。 第四章分析了在线整定的现状和在线整定的主要内容，并针对在线整定的特点， 分析了考虑互感线路方式变化的接地距离保护的在线整定以及潮流对保护定值的影 响，同时，还就在线整定系统的系统结构、启动模式、数学模型的选取以及系统的 实现模式等方面提出了一些初步的想法。 第五章对全文内容进行总结，并对继电保护运行管理系统的发展做了进一步的展 挚。 华中科技大学硕士学位论文 2 运行管理系统的总体介绍 2 1 引言 电力系统继电保护运行管理系统是在总结已有各类相关软件优缺点，综合考虑电 力系统继电保护工作特殊性，特别是了解继电保护科工作特点和专业工作流程的基 础上，设计开发的继电保护自动化支撑系统。该系统实现各种管理的规范化以及各 种分析计算的自动化，提高计算精度和工作效率，进而实现整个继电保护工作的自 动化。 继电保护运行管理系统的核心任务是辅助整定人员完成整定方案，实现故障分析 功能，加强对各类数据的管理，降低劳动强度，减少人为失误。因此，该系统能够 完成整定计算，定值通知单的自动形成与传达，保护配置和电网参数的管理，继保 各类图纸的管理，故障录波分析等功能，并能按照操作人员的要求方便地查询各类 数据。这些功能集成在统一的应用平台上，此平台提供给用户风格一致的交互界面， 能够方便用户进行各项工作，以提高工作效率。系统还结合了继保工作人员的经验， 使之符合继保人员的工作习惯。同时，该系统还充分考虑继电保护工作的特点，对 用户权限进行分类，对不同用户的功能权限严格区别，确保工作的可靠性和安全性。 2 2 系统的设计目标和总体结构 2 2 1 系统的设计目标 根据继电保护运行管理工作的基本要求和现有的开发条件，本系统将达到以下 目标： 1 ) 基于高度开放的软件体系结构、商用关系型数据库、i n t e m e c i n t r a n e t 以及图 形化人机交互平台，实现继电保护科所有相关管理和分析计算工作的全面集成，包 括对设备信息、保护运行信息、保护定值、图档资料、系统参数、专业相关技术资 料等数据的统一集中管理1 2 1 ；整定计算、短路计算直至形成整定方案和定值通知单 的全过程自动实现；保护定值的在线校核和全面的故障分析功能。 2 ) 提供所有管理和分析计算工作的全图形化，实现图形交互与管理、计算功能 的无缝结合。提供强大的电力系统图形处理能力，实现分层、分区的图形管理以及 4 华中科技大学硕士学位论文 一对象多图的管理和自动维护，各种图形之间紧密关联，从而解决以往各种图形之 间互不关联，一致性难以保证的问题，大大减少电力系统图形的维护工作量。 3 ) 实现与其他系统( 如调度m i s ) 的数据共享与交换，并在系统设计上考虑今 后与方式科管理系统等其他系统互联的需要，预留开放性接口。 4 ) 实现过程管理自动化( 如定值通知单的形成、审核、审批、下达以及反馈全 过程的自动控制) ，以提高管理工作的效率。 5 ) 提供用户自定义功能。如提供丰富的数据模板库，用户可以组合自己习惯的 输入界面，大大简化数据录入的工作量。 6 ) 提供完善的网络安全性和数据库安全性控制。采用带域的n t 网络，并通过 防火墙与外部网相连，有效阻止外部非法侵入；采用严格的数据库用户验证和权限 控制机制保证数据库的安全性。 7 ) 实现软件系统的模块化和组件化，以利于维护和升级。基于组件技术实现各 功能模块的独立开发和无缝集成，各模块能够实现单独的升级和替换；各模块内部 编程采用面向对象技术，面向对象技术为人们提供了一个非常有力的技术工具，使 对象具有良好的封装继承的特性，提高系统的重用率，系统的维护和扩展也变得容 易实现【2 2 “1 。 2 2 2 系统总体结构 系统的简单结构框图如图2 - 1 所示，分为数据库管理平台，数据接口中间层，应 用逻辑层以及用户界面层四大部分。其中除数据管理平台采用专用服务器，运行于 u n i x 环境以外，其余各部分均运行于w i n d o w s 环境。 