基于visio图形化的继电保护整定计算软件的研究与开发论文.pdf

基于v i s i o 图形化的继电保护整定计算软件的研究与开发 摘要 随着电网规模不断扩大 电力系统继电保护装置的数量大大增加 质量也不 断提高 继电保护管理工作的复杂程度和技术难度也大大增加 这对传统的继电 保护管理方法和工作方法带来了挑战 目前电力系统计算软件图形化的问题已经 得到了很好的解决 在电力系统继电保护整定计算领域中的一系列应用软件得到 了推广 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 是在实际工作中 这些软件也暴露了一些问题 如 网络化程度不高 功能单一 不适用在低压配电网上 开放性不高等 使得该类软件未能满足继电保护整定工作 的需要 本文在研究了电力系统继电保护整定软件系统的发展现状的基础上 结合 3 5 k v 电网的实际情况和特点 借助于m i c r o s o f l v i s i 0 2 0 0 3 图形软件进行二次开发 设计出了一套图形化的通用的继电保护定值整定软件 主要的工作如下 1 以m i c r o s o f tv i s i o2 0 0 3 这一图形软件为开发平台 建立了面向对象的图 形软件的基本模型和图元的结构设计 实现了图形的编辑功能 绘制了包括发电 厂 变电站 变压器 输电线 母线 开关和各种继电保护等等的电气计算所需 要的图形元件 并能绘制出电力系统电气接线图和地理接线图 软件的整个开发 过程都是在m i c r o s o f t v i s i o2 0 0 3 本身提供的v b a 环境下进行程序的编写 2 结合3 5 k v 电网的实际情况和特点 编制了三相短路计算程序 将各项 结果自动标注在图形中 通过与e x c e l 的结合 将计算结果输出到电子表格中用于 统计 打印 3 对绘制好的电气接线图 能够自动识别元件之间的连接关系 自动对元 件端点进行编号 形成计算所需的电网拓补结构 同时对图形元件名称和计算结 果自动标注 4 在变压器上实现差动保护 复合电压过流保护 过负载保护等整定计算 在3 5 k v 线路母线处实现方向电流闭锁电压速断保护 方向 过电流保护 z c h 保 护 等整定计算 关键词 继电保护 整定计算 图形化 二次开发 v i s i 0 2 0 0 3 短路计算 a b s t r a c t w i t ht h ep o w e rn e t w o r ks c a l ee n l a r g i n gr a p i d l y t h en u m b e ro f p r o t e c t i o nd e v i c ei s i n c r e a s i n g e n dt h eq u a l i t yo fp r o t e c t i v ed e v i c ei si m p r o v i n g t h em a n a g e m e n to f p r o t e c t i o nr c l a yb e c o m 嚣m o r ea n dm o r eh e a v ya n dc o m p l e x w h i c hi sac h a l l e n g ef o r t h et r a d i t i o nm e t h o do ft h ep r o t e c t i o nr e l a ym a n a g e m e n t i nr e c e n ty e a r s t h ep r o b l e m t h a tt h es o f t w a r ef o rp o w e rs y s t e mc a l c u l a t i n ga n dc o m p u t i n gh a sb e e ns o l v e d m a n y p r o t e c t i v er e l a yc o o r d i n a t i o ns o f t w a r ec a m ei n t ou w h i c hh a v ei m p r o v e dt h el e v e l f o rt h e 托l a yp r o t e c t i o n h o w e v e r t h e s es o f t w a r e aa r en ol o n g e rm e e tt h en e e do f t o d a y sp o w e rs y s t e mo p e r a t i o n t h e ya r ei n s u f f i c i e n t 舔t h e i rf u n c t i o ni ss i m p l e t h e i n t e r f a c ei 8n o tu s e r f i i e n d l ya n di n v i s i b l e a n dt h ed a t am a n a g e m e n ti si n c o n v e n i e n t a sa r e s u l t i ti sf a l l i n gi n t od i s u s ei np o w e rs y s t e m s b a s e do nt h es