发电厂继电保护整定计算软件用户手册用户手册.doc

可视化的电网潮流计算、发电厂故障分析与保护整定可视化的电网潮流计算、发电厂故障分析与保护整定 综合系统综合系统 用户手册用户手册 VPRSVPRS VERTIONVERTION 3.03.0 北京国电海明科技发展有限公司北京国电海明科技发展有限公司 Tel: (010)64946532 64946531 总机转总机转 Fax: (010)转转 809 E-mail: zhfg 目目 录录 1序言序言.2 11 系统目标.2 12 读者对象.3 13 读前准备.3 2软件概述软件概述.4 21 系统结构.4 22 软件结构.5 23 系统特点.5 24 系统环境.6 241硬件设备.6 242支持软件.6 243数据库系统.7 3系统功能系统功能.7 31 图形建模模块.7 32 故障分析模块.9 33 保护整定模块.10 34 保护整定过程.11 35 潮流计算过程.15 4 数据管理模块数据管理模块.17 附录：几种具体的保护整定附录：几种具体的保护整定.22 常规保护.22 微机保护.25 1序言序言 11 系统目标系统目标 本系统的对象是电力系统发电厂以及石化、冶金等行业的自备电厂。这些 企业对于电力能源的需求量相当大，所以一般在企业内部设有独立的电厂、 变电站。各电厂、变电站、用电单元以及外系统构成了一个小型电网。 本系统提供基于图形化界面的潮流计算，潮流计算是电力部门最基本的运 算，其它运算如短路电流计算、无功电压最优化，静态稳定计算、暂态稳 定计算以及网损理论计算等都和潮流计算有着密切的关系。而目前情况是 多数企业仍采用手算方法进行潮流计算，对于运行状态改变较多的企业， 潮流计算的工作量相当复杂、烦琐。本系统综合图形界面易于操作和潮流 计算强大功能于一体，提供了小电网系统潮流计算的最佳解决方案，使技 术人员的工作效率大大提高，从而提高企业的经济效益。 另外，系统提供故障分析与继电保护整定功能。与电网相比，这些企业的 设备种类多，而且每一种设备所配置的保护原理也多，尤其是主设备。而且各 种原理的整定工作相当复杂，定值单的管理工作难度也大。从目前的情况来看， 大部分电厂在运行过程中对故障分析与设备的整定保护都是采用人工手算的方 式进行，这与当今计算机技术迅速发展的时代不相宜，并且影响企业的工作效 率。 可视化故障分析及继电保护整定计算系统就是为了减轻继电保护整定工作 人员的劳动强度而开发设计的，它应用计算机技术，使原本枯燥的短路电流计 算和保护整定计算变得形象具体。它能很好地解决满足用户的需求和软件开发 的难度之间的矛盾，通过提供可视化的界面（包括故障电流计算和整定计算） ， 使用户参于计算，这样不仅降低了软件开发的难度，同时由于结合了用户的整 定经验也增加了计算结果的可信度，并最终大大减轻了用户的劳动强度，提高 了整定人员的工作效率。 12 读者对象读者对象 本系统共配置了用户手册、使用指南、系统管理员指南和网页使用指南。 其中用户手册主要面向大、中型的火电厂和水电厂等供电企业的继电保护整定 计算人员，对该软件作大概介绍，具体整定操作过程请参考使用指南。系统管 理员指南主要针对读者是系统维护员，网页使用指南主要针对一般管理员。 13 读前准备读前准备 可视化的发电厂故障分析与保护整定综合系统是利用现代先进的计算机技 术，结合电力系统的专业知识开发的。如果你是第一次使用，建议首先参考以 下资料（如有不明白之处，请与北京国电海明科技发展有限公司联系）： 电力系统分析韩祯祥 吴国炎 浙江大学出版社 电力系统分析诸骏伟 中国电力出版社 电力系统基础张文勤 中国电力出版社 中华人民共和国电力行业标准 DL/T 684-1999 大型发电机变压器继电保护整 定计算导则 中华人民共和国国家经济贸易委员会 发布 电力系统继电保护与安全自动装置整定计算 崔家佩 孟庆炎 陈永芳 熊炳 耀 水利电力出版社 大型机组继电保护理论基础第二版 王维俭 侯炳 蕴 中国电力出版社 电气主设备继电保护原理与应用 王维俭 中国电力出版社 2软件概述软件概述 21 系统结构系统结构 本系统的体系结构如图 2-1 所示。 