华中科技大学硕士学位论文 用 户 界 通用管理界面( 基于w e b ) 应用程序界面 罂r 2 仑f l f l w e b 服务 陶。 、f 应 曲vv 1 |链保运行管理子系统赦障信息分析子系统 塑逊 用 保保故数整 故 保系保 值 护统护护护 障据定瞳 逻 图原配设定录传计计校 纸始置备值波入算算核 管参管逛迢分及管管 辑 理 数理行行 析保理理算 管管管管存 理理理理 层 八八j 】【 通用图形支撑平台 ， 、 、，7 。l 数据接口中间层 下p 1p u ； ，一、 其他应用软件： 数据库管理平台 e m s s c a d a 、m i s 系统等 图2 】继电保护运行管理系统总体结构图 1 ) 数据库管理平台 各功能模块进行分析、统计和计算的数据，都由数据库进行统一管理，各模块之 间的数据交换都通过数据库进行。数据库平台实现对整个系统数据的集中管理和系 统级安全控制。同时数据库还为工作人员提供各种数据查询的功能，可按照用户的 需求返回相应的数据。 2 ) 数据接口中间层 利用c o m d c o m 技术，以组件思想构造数据库接口中间层，所有的功能模块 在与数据库进行数据交互时都需要通过调用数据接口中间层中不同的接口，执行相 关的数据库操作。此外，数据库接口中间层提供与s c a d a e m s d m s 、m i s 等其它 系统进行集成的数据接口，还提供本系统接收厂站继电保护运行数据和故障录波信 华中科技大学硕士学位论文 息的数据接口。 3 ) 应用逻辑层 提供继电保护工作自动化所需要的各种分析计算功能和管理功能。根据应用功能 的不同，可以将系统分为继电保护运行管理子系统、继电保护定值计算子系统和故 障信息，分析子系统。 继电保护运行管理子系统 继电保护运行管理子系统可以在图形界面上完成系统参数的维护和各种图纸资 料的管理，进行继保设备各种运行信息的组织和管理，实现继电保护生产管理的数 字化和规范化，同时能够生成各种查询、统计报表并进行发布。 继电保护定值计算子系统 继电保护定值管理子系统主要进行继保装置的整定计算和各种计算文稿的管理， 实现定值计算、定值校核等工作的自动化，并能根据计算结果自动形成整定算稿和 定值通知单。 故障信息分析子系统 故障信息分析子系统包括处理各种故障录波装置传来的故障信息数据，综合分析 故障原因和保护动作的正确性，实现故障定位等功能，还包括相应分析结果( 如 图表和报告) 的统一管理。 4 ) 用户界面层 系统提供所见即所得的全图形化人机交互界面，用户界面包括两个方面：基于 w e b 的通用界面，主要用于用户根据需要进行查询、信息传递等操作，同时在内部 内嵌图形、表格和图表显示插件，可以图形方式表示各种信息；基于专用分析应用 程序的界面，是指继电保护整定计算、故障录波分析等专用分析、计算软件所具有 的界面，该界面建立在统一的图形支撑平台上，具有标准的w i n d o w s 应用程序界 面风格。 2 3 运行管理系统相关问题的探讨 在继电保护运行管理系统的开发研制中， 索，本节就系统数据库的设计、网络化运行、 技术的应用等方面进行了探讨。 有许多问题需要进行深入的研究和探 系统可靠性、图形界面以及人工智能 华中科技大学硕士学位论文 2 3 1 系统数据库的考虑 数据库是继电保护运行管理系统的核心，是系统中数据存储的实体，也是全系统 信窟、资源充分利用的基础1 2 。数据库的设计，不仅影响系统功能的实现，同时也是 影响系统性能的关键因素，它是程序设计的基础和前提。因而数据库设计是一个非 常重要的环节。数据库的设计达到以下要求： 采用面向对象的设计方法，设计的数据库与信息逻辑模型和系统实际模型相 符合。 数据库具有最小的数据冗余度，保持数据的一致性和完整性。 数据独立性强，在数据库修改和扩充后，尽可能做到不影响原有用户的使用 方式，也尽量避免修改和重写原有的应用程序。 