i t u a t i o no fp r o t e c t i v ed e v i c ee o o r d i n a t i o ns o f t w a r e t h i sp a p e r s t u d i e st h er e a c t i v eo n3 5 k vp o w e rs y s t e m a n du t i l i z em i c r o s o f t s i o2 0 0 3t h e s e c o n d a r yd e v e l o p m e n tr e s e a r c ht h a tr e s u l t so f p o w e rs y s t e ms o f t w a r e m a i nw o r k sa s f o l l o w i n g 1 s e tu pp l a t f o r mo f t h eg r a p h d e s i g nt h eb a s i cm o d e lo f e l e c t r i cc o m p o n e n ta n d t h eo b j e c t o r i e n t e dc o m p o n e n td a t as t r u c t u r e t h es o f t w a r eh a sr e a l i z e dg r a p h i ce d i t i n g f u n c t i o n i tc a nd r a wl o t so fc o m p o n e n t su s e di ne l e c t r i c a lc a l c u l a t i n g i n c l u d i n g e l e c t r i c a lg e n e r a t i n gs t a t i o n s u b s t a t i o no fp o w e rs y s t e m p o w e rt r a n s f o r m e r t r a n s m i s s i o nl i n e b u s b a r s w i t c h a n dk i n d so f p r o t e c t i o n 2 c o m p a n y 丽t l it h er e a c t i v eo f3 5 k vp o w e rs y s t e m c o m p i l i n gs h o r t c i r c u i t c u r r e n tm o d u l e a n di tc a nl a b e lt h er e s u l to f c a l c u l a t i n gi ng r a p h w h i c hc a nc o m b i n e 谢t ht h er e s u l to f c a l c u l a t i o na n de x c e l 3 1 1 1 i ss o f t w a r ec a nd i s c e r nt h ec o n n e c t i o nb e t w e e nt h i sc o m p o n e n ta n dt h a t c o m p o n e n ti nt h ee l e c t r i c a lc o n n e c tg r a p h a n dc a nt a k eo l lt h ea u t o m a t i cs e r i a ln u m b e r t oc o m p o n e n t w h i c hc a nr e s u l tt h et o p o l o g i c a ls t r u c t u r eo ft h ee l e c t r i c a ln e t w o r k a u t o m a t i c a l l y 4 1 1 l i ss o f t w a r ec a nc a r r yo u tl o n g i t u d i n a ld i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o na n do v e r c u r r e n t p r o t e c t i o na n do v e r l o a dp r o t e c t i o ns e t t i n gc a l c u l a t i o ne t co np o w e rt r a n s f o r m e r q u i c k b r e a k v o l t a g ep r o t e c t i o n d i r e c t i o n a lo v e r c u r r e n tp r o t e c t i o ns e t t i n gc a l c u l a t i o no n b u s b a ro f 3 5 k vp o w e rs y s t e m k e yw o r d s p r o t e c t i o nr e l a y r e l a ys e t t i n gc a l c u l a t i o n g r a p