用户端浏览器是一般用户使用系统的平台。用户浏览器根据用户的要求 （一般是查询请求，有一定身份的用户可添加或修改部分数据）向 Web 服务器 提出请求，Web 服务器收到用户的请求信息，向数据库服务器提出查询或修改 要求，得到响应后生成数据驱动的动态网页返回给用户浏览器。 保护班工作站是系统用户或高级用户的使用平台。该平台可以根据用户的 要求，对系统进行图形建模、短路计算、保护整定等各项操作，并通过 Web 服 务器对数据库进行添加、删除等修改操作。 由此可知，应用软件集中在服务器端和保护班工作站开发，用户端不需要 特殊软件安装，只要有一般的浏览器即可使用系统，减少了系统的构建和维护 工作。 图 2-1 体系结构体系结构 22 软件结构软件结构 可视化的发电厂故障分析与保护整定综合系统由图形建模、故障分析、潮 流计算、保护整定、数据管理、数据服务等几部分组成，其软件结构如图 2-2 所示： 图 2-2 软件结构软件结构 23 系统特点系统特点 先进：本软件填补了国内没有通用的发电厂保护整定软件的空白。 开放：在整定过程中允许用户加入自己的实践经验。 通用：本软件能满足不同电厂、不同保护配置的用户的需要。 发展：模块化的设计使得软件能随着继电保护的发展而发展。 可信：可视化设计思路使得用户在保护整定时能直观地理解保护的整定 原 理，整定过程是在用户的参与下完成，所以整定结果可信。 简单：图形化的故障分析使得用户操作简单、直观，并有强大的在线帮 助功能。 可靠：对用户的操作进行提示，当出现不合理的操作或可能造成程序无 法运行的情况时给予提示，避免出现死机现象。 完备：系统分发变组、6KV 和 380V 厂用电系统三个等级进行图形建模， 满足用户的要求。保护整定内容也非常完备。 安全：软件设置用户的使用权限等级，以免数据被人任意修改或删除。 实用：软件只需一台高档 586 微机，能在 Windows NT 或 Windows 98 平台上运行。软件的界面设计满足广大 Windows 用户的使用习惯。 24 系统环境系统环境 241 硬件设备硬件设备 计算机硬件最低要求： CPU：奔腾 166MHz 内存：64MB 硬盘剩余容量：100MB 计算机硬件建议配置： CPU：奔腾 III 600MHz 内存：128MB 硬盘剩余容量：200MB 以上 242 支持软件支持软件 软件支持平台选取 WINDOWS 系列操作系统。WINDOWS 98/2000/NT 操 作系统，均可作为本软件的操作平台。 243 数据库系统数据库系统 根据本系统特点，数据库采用 Microsoft SQL SERVER 7.0 数据库系统。该 数据库可以满足本软件网络版的要求。 3系统功能系统功能 系统功能分为以下几个模块：图形建模模块、故障分析模块、潮流计算模 块、保护整定模块、数据管理模块。分别实现如下功能： 31 图形建模模块图形建模模块 图形建模通过图形操作界面输入电力网络拓扑和网络参数，由计算机自动 识别网络结构，并根据需要建立相应的电力系统网络数学模型。图形建模是实 现可视化的故障分析和保护整定计算的基础。模块需要完成三种系统的建模任 务：一、发变组系统；二、6kV 厂用电系统；三、380V 厂用电系统。图形建模 模块提供如下功能： 提供设备图元工具箱：如图 3-1 所示，设备图元包括发电厂中常用的电力设 备，发变组系统主要包括双绕组变压器、三绕组变压器、发电机、外接系 统、断路器、电缆、母线和文本。