服务于两个或多个子系统应用程序的数据设计成共享数据，以实现资源共享， 可以节约大量的存储空间。 根据对系统的需求分析，整个数据库平台可以分为软件系统管理库，电网原始参 数库，电网图形数据库，保护配置数据库，图纸数据管理库，保护运行数据库，整 定计算数据库，定值数据管理库以及录波分析数据库等九个予数据库，各个子库相 互联系，构成一个完整的数据库体系。同时，在数据库详细设计过程中，按标准数 据库格式要求，电力系统各类元件采用标准的数据模型，能方便实现电力系统各级 继电保护部门以及继电保护部门和调度等其他部门数据交换的标准化 2 7 1 ，减少数据 交换造成的错误，提高工作效率。 为确保整个数据库的安全性，数据库系统保存到专用的数据服务器，采用两台服 务器实现双机热备份，而且，将各数据库子模块分为共享查询部分和专用管理部分。 普通用户可以通过网络查询共享部分的数据，但专用部分只能由数据库管理员操作。 数据共享和并发操作是网络化运行的集成信息系统的显著特点，解决多个用户共享 数据库时发生矛盾是系统必须解决的一个关键问题。利用数据库软件所提供的文件 上锁和记录上锁互为锁定的功能，解决了修改数据库的用户和查询的用户共享冲突 的矛盾，以及多用户同时更新同一数据模块的矛盾，保证了网络数据的可靠性和完 整性。 2 3 2 程序的网络化运行 要实现继电保护工作的自动化，软件的网络化应用是最起码的要求之一f 28 1 。首先， 网络化运行可以将数据存放在网络的服务器上，实现数据的共享，便于集中对数据 华中科技大学硕士学位论文 进行管理，此时，无须每个操作人员准备一套数据，避免了各类数据的不一致性： 其次，提供基于w e b 的数据查询和信息发布系统，可以提高工作效率；第三，网络 化运行时，对于需要提交审阅和下达的资料，如定值通知单、定值配置图等，可以 通过网络采用电子邮件的形式实现。而且，网络化运行也是录波系统数据传送的需 要。建立网络化电力系统继电保护运行管理系统，可以提高继电保护运行管理水平 和自动化程度。 同时，考虑到软件配置上的灵活性，如果没有联网条件，也可以将软件的数据库 建立在本地计算机上，除了不使用软件所提供的网络功能以及与网络相关的功能模 块外，可以正常使用系统的大多数功能。 w e b 技术是企业最流行的一种信息服务技术，它以h t t p 标准协议为基础来完成 浏览器与w e b 服务器之间的信息交换与传递，这种方式无疑能为信息检索、查询等 信息服务系统提供很大方便【2 。 基于w e b 的信息发布提供了 n t e r n e t 的信息发布渠道，将继电保护运行管理的相 关信息提供给授权的网络用户。w e b 服务采用w e bb r o w s e r ，、) l ，e b s e r v e r d a t a b a s es e r v e r 三级服务模式1 3 0 1 ，客户不直接与数据库联系，而且根 据各种用户权限的不同，只有授权用户才可以通过w e b 服务对数据库进行修改等操 作，而多数用户只有查询及文档输出的权力，保证系统的安全。 信息发布包括两大模块：一是实时信息的发布，二是用户关心数据的查询。 1 ) 实时信息的发布( 实现电予公告牌的功能) ： 发布内容包括定值在线校核结果的发布，故障录波信息实时处理结果的发布 以及生产相关统计数据报表、公告的发布等； 发布的模式可以在拓扑接线图上以颜色、标签、动画等形式表现，也可以以 报表、曲线或者文字等形式表现。 2 ) 用户关心数据的查询： 用于查询的数据类型包括：各类图档，系统元件的参数与运行状况，各类保 护的定值、定值通知单与定值的校核结果，录波数据与录波分析信息，以及行业 管理相关资料、公告等； 查询模式随查询内容的不同而不同，基本上可以利用时间、厂站名、区域名、 线路编号等关键字进行查询，支持模糊查询功能； 查询结果可以采用发布模式的方式显示，也可以以文件形式下载到客户端。 