h i c s d e v e l o p m e n t s h o r tc i r c u i tc a l c u l a t i o n v i s i 0 2 0 0 3 s h o r t c i r c u i tc u r r e n t i 基于v i s i o 图形化的继电保护整定计算软件的研究与开发 1 1 研究目的和意义 1 绪论 电力系统运行的首要任务是提高系统的稳定性 保证系统的安全运行 当系 统出现事故 如发电机 变压器 母线 线路故障等 威胁系统的安全稳定运行 时 继电保护必须迅速准确地切除故障元件 以最大限度地保护电气设备 防止 事故扩大 保证系统其余非故障部分的正常稳定运行 若动作不正确 拒动或误 动 将给系统造成巨大的危害 如故障时保护的误动会切除两条以上的线路 难免造成大面积停电 甚至是系统瓦解 是绝对不允许的 实践证明 几乎所有 大型的电力系统事故 都与继电保护装置的不正确动作有直接或问接的关系 因 此合理配置与正确使用继电保护装置 是保障电网安全运行的重要条伊 2 从电网安全运行的角度出发 电网对继电保护装置提出了严格的 四性 要 求 即选择性 速动性 灵敏性 可靠性 除直接取决于继电保护装置自身软硬 件及原理算法外 还要依赖于其整定值的准确 可靠 因此电网中继电保护定值 的整定计算 一直是电力工程设计和电力生产运行中一项必不可少的工作 它直 接关系到电网运行的安全 做好这项工作是电网安全运行的必要条件 3 j 从电网继电保护整定计算的角度出发 需要考虑的因素是多方面的 其中电 网的接线方式和运行方式对定值计算的影响也最大 随着电网的迅猛发展 电网 规模愈来愈大 接线方式和运行方式日趋复杂 大环 小环相互重叠 长线 短 线交错连接的状况已经非常普遍 这些都给保护定值的整定计算工作带来了困 难 为了合理协调保护的灵敏性 选择性 速动性和可靠性这四者的关系 以使 各保护达到最佳的配合状态 就必须对电网的各种运行方式及多种故障情况进行 反复而周密的计算 以往 保护定值的整定计算造成的误差使保护定值的计算精度受限制 随着 电网规模不断扩大 电力系统继电保护装置的数量大大增加 继电保护管理工作 的复杂程度和技术难度也大大增加 这对传统的继电保护管理方法和工作方法带 来了挑战 随着计算机科学和技术的进步 计算机的计算能力日益强大 使得在继电保 护计算机整定中让计算机处理更复杂的因素 在更大程度上完成手工整定的计算 任务成为可能 采用计算机计算代替了大量的手工操作 可以把管理人员从繁琐 的抄写 查找 分析 处理工作中解放出来 减轻了管理人员工作强度 提高了 工作效率 另外专业信息规范化 数据来源统一 可以避免重复劳动 同时利用 网络资源 实现数据分享 提高资源利用率 郑州大学 学硕士论文 1 2 继电保护整定计算软件的发展和现状 1 2 1 整定计算软件的发展历程 上世纪八十年代以前 由于各地电网结构还比较简单 计算人员一般通过星 网变换化简网络的方法进行手工的短路电流计算 然后根据整定规程进行定值整 定计算 当考虑各种运行方式及检修情况 计算工作相当繁琐 而且当时计算工 具十分落后 计算人员只能依靠计算尺等简单工具的帮助 工作量大 效率低 从8 0 年代初期 计算机应用逐渐广泛 电网结构也逐渐复杂和庞大 单靠人 工来计算短路电流已经不能满足系统计算的需要 同时 不少成熟的短路电流计 算程序也开始出现 于是 计算人员开始使用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 使计算速度和精度都发生了质的变化 然而 这 仅仅是提高了短路电流计算的计算速度和精度 整定人员没有根本从整定计算中 复杂的定值整定原则中解放出来 计算人员仍然需要用人工的方法查找计算结 果 若电网结构发生改变或者运行参数需要调整 则需要手工修改计算内容 工 作量极其大 8 0 年代末 出现了基于d o s 操作系统的整定计算软件 大幅度的提高了计 算速度和计算精度 但由于当时计算机软硬件水平的限制 基于d o s 的整定计 算软件缺乏友好的人机界面 操作不灵活 交互性差计算规模受限制 另外电网 模型的建立繁琐 一般都采用建立输入数据文件的方法 对使用人员要求高 对 电网运行方式变化较大的情况 此工作更加繁杂 没有生成完整的专业数据库 种种的缺点严重制约了这些软件的推广使用 进入9 0 年代以来 计算机c p u 主频大幅度提高 内存日益得到扩充 严重 制约各类软件计算速度 计算规模和处理图形等复杂问题的硬件瓶颈得以改善 在计算机软件方面 w i n d o w s 操作系统和相关支持软件的发展 大大简化了各类 专业应用软件的开发过程 4 嗍 例如软件工程的思想 面向对象及组件技术的编 程方法 人工智能及自适应技术 数据库技术等 在这样的时代背景下 实现整 定计算全过程的自动化 提供方便直观的人机交互界面 完善数据和信息的组织 管理模式 寻求方式组合等复杂问题的更有效解决办法 成了新一代整定软件的 发展方向 进入2 1 世纪 整定计算工作进入整定过程自动化时代1 6 j 1 2 2 早期整定计算软件的不足 上世纪8 0 年代以来 我国有关部门陆续开展了应用计算机进行继电保护整 定计算的研究工作 并推出了一系列软件 但是这些软件都存在较大的缺陷 1 功能单一 接口不友好 2 电网模型的建立繁琐 