6KV 厂用电系统和 380KV 厂用电系统主 要包括双绕组变压器、外接系统、断路器、电缆、电动机、熔断器、母线 和文本。熔断器、电动机、图元工具箱为部分开放式，即允许修改图元的 外观，不开放图元新增删除操作。用户通过使用工具箱里的工具就可以绘 制或修改发电厂的电网结构图，界面美观整齐。 图 3-1 系统图元工具箱系统图元工具箱 系统图全局操作：包括系统图的新建、保存、另存、另存为模板、删除系统 图、系统图基本属性编辑。整个系统图能方便的滚动，并能缩小放大。 图形设备一般编辑操作，包括图形的选中、新建、剪切、复制（拷贝） 、粘 贴、删除、移动、缩放、排列等常规编辑操作。 输入或修改参数和保护配置：参数和保护配置输入或修改完毕如图 3-2，数 据就进入相应的数据库，并对设备参数进行标幺值的计算。 删除设备时也 就从数据库中删除了相应的数据。 图 3-2 发电机设备参数发电机设备参数 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，可以建立接线系统的网络拓扑结构，为形成节点导纳 矩阵及短路计算作准备。 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 态设置系统的运行方式。 设置系统图间的关联关系：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，允许用户关联系统图之间的联接关系。 图形建模使得系统结构中的组件“活”起来，代表着真实的设备，为实现 可视化的故障分析打下了基础。 32 故障分析模块故障分析模块 故障分析是保护整定计算的基础。对发变组系统，故障分析方法可以由用 户选择采用运算曲线法或对称分量法进行计算；对于厂用电系统，故障分析采 用对称分量法。目前系统限定设置故障点的位置，系统计算界面如图 3-3 所示： 图 3-3 系统计算界面系统计算界面 系统提供如下功能： 提供设置故障的人机对话接口：故障位置用醒目图形标志，而故障分析方法、 故障类型、故障相别和要计算的量通过人机对话接口设置，故障类型包括三 相短路、单相短路、两相短路、两相接地短路。 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，以满足用户比较选择的要求。 自动进行节点编号和故障分析（按照系统情况自动或手动选择分析方法） 。 系统根据所选择的接线图能自动生成阻抗图。 输出故障分析结果，可以选择输出所有结果，即故障计算结果（表格形式） ， 也可以选择输出单个计算量，以供保护整定时用如图 3-4： 图 3-4 故障分析结果故障分析结果 厂用电系统可计算母线电动机自启动情况如图 3-5，包括统计电动机自启动 容量、阻抗和母线电压等。 图 3-5 电动机自启动情况显示电动机自启动情况显示 33 保护整定模块保护整定模块 此模块是为发电厂所配置的保护提供整定工具的功能。模块提供丰富的整 定界面，基本上每一种原理的保护都有相应的整定界面，满足不同用户的需求。 整定的对象主要包括发电机保护、变压器保护、发变组保护以及厂用电系统中 的主要设备，如电动机保护、进线开关保护等。整定原则是按照中华人民共和 国国家经济贸易委员会发布的中华人民共和国电力行业标准 DL/T 684- 1999大型发电机变压器继电保护整定计算导则进行的。 34 保护整定过程保护整定过程 系统为任一种原理的保护提供的整定界面都遵守一致的设计原则，这样用 户整定一种保护后，就能明白其它保护的整定操作。系统保护整定主要由添加、 删除保护、整定保护、生成定值单等几部分组成。 添加、删除保护添加、删除保护 如图 3-6，保护名称、装置名称、生产厂家、保护性质与保护投运日期五项 内容均完整后，使可以进行添加保护整定类型。