9 华中科技大学硕士学位论文 2 3 3 系统可靠性问题研究 毫无疑问，可靠性一直是用户关注的焦点，一个管理系统的安全可以分为五个层 面，即物理安全、网络安全、系统安全、应用安全、人员管理风”j 。本系统的安全 防护体系从上述五个层面的内容进行考虑。 1 ) 物理安全主要包含主机硬件和物理线路的安全问题，如自然灾害、硬件故障、 盗用、偷窃等，以及由此类隐患而导致的重要数据、口令及账号的丢失。本系统中 所有硬件设备放置于专用机房，采用现代化物业管理，以保证设备的安全。 2 ) 网络安全是指网络层面的安全，即联网计算机可能被网上任何一台主机攻击， 而网络安全措施不到位而导致的安全问题。本系统内部网络与外部网络联接时，主 要用于与电力系统的e m s s c a d a 系统以及m i s 系统的数据交换以及w e b 信息的发 布，系统采用专用通讯w e b 服务器实现，并在通讯w e b 服务器和外界之间装设防火 墙，防止非法用户的入侵。 3 ) 系统安全是指主机操作系统层面的安全，包括系统存取授权设置、账号口令 设置、安全管理设置等安全问题。充分考虑继电保护工作的特点，本系统对用户权 限进行分类，对不同用户在功能权限有区别，系统提供四类用户，确保工作的可靠 性和安全性： 系统管理员：可进行功能扩充，软件升级，用户管理等； 参数管理员：负责电网原始参数的管理，保护配置的管理，运行定值的管理 等； 计算分析员：负责保护的整定计算，故障录波数据的分析等： 一般用户：可以浏览、查询各种资料，但不能修改任何资料。 4 ) 应用安全是指主机系统上应用软件层面的安全，即应用软件本身的鲁棒性， 本系统在设计中尽量考虑用户各种可能的非正常操作，对于关键的操作，系统弹出 对话框提示，防止用户的误操作。 5 ) 人员管理是指如何防止人员对网络和系统的攻击及误用等。本系统内部网络 采用带域的w i n d o w sn t 2 0 0 0 网络，防止未授权的人员访问，同时对使用该系统 的人员进行相关专业培训和指导，减少内部人员误操作的可能。 2 3 4 图形化的用户界面 本系统的用户界面主要包括两个方面：面向通用管理功能的基于w e b 的用户界 面和面向专业分析应用程序的图形工作平台。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 2 3 4 1 基于w e b 的通用界面 本系统以基于w e b 的浏览器界面作为通用管理系统的主界面，既面向调度端的 局域网用户，也面向远方的广域网用户，可以方便地实现多种形式管理功能的展现。 1 ) 提供各种查询请求和结果显示界面，用户可以根据工作的需要查询各种信息， 可以以表格的形式显示，也可以内嵌图表、图形等显示插件，以多种形式显示各种 分析、统计的结果，例如利用c a d 插件程序在浏览器中直接显示c a d 图形，而不 需要启动相应的c a d 应用程序。 2 ) 在w e b 界面上提供即时信息传送显示界面。对于涉及到工作流处理时，例如 定值通知单的传送与回复，检验报告的审批等功能，能够在w e b 界面上给有关的用 户以实时、直观的提示，能让用户方便地介入相应的流程。 2 3 4 2 应用程序图形工作平台 系统采用基于电力系统拓扑接线图的图形工作平台，用户可以在图形上进行和完 成电力系统继电保护的许多工作。图形工作平台包括以下功能： 1 ) 实现图形的多图显示。在统一的系统参数基础上，同一电力系统网络能够以 多种不同的面貌出现，对网络的表达可繁可简，图形上显示的元件数量可多可少， 即使是同一个元件在不同图形中的外貌可以完全不同，以适应不同工作的需求【3 3 。 2 ) 提供图形的分层管理。分层管理就是要将个复杂的、元件繁多的、平面的 电力系统网络，按照一定原则对原有的元件进行组合，最终形成一个多层次、结构 简单、又能完全表达原有网络的图形。