一般都采用建立输入数据文件的方法 对使用人 员要求高 对电网运行方式变化较大的情况 此工作更加繁杂 3 继电保护定值的整定 过程不可视 4 电网运行方式死板 继保技术人员无法人为地设置各种运行方式 5 没有生成完整的继保专业数据库 6 结构体系单一 功能划分不合理 7 保护定值单和整定报告书不能根据整定计算过程自动生成 而是由继保 基于v i s i o 图形化的继电保护整定计算软件的研究与开发 人员填写 不能排除填写过程中出错的可能性 1 2 3 现有整定计算软件的局限 随着计算机技术的迅猛发展 进入2 l 世纪以来 图形化的问题已经得到了 很好的解决 在整定计算软件领域中的一系列应用软件得到了推广 例如 有采用图形界面的 有采用人工智能技术的 有集成多项运行管理应用功能的 也有功能独立的 如整定计算软件 故障计算软件 故障信息分析软件 n 1 4 在这方面 国外学者起步较早 并已开发处一些商用软件1 1 5 1 6 最早文献记 载的是g e p h a d k e 在1 9 6 3 年的 利用计算机计算过电流保护定值的方法 一文 最初 人们采用离线批处理线路过电流保护的整定问题 1 7 1 8 l 七十年代后 逐渐 发展了交互式方法 1 9 2 4 允许继电保护工作人员参与整定计算过程 控制整定计 算 同时也逐渐开发了距离保护的整定计算软件 八十年代以后 才开始把数据 库引入整定软件中 2 5 并且提出了自适应继电保护整定的新概念 2 6 1 致力于把继 电保护整定由离线发展为在线实时计算 九十年代以来 逐渐把人工智能应用于 整定软件 开发了各种保护专家系统 2 7 3 l 从算法上来看 最初使用迭代法来代 替继电保护工作人员的交互指导 随后逐渐把图论法引入全系统的整定计算中 继而是品质因数法 捌 用来从几种可能的定值中选取最合适定值 后来又引入了 优化技术解决最优保护定值的选取问题 2 4 1 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 实际运行之中 也暴露了一些问题和不足之处 表现如下 l 网络化程度不高 目前的电力系统继电保护的各类软件很多采用的是单机 版的管理程序 这首先不符合电力系统网络化 信息化发展的要求 而且 单机 版的应用软件普遍存在这 个问题 不同机器上的数据由于相互隔离 无法避免 不同步 因此对不同继保计算人员之间的协调造成了一定的影响 其次 单机版 的数据管理由于单机的局限 使得管理无法统一 计算人员不得不采用数据同步 工具进行数据统 使工作变得烦琐 也就无法实现整定计算的自动化 更不能 实现其信息化 2 功能单一 即该类软件功能仅局限于整定计算 而欠缺较为完善的可实 现供电企业内保护定值的数据化管理功能 以及其他齐全的设备管理 包括保护 设备装置管理 保护定值单管理等 3 不适用于低压配网 现有的继屯保护整定软件几乎都是应用于1 1 0 k v 以 上的高压电力系统 这些软件使针对高压电力系统的特点开发的 而高压电网的 继电保护整定计算和配电网的继电保护整定计算并不是完全一样 这类软件从工 程的建立就只基于一张电网图 没有考虑到配网的整定计算 不能级连到变电站 层的配网图上 因此 这类软件对于变电站内的元件保护整定计算以及1 0 k v 馈 线保护的整定计算 显得无能为力 4 开放性不高 目前 各类继保软件普遍存在一个问题 整定原则不能让 用户自行编辑修改 一旦要修改整定原则 必须重新编写原代码 或者通过更新 插件的形式 即整定原则不能与程序源代码分离 这对于线路的距离零序保护这 类通用的整定计算来说 影响不大 然而 对于线路纵联保护 线路高频保护 变压器差动保护等的整定计算来说 由于不同厂家型号保护采用的保护原理或多 或少总有差异 整定原则也各不相同 而程序员由于不可能只针对某种厂家型号 保护编写整定原则 只能做成通用的原则 使得这类保护的整定计算不 定适用 郑州大学工学硕士论文 于实际应用 5 自动化程度不高 随着人工智能技术 专家系统技术等新兴边缘科学 在继电保护整定计算软件上的应用 继保整定计算在自动化组合运行方式 对大 规模电网 复杂环网方向保护最优整定配合等方面的研究都有不少的成果 整定 计算的自动化程度得到较大的提高 然而 对于计算人员来说 对这方面的自动 化要求不高 甚至部分人员认为计算过程不采用全自动方式 显得更可靠 并且 整定人员提出自动生成保护定值单的要求 这类软件通常无法办到 一方面 由 于上面提及的一些局限 如开放性不高 保护定值的可编辑性不能实现 使得保 护定值单无法与实际保护装置型号对应 另一方面 保护定值单与整定计算结果 的关联需要一个比较完善的整定计算体系结构才能完成 同时 对整定原则的可 编辑性显得十分重要 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问题的基础上 针对电力系统继电保护整定计算软件的开发现状 结合3 5 k v 电网的实际情况和 特点 借助于m i c r o s o f t v i s i o2 0 0 3 这一图形开发平台 开发了一套图形化的通用 的继电保护定值整定软件 主要的工作如下 1 以m i c r o s o f t v i s i 0 2 0 0 3 这一图形软件为开发平台 建立了面向对象的图 形软件的基本模型和图元的结构设计 实现了图形的编辑功能 