若需要删除一个保护，则在保 护框中选中后，点击删除保护整定便可以删除。 图 3-6 保护配置界面保护配置界面 整定保护整定保护 在保护配置窗口中选定一个保护，点击整定保护后，弹出如图 3-7 所示窗 口。可以根据给定的步骤，简单而便捷地得出整定结果。 图 3-7 保护整定界面保护整定界面 在整定保护过程中系统还提供如下功能： 1）需要用户决定的参数（如可靠系数等）提供文本框或列表框让用户选择输入， 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）需要通过故障计算获得的数据，可以返回到故障计算模块，经计算后，选择 计算结果返回整定界面。用户可以选择故障计算的各种条件，使整定计算的 可信度和正确性提高。 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， 单击计算按钮就可完成整定计算，整定结果在相应文本框中显示。 5）整定的每一个步骤均给出帮助或提示，并给出整定原则和整定公式。所以它 也是初学人员学习整定过程的好帮手。 6）提供保护整定计算书的功能。整定计算书是用文字形式把整定过程记录下来 形成文件保存，这样可以回忆整定结果所对应的整定过程，具有较强的实用 意义。 生成定值单生成定值单 在整定完成后点击定值单，将产生定值单生成界面如图 3-8 所示。在该界 面中可以进行保存定值单，并浏览定值表和整定书。 图 3-8 定值单生成界面定值单生成界面 打印预览打印预览 在保存好定值单后使可以进行打印预览。定值单预览如图 3-9，整定书预 览如图 3-10： 图 3-9 定值单预览定值单预览 图 3-10 整定计算书预览整定计算书预览 35 潮流计算过程潮流计算过程 电力系统潮流计算是电力部门最基本的计算程序之一。其它一些程序如短 路电流计算、无功电压最优化程序、静态稳定计算和暂态稳定计算程序等均以 潮流计算结果为依据。反映电力系统运行经济性的网损理论计算程序，基本原 理也是潮流计算程序。 电力系统潮流计算的方法很多，常用的有牛顿拉夫逊法和 PQ 分解法。 本程序采用牛顿拉夫逊法。其原理是在每次迭代计算中形成雅可比矩阵 （修正方程组）后，对修正方程采用三角分解的方法，求出状态变量（一般取 节点电压相量的模和角度或电压的实部和虚部）的修正量，算出状态变量的新 值。下次迭代中，重新求解修正方程。当状态变量的修正量的绝对值小于某一 个给定的值时，认为迭代收敛。接下去计算出各节点的电压、角度和注入功率 （负荷功率和发电机功率） ；各支路两端功率、电流和支路功率损耗，网络总有 功功率和无功功率损耗。 有关潮流计算的操作都在系统菜单“潮流计算”下。潮流计算的菜单如下： 图 3-11 潮流计算菜单潮流计算菜单 潮流计算：点击后开始进行潮流计算，并弹出开关确认的对话框。如果所 有开关的状态均已确定，点击是；否则点击否回到画面上进行确认。 图 3-12 开关确认对话框开关确认对话框 重新计算潮流计算参数中，如果选择是，则重新读取各设备参数；如果选 择否，可使用前一次进行计算时的参数进行潮流计算。 图 3-13 潮流计算参数确认对话框潮流计算参数确认对话框 母线参数界面包括潮流计算中所有母线参数：额定电压、实际电压、有功 负荷、无功负荷、发电机有功、发电机无功、电压上限、电压下限、视在功率、 无功上限。在此界面均可对参数进行修改，并保存这些数据。 图 3-14 母线参数母线参数 确认发电机节点类型，作为 PQ 或 PV 节点处理。 图 3-15 发电机节点确认对话框发电机节点确认对话框 潮流计算结果显示框，显示了母线、架空线、变压器的计算结果。计算结 果可以按名称排或按电压等级排；当需要打印时，可以通过打印选择来筛选打 印内容。对要打印母线、架空线、变压器的电压等级进行筛选后应点击设置打 印选择以确认。 