根据电力系统的实际，可以将图形分为三个 层次：面向全网的系统级图形，如地理接线图、系统一次主接线图以及系统定值 配合图等；面向厂站的厂站级图形，如厂站主接线图、厂站保护配置图以及录波 配置图等：面向设备的保护原理与施工图，如保护屏配置图、保护通道配置图以 及保护原理图等。 3 ) 提供基于图形界面的交互操作。在提供的各类图形界面上，可以直观、方便 地完成相关的操作，如整定计算时系统运行方式的图形上直接修改以及结果的图形 化显示等，实现全图形化的交互和操作，让用户从图形带来的方便与直观中受益。 2 3 4 3 界面的自定义功能 界面自定义功能是由一系列界面设计器构成，能够为用户提供灵活、强大的界面 编辑、维护功能。包括： 1 ) 各种查询请求界面的个性化设计界面设计器。在本系统中，各种查询请 求界面均可由系统管理员或者具有相应权限的用户，通过界面设计器根据最终用户 华中科技大学硕士学位论文 的使用习惯进行定制。 2 ) 各种输出结果界面的自定义文稿设计器。拥有相关模块管理权限的用户 可以根据自己需要，定制各种文稿的输出格式，也可以定义不同的文稿模板，供其 他用户选择使用。 2 3 5 人工智能技术的应用 人工智能( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ) 是一门新兴的边缘科学，它的出现引起了许多 学科的日益重视，并展现出越来越重要的实用意义p 。人工智能技术是借助于各领 域专家的知识和经验以及一些规则，采用推理、判断和决策等方法和过程，可以使 某些重大技术难题得到有效解决的一种强有力的工具。人工智能技术在电力系统继 电保护运行管理中的应用主要体现在以下几个方面： 1 ) 人工神经网络在故障信息处理中的应用 故障信息处理是继电保护运行管理中的重要内容，根据录波信息进行各种波形分 析，判断保护动作的正确性，以及故障类型识别与定位1 1 ”。人工神经网络( a r t i f i c i a l n e p a ln e t w o r k ，缩写为a n n ) 在故障定位弹3 7 1 和故障类型识别3 9 1 两个方面得到 了较多的应用，般利用故障录波数据和保护、断路器的动作状态作为输入，以可 能的故障位置和故障类型作为输出，采用全局或者局部逼近的算法实现故障定位和 故障类型的判断。现有的研究成果在给定的测试系统中都能取得较满意的结果，但 适应实际大型电力系统的a n n 故障信息处理系统的应用仍然是个有待进一步研 究的问题【4 u j 。 2 ) 人工智能技术在整定计算中的应用 整定计算中运行方式组合一直是整定工作者的研究热点，在计算机实现中既要保 证方式组合的完整性，又要避免无效的方式组合以减少计算量，如何解决这两者之 间的矛盾，人工智能技术的应用无疑是一个很好的解决手段。在手工整定中整定人 员根据专业知识和经验，通过判断网络元件电气距离的远近来确定元件的变化对故 障点电流大小的影响程度。利用人工智能技术，使计算机在方式组合中采用整定人 员的经验，可以减少参与方式组合的元件数目而又使方式组合不失代表性。 3 ) 专家系统在继电保护运行管理中的应用 继电保护运行管理中除了定值的整定之外，还包括保护定值的管理，保护投退方 案的制定等复杂而且重要的工作，其中保护投退方案的好坏，不仅要从整个系统水 平上加以考虑，而且需要考虑保护工程师的专家经验，根据具体情况做出相应的决 策。该项工作可以采用专家系统实现p 】1 4 ”。专家系统的核心是知识库与推理机f 4 2 1 ， 华中科技大学硕士学位论文 知识库中存放有关继电保护配置的通用性规则和保护工程师的启发性经验，当系统 方式变化时，推理机将根据网络参数和保护配置参数，参考实际运行方式，利用知 识库信息进行推理，自动形成合理的保护投退方案。专家系统的应用，使计算机的 决策结合了保护工程师的专家经验，因而可以实现管理的自动化和智能化。 2 4 小结 本章在分析继电保护运行管理系统主要功能需求的基础上，提出了系统的设计目 标和总体结构，实现了各应用模块的集成和整个系统在界面风格和数据库设计上的 统。