绘制了包括发电 厂 变电站 变压器 输电线 母线 开关和各种继电保护等等的电气计算所需 要的图形元件 并能绘制出电力系统电气接线图和地理接线图 软件的整个开发 过程都是在m i c r o s o f tv i s i o2 0 0 3 本身提供的v b a 环境下进行程序的编写 2 结合3 5 k v 电网的实际情况和特点 编制了基于稀疏技术的潮流计算程 序 驺 3 4 1 可以计算3 5 k v 电网各母线电压的幅值与相角 功率分布 电网各类元 件和电压等级的功率损耗 3 编制了三相短路计算程序瞰 3 6 1 可以计算指定短路点情况下故障处得短 路电流和短路容量 还可以自动计算电网全部母线分别三相短路得母线短路电流 和短路容量及各支路电流 4 对绘制好的电气接线图 能够自动识别元件之间的连接关系 自动对元 件端点进行编号 无需对电网节点进行人工编号 形成计算所需的电网拓补结构 同时对图形元件名称和计算结果自动标注 避免了人工标注 5 具有计算报表功能 通过与e x c d 的结合 将计算结果输出到电子表格 中用于统计 打印 6 在变压器上实现差动保护 复合电压过流保护 过负载保护等整定 在 3 5 k v 线路母线处实现方向电流闭锁电压速断保护 方向 过电流保护 z c h 保 护等整定计算 在1 0 k v 低压侧电容器上实现限时电流速断保护 过电压保护 欠 电压保护 不平衡电压保护等整定计算 在出线处实现限时电流保护 过电流保 护 小电流接地选线保护 z c h 自动重合闸 保护等整定计算 摹于v i s 诂图形化的继电保护整定计算软件的研究与开发 23 5 k v 及以下电网继电保护整定计算 2 13 5 k v 变电站中变压器继电保护整定计算 2 1 13 5 k v 变电站中变压器差动保护整定计算 3 刀 按下述条件计算差动保护的动作电流 并选取最大者 计算中各侧所有短路 电流均归算到基本侧 1 按躲过变压器空投时和外部故障切除后电压恢复时变压器产生的励磁涌流 计算 丘 蜀 2 1 厶为变压器额定电流 折算至本侧 毛为可靠系数取1 3 2 按躲过外部短路时的最大不平衡电流计算 k 为不平衡电流 i t 2 x l l h 3 按躲过电流互感器二次回路断线时计算 k 1 3 k 2 3 厶 为正常运行时变压器的最大负荷电流 当不能确定时 采用交压器额定电流 灵敏度校验 k 警 要求蚝 2 2 4 正 为变压器差动保护范围内短路时总的最大短路电流 以为电流互感器的接线系数 动作时限 0 o s 郑州大学工学硕士论文 2 1 23 5 k v 变电站中变压器的过电流保护 1 按躲开变压器可能的最大负荷电流整定 l 舍如 2 6 可靠系数墨取1 1 1 2 返回系数巧取0 8 5 一为变压器最大负荷电流 当为几台变压器并列运行时 应考虑其中一台大变 压器突然断开后 该整定变压器可能增加的负荷电流 对于容量相同的几台变压 器并列运行时 其最大负荷电流计算为厶一 刍 2 按躲过负荷白起动的最大工作电流整定 当系统某处故障而被切除后 因 电压恢复 负荷中的动力负荷将产生自起动电流 it xtxo 12 可靠系数五取1 2 1 3 盖 为自起动系数 对3 5 k v 及以上电压级负荷 取1 5 2 对6 l o k v 电压级负 荷 取1 5 2 5 当综合负荷中的动力负荷比重较大时 取较大的系数值 也可 根据实际负荷之组成及自起动负荷的起动系数进行计算 3 按躲过变压器低压母线自动投入负荷整定 k 墨 如一 j 2 8 可靠系数墨取1 2 为正常运行时的最大负荷电流 为自动投入部分的负荷电流 k 为自动投入负荷的自起动系数取1 5 2 5 4 按与相邻保护相配合整定 当变压器的压侧具有出线保护时 应相配合 l x t l q 国 可靠系数墨取1 2 1 5 主要考虑到有分支负荷电流的影响 当某分支在较远处 短路时 若变压器母线之残压较高 对非故障分支负荷电流无大的影响 则取较 基于v i s i o 图形化的继电保护整定计算软件的研究与开发 大的甄值 t 为变压器低压出线电流保护定值 应取各出线中之最大者 变压器过电流保护动作时间 按与相邻保护的后备保护动作时间相配合 f f 为相邻保护后备保护动作时间 2 i o 保护灵敏度校验 按变压器低压母线故障时的最小短路电流计算 缸 华 2 1 1 l 为变压器低压母线故障最小短路电流 计算时还应考虑变压器的接线短路故 障的类型及过电流保护的接线方式等因素 取最严重的情况 2 1 3 变压器带电压闭锁的过电流保护 1 电压闭锁元件定值的整定 1 三相低电压闭锁方式的接线及定值整定 电压元件的动作电压 2 1 2 可靠系数墨取1 2 1 2 5 返回系数巧取1 1 5 1 2 以 为最低运行电压 取o 9 v 灵敏度 蚝2 老乱 2 5 2 1 3 0 一检验点故障时 电压继电器装设母线上的最大残压 2 复合电压闭锁元件的定值计算 l 对接在相间电压的低电压元件 定值为 2 篡 可靠系数墨取1 2 1 2 5 返回系数髟取1 1 5 1 2 以 为最低运行电压 取o 9 以 2 对于负序电压元件 按躲过正常运行时的最低不平衡电压计算 2 1 4 郑州大学工学硕士论文 c 0 o 0 6 0 0 7 址 灵敏度校验 按变压器另一侧不对称短路时的最低负序电压计算 瓦 弩熊扎2 5 v 士2 矗 