图 3-16 潮流计算结果潮流计算结果 如果需要超限的母线进行告警闪示，则选是，否则选否或取消。 图 3-17 超限告警闪示对话框超限告警闪示对话框 显示/不显示潮流计算标注：显示/不显示潮流计算结果标注。 母线参数：显示各条母线的参数。 结果数据：显示潮流计算结果数据。 告警闪示/停止告警闪示：对超限母线显示为闪示或停止闪示。 4 数据管理模块数据管理模块 此模块实现了用户对数据的有效管理。管理的功能有：查询、修改、删除、 打印等。 查询：查询：按设备查询设备参数和保护配置信息数据。按保护设备、保护原理和生 产厂家等几种方式查询整定计算数据。包括定值单和整定书。 修改：修改：主要是定值单性质的升级，其性质分为试算、批准、运行和历史。 删除：删除：由于只要系统结构和参数不变，这些计算数据是一直有效的，所以一般 不进行删除，而是覆盖。 打印：打印：按报表格式打印。 自定义定值单：自定义定值单：用于输入非电气量保护或已整定的保护定值单。 定值单查询定值单查询 定值单主要是用来保存整定计算数据。在点击定值单查询按键后出现如图 4-1。 图 4-1 定值单查询定值单查询 查询结果查询结果 在定值单查询中选择好设备、保护名称和定值单状态确定后出现结果如图 4-2。 图 4-2 定值单查询结果定值单查询结果 定值单修改定值单修改 从定值单查询结果中任选一条试算、批准或执行状态的记录如图 4-3，便 可以对它进行升级。 图 4-3 定值单修改定值单修改 自定义定值单操作自定义定值单操作 （2） 自定义定值单的生成 选择菜单中的定值单定值单，从传统保护传统保护中选择自定义定值单自定义定值单，生成如图 4-4。 用户可以根据自已的需要在定值单中用鼠标右键进行行行的添加与删除。 图 4-4 自定义定值单自定义定值单 附录：附录：几种具体的保护整定几种具体的保护整定 常规保护常规保护 发电机保护发电机保护 1、定子绕组内部故障主保护： 比率制动式纵差保护 标积制动式纵差保护 故障分量比率制动式纵差保护 不完全纵差保护 单组件横差保护 多分支分布中性点水轮发电机的综合差动保护 纵向零序过电压保护 转子回路二次谐波电流保护 故障分量负序方向保护 2、发电机相间短路的后备保护 定时限复合电流保护 定时限复合电压起动的过流保护 低阻抗保护 3、定子绕组单相接地保护 基波零序过电压保护 三次谐波电压单相接地保护 中性点经配电变压器高阻接地的定子绕组单相接地保护 外加交流电源式 100%定子绕组单相接地保护 4、励磁回路接地保护 迭加直流式一点接地保护 测量励磁绕组对地导纳的一点接地保护 切换采样式一点接地保护 励磁回路二点接地保护 5、发电机过负荷保护 定子绕组对称过负荷保护 转子绕组过负荷保护 转子表层负序过负荷保护 6、发电机低励失磁保护 异步边界阻抗继电器 静稳极限阻抗继电器 静稳极限励磁低电压继电器 低励失磁保护的辅助判据继电器 7、发电机失步保护 双绕组组件失步保护 遮挡器原理失步保护 三组件失步保护 8、发电机异常运行保护 定子铁心过励磁保护 发电机频率异常保护 发电机逆功率保护 发电机定子过电压保护 启停机保护 变压器保护变压器保护 1、变压器纵差保护 2、变压器分侧差动保护 3、变压器零序差动保护 4、变压器速断保护 5、瓦斯保护 6、变压器的相间短路后备保护 过电流保护 低电压起动的过电流保护 复合电压起动的过电流保护 负序电流和单相式低电压起动的过电流保护 相间故障后备保护方向组件的整定 相间故障后备保护动作时间的整定 低阻抗保护 阻抗保护起动组件的整定 7、变压器接地故障后备保护 中性点直接接地的普通变压器接地保护 中性点可能接地或不接地运行变压器接地保护 自耦变压器的接地保护 8、变压器的过负荷保护 9、变压器的过励磁保护 定时限变压器过励磁保护 反时限变压器过励磁保护