同时，本章还探讨了系统的网络化运行，网络化运行可以实现数据共享，以 及信息的网上查询与发布，提高了工作效率。运行管理系统在不同层面上的可靠性 问题以及人工智能技术的应用同样在本章有初步的考虑。 13 华中科技大学硕士学位论文 3 定值校核的实现 3 1 引言 继电保护的配置和整定，受电网运行方式的影响较大。目前，继电保护装置 的定值和各项性能指标是在离线状态下根据系统的最大运行方式和最小运行方式 获得的，在系统运行中保持不变1 4 。但是，在系统实际运行中，其运行方式是不 断变化的，当系统处于某些特殊的运行状态时，系统中部分保护的定值可能无法 满足灵敏度和选择性的要求，存在保护拒动和误动的事故隐患，如果不能及时发 现，可能造成大范围的停电事故。因此，有必要校核保护定值是否能满足系统某 些特定运行方式的需要。为了迸一步提高电力系统安全保障体系的可靠性，继电 保护运行管理系统集成定值校核的功能。定值校核就是利用给定系统的运行数据 ( 包括基本参数和状态参数) ，校核保护定值是否满足灵敏度和选择性要求的过 程，其中校核用定值可以是系统中实际定值，也可以是保护整定所得值，甚至可 以是用户虚拟给定的定值。 现阶段，为适应电力工业的发展和电网运行的需要，电力系统建设发展了电 网专用数据传送通道和电网调度自动化系统，电网运行实时信息能够有效和准确 地采集。提供定值校核在线运行所需的系统运行数据的外部条件已经成熟，因此 定值校核不仅可以离线使用，而且可以在线地监控保护运行的性能。 定值校核系统的基本功能就是：在线或离线地获取系统的运行方式和保护定 值信息，在所获得的运行方式下计算保护定值的灵敏度，校核保护各段是否满足 选择性的要求，通过图形闪烁，声音报警等多种形式提示系统存在事故隐患的区 域，便于管理者及时发现和修正，以保证系统运行的安全。 在整定计算中，线路保护整定不仅对于电网的安全运行起着关键性作用，而 且由于线路原理保护存在配合关系，所以整定也相对复杂，而且对于线路零序电 流保护和距离保护后备段，保护范围受运行方式的影响很大，因此，在定值校核 过程中，主要针对线路原理级保护进行校核，包括零序电流保护、接地距离保护 以及相间距离保护。 1 4 华中科技大学硕士学位论文 3 2 定值校核规则 整定计算必须严格遵循整定规程，其中部颁整定规程提供了整定的基本原则 1 4 4 ，而定值校核可以视为整定计算的逆过程。因此，定值校核以部颁整定规程为 基础，考虑各种原理保护的特性以及继电保护选择性和灵敏度的要求，制定其相 关校核规则。 继电保护选择性的基本要求是，应当由最靠近故障点的电源侧断路器将故障 快速断开，以保证其余电力系统继续安全稳定地运行；如果应当动作的继电保护 或断路器因故障拒绝动作时，则应由电源侧上一级的断路器将故障断开，以保证 受故障影响的电力系统范围缩至可能最小1 4 ”。 继电保护灵敏度的基本要求是，保护所在区内发生故障时能可靠工作，即能 灵敏地检测到故障并做出相应的反映，保护灵敏度主要由灵敏度k 。，的大小衡量。 本节给出的零序电流保护和距离保护校核原则仅仅是一些基本的想法，在实 际应用中要根据各地区电力系统的实际要求进行相应调整。 3 2 1 零序电流保护的校核规则 零宇电流在系统正常运行状况下不会存在，但是在中性点直接接地的系统中 ( 包括经小阻抗接地的系统) 发生接地故障时，会出现较大的零序电流，因此利 用零序电流来构成接地短路保护具有显著的优点。电力系统事故统计资料表明， 大接地电流系统中线路接地故障占线路全部故障的8 0 9 0 ，零序电流方向接 地保护的正确动作率为9 7 ，是高压线路保护中正确动作率最高的一种。零序电 流保护具有原理简单、动作可靠、设备投资小、运行维护方便、正确动作率高等 优点。 虽然零序电流保护能够很好地反映接地故障，但是零序电流保护受系统运行 方式影响较大，是整定较为繁琐的一种保护，因此其校核也显得尤为重要。 