为变压器另一侧短路时保护反应的最低负序电压 2 电流元件定值计算 取其中最大值 1 按变压器额定电流整定 为变压器额定电流 可靠系数墨取1 1 5 1 2 屯专 2 1 5 2 1 6 2 1 7 返回系数巧取o 8 5 2 对于三绕组变压器 除按额定电流条件外 还需考虑变压器两侧保护定值 的配合 1 对于单侧电源变压器 两侧保护定值之间的配合 应考虑因变压器抽头变动 所引起的配合系数的影响 2 对于多侧电源变压器 不带方向保护的电流元件定值的整定 应按配合顺序 考虑 例如对单侧电源变压器电流元件定值之配合 i h k p i 2 q i s 置 气 2 1 9 为配合系数 一般取1 1 5 1 2 5 此系数中包括了变压器各侧电压分接头变 动引起的影响 对带负荷调压变压器 可取较大数值 此因素可分析如下 以高 中压侧之配合为例 如已知中压侧电流定值为屯 则当高压分接头为o 9 5 0 中 压侧分接头为1 0 5 玑 则高压侧电流保护定值尚应考虑以下关系 即k 篆k 置 7 为未考虑电压分接头影响市的配合系数 气 为已折算至高压侧的中压侧电 流定值 灵敏度校验 按变压器另一侧相间短路时 流过保护装置的最小短路电流计算 黾 簪2 1 2 5 2 2 0 j 由 为变压器另一侧短路时的最小短路电流 基于v i s i o 图形化的继电保护整定计算软件的研究与开发 2 1 4 变压器的电流速断保护 取计算值较大者 1 按躲过变压器外部短路故障时流过变压器的最大短路电流整定 l h x l b q 2 1 墨取1 4 1 5 当采用反时限特性继电器对 可取1 6 1 8 厶 为变压器外部故障时流过保护的最大短路电流 2 按躲过变压器空投时的励磁涌流整定 i i c l q 2 2 墨取3 5 对变压器额定容量较大者 取较小值 反之取较大值 灵敏度校验 按保护安装处母线最小运行方式下的短路故障计算 j r 二号熊 2 2 2 3 j 出 当灵敏度不满足要求时 若保护定值系统按躲过励磁涌流的条件决定 则可使电 流速断保护带有少许延时 如带0 2 s 延时 这样定值计算中的墨值不必取3 5 倍 可适当减小 如取2 3 倍 以提高保护的灵敏度 2 1 5 变压器的过负荷保护 对于正常过负荷 需根据变压器油的温升和过负荷倍数来确定允许时间 特 别对强迫循环冷却方式的大型变压器 有特殊要求 允许的过负荷倍数应按变压 器运行规程来确定 由于过负荷信号装置为预报性质 故可按变压器正常运行情 况下允许过负荷倍数为1 2 5 动作时间为2 5 r a i n 考虑 屯 争 2 2 4 a 可靠系数丘取1 0 5 返回系数厩取o 8 5 l 为变压器额定电流 系中间分接头表示值 对于自藕变压器 公共线圈的过负荷保护五为自藕变压器公共线圈的额定电流值 过负荷信号装置之动作时阅 应比同一设备之过电流保护最长动作时间大 一般 取9 1 0 s 才能满足要求 郑州大学工学硕士论文 2 26 1 0 k v 输电线路继电保护整定计算 2 2 1 瞬时电流速断保护的整定计算 按躲被保护线路末端 或保护配合点 短路时流过保护的最大短路电流厶 整 定 一次电流 i k i l i 1 2 5 z 一 q 2 5 继电器动作电流 o 2 蜀 等乩2 5 等 2 2 6 注 故障点的选择应保证重要负荷所要求的最低残余母线电压 如 0 6 倍额 定电压 为准 对于具有电抗器的6 l o k v 输电线路一般不装瞬时电流速断保护 保护范围校验 o s 嘶一c 每尹一o s 酌兰争 z 墨取 3 时 动作时限 t 0 5 2 2 2 过电流保护的整定计算 按躲被保护线路的最大负荷电流 整定 继电器动作电流 锄 等 可靠系数丘取1 2 5 返回系数置 取0 8 白起动系数置 数值由实验或运行数据确定 灵敏度校验 b 警乩2 出j 动作时限 t 6 t 为相邻元件过流保护时限 2 2 7 2 2 8 2 3 0 2 3 1 基于v i s l o 图形化的继电保护整定计算软件的研究与开发 2 3 其它继电保护整定计算 2 3 1 瞬时电流速断保护的整定计算 1 i 一多l 或多t 本线路末端有多条线路或多台变压器 整定原则 流整定 适用范围 整定公式 按躲被保护线路末端 双侧电源时为保护背后 母线短路的最大短路电 本线路末端有多条线路或多台变压器 k 靠 一 瓦 瓦 可靠系数墨 取1 2 1 3 z 为保护背后 系统最大运行方式下正序短路阻抗 z 为本线路正序阻抗 为线路所在电压级基准电流 a 保护范围校验 岛卜6 6 6 弩 0 6 6 6 毛 o 墨取1 3 时 动作时限 f t o s 2 i t 本线路末端没有线路 仅有变压器 1 i l 台t t 有差动保护 2 3 2 2 3 3 2 3 4 整定原则 按与差动保护配合整定 即躲过变压器中或低压侧的l 归算到线路 保护所在电压级1 整定 适用范围 本线路末端仅有1 台变压器 装有差动保护 整定公式 k 墨l 墨取1 3 1 4 时 2 3 5 保护范围 灵敏度 校验 不需要 动作时限 t o s q 3 6 2 i i 一1 台t t 有瞬时电流速断保护 整定原则 按与变压器瞬时电流速断保护 其动作值为k 配合整定 适用范围 本线路末端仅有1 台变压器 装有电流速断保护 整定公式 i k i i k t 取1 1 q 3 7 保护范围 灵敏度 校验 不需要 动作时限 郑州大学 学硕士论文 k o s 3 i 广 2 台并运t t 均有瞬时电流速断保护 整定原则 按与变压器瞬时电流速断保护 其动作值为t 配合整定 适用范围 本线路末端有2 台同容量变压器 均装电流速断保护 整定公式 厶 墨o 去 墨取1 1 式中 工墨l 瞳懈 乏 墨取1 1 为变压器速断保护区 以变压器的阻抗乙的百分值表示 专 z 乙 矿a z 1 j i 1 保护范围 灵敏度 校验 不需要 动作时限 t o s 4 l i n t 接线路或t 接变压器 2 3 9 2 2 4 1 2 4 2 整定原则 按与t 接变压器或t 接线路交压器组速动保护配合整定 适用范围 本线路上有t 接变压器或t 接线路变压器组 均装速动保护 整定公式 气 墨 为本线末端最大短路电流 墨取1 2 1 3 f 2 4 3 屯 马 t 接变压器装1 台 装差动保护 为变压器低压侧 最大短路电流 墨取1 3 t 4 2 4 4 k 量 t 接变压器仅有l 台 装有电流速断保护 7 为其速断定 值 可靠系数局取1 1 2 4 5 厶 墨 去 t 接变压器为2 台并联 均装有电流速断保护 o 为 其速断定值 墨取1 1 2 4 6 以上4 个计算结果 取大者作为整定值 定值校核 为躲变压器励磁涌流 l 3 4 k 当系统至变压器端部阻抗与变压器本身阻抗比较可忽略不计时 2 4 7 k a 3 4 当系统至变压器端部阻抗与变压器本身阻抗比较不能忽略不 计时 2 4 8 a 7 兰乇7 乙 为最大方式下系统至变压器端部阻抗 保护范围校验 摹于v i s i o 图形化的继电保护整定计算软件的研究与开发 o 溺一 弩一o s 酯毛尹 扎 墨取t 时 动作时限 红 o s 2 3 2 瞬时电流闭锁电压速断保护整定计算 1 i 一多l 或多t 本线路末端有多条线路或多台变压器 整定原则 适用范围 整定公式 按躲本线路末端母线故障整定 电流闭锁元件 按保证本线路末端故障有足够灵敏度整定 电压选择元件 按躲本线路末端母线故障整定 本线路末端有多条线路或多台变压器 2 4 9 2 5 0 电流元件k 鬟 孚瓦南 2 5 电压元件 弩5 瓦苞 丽以 2 5 2 式中 j 0 分别为本线路末端短路时 流过保护的最小短路电流和保 护安装处的最小残压值 灵敏系数k 取1 5 可靠系数墨取1 3 瓦 为系统最 小运行方式下 保护背后电源至保护安装处母线的短路阻抗标幺值 乙为本线路 标幺阻抗 为保护所在电压级基准电流a 保护范围校验 k 仆 笔 o 恚 卜巩 2 5 s 注 最小保护范围由电压元件决定 动作时限 缸 o s 2 5 4 2 系统运行方式变化不大 且为较短线路 乙 o 6 7 瓦 时 整定原则 按电流 电压元件保护区相等 约为线路长度的7 0 整定 整定公式 电流元件 屯 乏 0 了 8 6 而6 磊云 电压元件 瓦 0 了8 6 瓦6 z 磊 虿 标幺值 2 5 6 适用范围 系统运行方式变化不大 且为较短线路 乙s o 6 7 乙 时 保护区校验 电流元件的最小保护区 z j 0 8 k 6 6 1 s 一乙m 2 5 7 电压元件的最小保护区厄2 一掣k 芒寺乙一 2 5 8 注 以上公式中的有关数字是以可靠系数鼓取1 3 计算出来的 郑州大学工学硕士论文 动作时限 k 0 s 3 线路变压器组或线路末端有数台变压器 1 按线路末端故障 电流 电压元件均保证灵敏度整定 2 5 9 整定原则 电流元件 按系统最小运行方式下 线路末端两相短路保证灵敏度整定 电压元件 按系统最大运行方式下 线路末端两相或三相短路保证灵敏度整 定 适用范围 线路变压器组或线路末端有数台变压器 并且变压器保护能跳闸自保 持 线路装有自动重合闸 整定公式 电流舭l 拦筠篆黼 a 2 6 0 电压元件 警 i 西 z j i z n 了历 标幺值 2 6 d 注 上式是根据灵敏系数j x 1 3 得到的 定值校核 电流元件 应厶 k 一 本线路最大负荷电流 电压元件 应 c c 一 保护安装处最低运行电压 动作时限 o s 2 6 2 2 i t t 有差动保护 整定原则 按与本线路末端变压器差动保护配合整定 电流元件 按保证本线路末端故障有足够灵敏度整定 电压元件 按与变压器差动保护配合 并躲变压器低压侧放障整定 适用范围 本线路末端仅有1 台装有差动保护的变压器 整定公式 电流元件 屯 笔 孚瓦南 a 2 6 3 电压元件 警 夏西 z i 乏0 5 了z s 面 标幺值 2 t 鳓 注 上式中 灵敏系数量 取1 3 可靠系数憋取1 3 1 4 动作时限 屯 0 s 2 6 5 3 i 2 台t 并运 t 有瞬时电流速断保护 整定原则 按与线路末端两台并联变压器电流速断保护配合整定 整定公式 基于v j s i o 图形化的继电保护整定计算软件的研究与开发 电流元件 屯 墨 譬瓦去 a 2 6 6 电压元件 i 瓦苎兰詈 曩圣而 标幺值 2 6 7 注 式中 墨取i i i 2 灵敏系数j o 取1 3 为变压器电流速断保护的最 小保护区 若变压器速断定值为o 变压器阻抗为z j 则 夏1 l 0 8 6 6 1 j 2 z j 取值范围0 1 2 满足规 l tj 程要求 同时在保护整定模具的下方用红色文字自动标注出一次整定值 二次整 定值和灵敏度 继电保护工作人员还能通过整定原则页来查询整定公式等文字说 明 如图4 