3 2 1 1 零序电流保护灵敏度校核 线路保护灵敏度主要校核给定系统方式下保护所在线路内部故障时，保护是 否能够可靠动作。灵敏度的校核，以判断灵敏度k 。的大小是否超出指定范围为 依据。由于保护i 段主要校核其保护范围是否超出本线，因此在灵敏度校核中不 作考虑。 对于i i 段、i i i 段、i v 段，线路保护灵敏度校核的计算公式如下所示： 华中科技大学硕士学位论文 k 。= ，。，1 女 ( 3 - 】) 其中，。为保护动作定值，为保护所在线路末端发生不同类型接地故幛 时流过保护的零序电流。 比较不同类型接地故障时k 。与给定的灵敏度范围，当k 。在用户指定范围内 时，灵敏度满足要求。 考虑各个区域的不同要求，用户可以根据专家经验指定灵敏度的上下限，其 中定值校核系统给定的缺省值见表3 1 ( 适合于零序电流i i ，i i i ，i v 段) 。 表3 - 1 零序电流保护灵敏度范围 灵敏度k 。， 上限下限 2 0 k m 以下线路 3 01 5 2 0 5 0 k m 线路2 8 1 4 5 0 k m 以上线路 261 3 3 2 i 2 零序电流保护选择性校核 选择性主要校核在当前系统方式下保护所在线路外部发生故障时，保护是否 能够可靠不误动作。保护选择性校核包括两个方面，对于i 段，主要校核保护范 围是否超出本线；对于后备段，则需要校核与下一级保护的配合关系。由于线路 保护后备段的保护范围通常超越了保护所在线路，与其相邻保护各段动作区域存 在重叠部分，因此，进行保护选择性校核时，校验保护后备段与相邻保护各段是 否满足选择性要求是校核的重点。 后备段保护选择性校核的基本原则为：根据待判定保护的动作时间，确定相 邻保护动作时间最接近待判定保护且小于待判定保护的一段，假定为第m 段；若 待判定保护的保护范围小于相邻保护m 段的范围，则该保护与相邻保护各段满足 选择性：否则，保护与相邻保护第( m + 1 ) 段及以上无法满足选择性。下面以图 3 1 所示网络，简单描述选择性在线校核基本原则的应用情况。 保护a 与保护b 配合，判定保护a 的n 段选择性时，假定保护b 的m 段动 作时间小于保护a 的n 段动作时间，保护b 的( m + 1 ) 段动作时间大于等于保 护a 的n 段动作时间。 当保护a 的n 段保护范围小于保护b 的m 段保护范围时，如图3 - l 所示，若 故障发生在o a 的线路范围内，则保护b 的m 段首先动作，切除故障；若故 障发生在a 1 0 0 的线路范围内，则在保护a 的保护范围外，保护a 不会动 华中科技大学硕士学位论文 作。由于保护a 的n 段保护范围小于保护b 的m 段保护范围，必然小于保护b 的m 及以上各段保护范围，因此，保护b 所在线路上任意处发生故障时，保护a 都不会误动作，能够满足选择性的要求。 图3 1 保护配合情况一 当保护a 的n 段保护范围大于保护b 的m 段保护范围时，如图3 2 所示，若 故障发生在o a 的线路范围内，则保护b 的m 段首先动作，切除故障：若故 障发生在b 1 0 0 的线路范围内，则在保护a 的保护范围外，保护a 不会动 作：当故障发生在a b 的线路范围内时，由于保护a 的n 段动作时间小于 或等于保护b 的( m + 1 ) 及以上各段动作时间，因此，a 和b 将同时动作或a 先动作切除故障。因此，保护b 所在线路a b 的线路范围内发生故障时，保 护a 将会误动作，不能满足选择性的要求。根据选择性定义可知，保护a 的n 段与保护b 的( m + 1 ) 段失去选择性，则保护a 的n 段与保护b 失去选择性。 保护b 的m 段 ab l 保护b 的m + i 段动作范围 保护a 的n 段动作范围 误动区 1 0 0 图3 - 2 保护配合情况二 通过以上两种情况的分析可知：进行选择性校核时，只需比较校核段保护范 围与相邻保护动作时间最接近且小于待