1 2 所示 图4 1 2v m i o 图形化继电保护整定原则界面 f i g 4 1 2 1i n t e r f a c eo f v i s i o0 日p m c a lp r o t e c t i v er e l a y i n gs e t t i n gp r i n c i p i a 第五步 为了便于数据的查询和保存 该软件还有数据报表功能 点击界面 菜单栏的报表生成栏下拉菜单中的短路报表选项 则自动弹出短路计算报表 如 图4 1 3 和图4 1 4 所示 郑州大学 学硕士论文 图4 1 3 报表生成 f i g 4 1 3p o w e rf l o wc a l c u l a t i n g 图4 1 4 全部母线短路计算报表 r i g 4 1 4 r e p o r t f o r m s f o r s h o r t c i r c u i t c a l c u l a t i o n o f a l l b u s b a r s 基于v s i o 图形化的继电保护整定计算软件的研究与开发 按照以上五个步骤的操作即可方便地运行本软件 在计算实例的过程中 本 软件体现了结合绘图的计算分析程序的易用性和强大的功能 用户能在很短的时 问完成算例的学习和操作 对3 5 k v 变电站的各种保护配置方案进行计算分析 以得出最优的配置方案 本程序录入数据简单明了 输出结果直观 易于修改 在教学和实际工程中能发挥出很好的作用 郑州大学工学硕士论文 5 1 本文结论 5 结论与展望 电力系统继电保护是电网稳定和安全运行的重要保障 由于现代电网的规模 不断扩大和复杂程度的持续提高 继电保护的整定计算也变得越来越困难 对继 电保护整定计算软件的要求也越来越高 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问题的基础上 从分析现有3 5 k v 电网的实际情况和特点出 发 得出了一套通用性较强的人机交互式的继电保护整定计算软件系统的整体设 计思路 4 5 l 为开发基于v i s i o 图形化的继电保护整定计算软件系统奠定了良好的 基础 本文对基于v i s i o 的图形化的继电保护整定计算软件的相关问题进行了系统 的研究 所做的主要工作如下 1 本文在分析电力系统继电保护整定计算软件的开发现状的情况下 以 m i c r o s o i t v i s i 0 2 0 0 3 这一功能强大的图形软件为开发平台 在v b a 环境下进行程 序的开发 建立了面向对象的图形软件的基本模型和图元的结构设计 实现了图 形的编辑功能 绘制了包括发电厂 变电站 变压器 输电线 母线 开关和各 种继电保护等等的电气计算所需要的图形元件 并能绘制出电力系统电气接线图 和地理接线图 2 结合3 5 k v 电网的实际情况和特点 编制了基于稀疏技术的潮流 短路计 算程序 可以计算3 5 k v 电网各母线电压的幅值与相角 功率分布 电网各类元 件和电压等级的功率损耗 3 对绘制好的电气接线图 能够自动识别元件之间的连接关系 自动对元 件端点进行编号 无需对电网节点进行人工编号 形成计算所需的电网拓补结构 同时对图形元件名称和计算结果自动标注 避免了人工标注 4 具有计算报表功能 通过与e x c e l 的结合 将计算结果输出到电子表格中 用于统计 打印 可视化的人机交互界面 简单易学的操作方式 这都增强了用户对计算过 程的控制 更提高了软件的灵活性和通用性 m i c r o s o f tv i s i o2 0 0 3 的二次开发技 术和电力系统继电保护整定计算的这一结合 为现代电力系统其他技术的开发和 研究开辟了一条新的有效的途径 5 2 后续工作展望 本论文的工作目标是开发一套通用的继电保护整定软件 为此还需要做到如 下工作 1 本软件现有的保护模具主要是针对3 5 k v 电网的实际情况和特点而设计 下一 步可以扩展到1 1 0 k v 2 2 0 k v 甚至更高等级的电网中 计算和分析更加复杂的故 4 6 幕于v i s i o 图形化的继电保护整定计算软件的研究与开发 障 2 在程序开发过程中 本系统软件的数据量相对较小 因此使用v i s i o 中的特殊 工具s h a p e s h e e t 表格和电气元件类来存放数据 对于更加复杂和等级更高的电网 来说 需要使用数据库技术 对数据进行存储 共享和计算结果处理 3 可以增加软件的计算分析功能 使其不仅可以对各种电网进行潮流计算 三相 短路计算 继电保护整定计算等等 还能进行负荷预测 暂态稳定计算 无功优 化计算等等 郑州大学工学硕上论文 致谢 本文是在章健老师的悉心指导下完成的 研究生阶段学习的这三年来 是章 老师给予了我最大的教诲和帮助 从科研项目到论文的选取 课题的研究与调研 论文的撰写 论文的批阅及公开发表给予了无微不至的关心和教诲 章老师严谨 治学的态度 勇于创新的思维方法 孜孜不倦的敬业精神使我终身受益 成为我 今后学习的榜样 值此学位论文完成之际 谨向章健老师致以我最诚挚的敬意 这里也要感谢我的父母 家人给予我的支持和关怀 还要感谢孙丰奇老师 电气工程学院的同学 教研室的师弟们给予我的帮助 在此向大家表示由衷的感 谢 谨以此文敬献给所有关心 帮助过我的人们 基于v j s i o 图形化的继电保护整