發(fā)電廠短路電流及繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)

劉海一 李春娜

【摘 要】當(dāng)發(fā)電廠系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，繼電保護(hù)設(shè)備可及時(shí)檢測(cè)到異常運(yùn)行情況或安全性的故障，既可短時(shí)間內(nèi)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，也可迅速切除故障。不過(guò)，人工計(jì)算繼電保護(hù)定值雖然可信度高，但計(jì)算工作量十分繁瑣，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，這顯然難以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。所以，為了預(yù)防事故的發(fā)生以及減輕人工的工作壓力，新開發(fā)的電廠短路電流及繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)以其安全性、全面性、高效性被普遍應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電廠;短路電流;繼電保護(hù);整定計(jì)算系統(tǒng)

前言

繼電保護(hù)整定計(jì)算是發(fā)電廠運(yùn)行的基礎(chǔ)工作之一，事關(guān)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。發(fā)電廠繼電保護(hù)裝置種類繁多、計(jì)算工作量大，從短路電流計(jì)算到整定直至定值單生成核對(duì)，這一流程中環(huán)節(jié)眾多、細(xì)節(jié)繁瑣，需要整定計(jì)算人員具備優(yōu)良的專業(yè)素養(yǎng)及豐富的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)。將整定計(jì)算人員從繁瑣的手工計(jì)算工作中解放出來(lái)、保證整定計(jì)算的可靠性、提高工作效率就成為發(fā)電廠整定計(jì)算系統(tǒng)的研發(fā)目標(biāo)。

1、發(fā)電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算工作概述

發(fā)電廠繼電保護(hù)裝置種類復(fù)雜多樣、整定計(jì)算工作量大，這要求計(jì)算工作人員要有較強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)和相對(duì)成熟的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。首先，大部分發(fā)電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算工作尚處在人工手算的階段。對(duì)發(fā)電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)的開發(fā)，將提供不少便利，有著非常重要的實(shí)用性。其次，基于繼電保護(hù)對(duì)發(fā)電設(shè)備故障的多種功能，如切斷、報(bào)警、隔離、檢測(cè)。在設(shè)計(jì)發(fā)電廠短路電流及繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮繼電保護(hù)運(yùn)作的基本要求。通過(guò)繼電保護(hù)的要求包括：（1）針對(duì)性。即整定計(jì)算系統(tǒng)必做是針對(duì)某一種故障產(chǎn)生的反應(yīng)，這才能體現(xiàn)繼電保護(hù)的功能特點(diǎn);（2）時(shí)效性，發(fā)電廠設(shè)備故障對(duì)電能生產(chǎn)系統(tǒng)的破壞力比較大，這就要求整定計(jì)算工作快速運(yùn)作，計(jì)算效率高;（3）穩(wěn)定性。繼電保護(hù)裝置是發(fā)電廠發(fā)揮作用的核心指標(biāo)，這就要求系統(tǒng)運(yùn)作要穩(wěn)定、可靠，才能保證繼電保護(hù)裝置的穩(wěn)定性和安全性。

2、系統(tǒng)架構(gòu)

眾所周知，不同的電廠配置存在一定的差異，其保護(hù)裝置也都不一樣。如果只是根據(jù)某一個(gè)電廠的配置保護(hù)進(jìn)行整定，將具有一定的片面性，導(dǎo)致所開發(fā)的軟件只適用于個(gè)別電廠。這樣使得軟件擁有較差的通用性，從而提高了軟件開發(fā)的成本。所以，設(shè)計(jì)軟件時(shí)應(yīng)當(dāng)給予重視，設(shè)計(jì)一種能讓普遍發(fā)電廠都能使用的計(jì)算系統(tǒng)。為了改善這一狀況，確保系統(tǒng)具有很好的通用性與擴(kuò)充性，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)系統(tǒng)的模塊化與可視化。可視化指的是將抽象難理解的原理通過(guò)文字圖像顯現(xiàn)出來(lái)。這一措施使用戶能夠非常容易理解，并且可視化的特點(diǎn)能夠使用戶全程參與，提高了整定結(jié)果的精確度。而模塊化指的是將系統(tǒng)的內(nèi)容設(shè)計(jì)成可擴(kuò)充方式，用戶可以根據(jù)需要增加更多的保護(hù)整定模塊。這兩方面的特點(diǎn)能夠更好地幫助用戶使用繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)，簡(jiǎn)單易上手，安全性高，并且通用于大部分電廠，降低開發(fā)成本。

3、系統(tǒng)功能

發(fā)電廠短路電流及繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)以其可視化與模塊化的優(yōu)點(diǎn)普遍被電廠使用。系統(tǒng)主要是由圖形建模、故障計(jì)算、元件保護(hù)整定和數(shù)據(jù)管理這四部分組成。筆者將通過(guò)介紹這四部分內(nèi)容，詳細(xì)分析該系統(tǒng)。

3.1圖形建模模塊

圖形建模指的是通過(guò)專業(yè)的繪圖工具將發(fā)電廠的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繪制出來(lái)，然后為每一個(gè)真實(shí)的設(shè)備繪制一個(gè)對(duì)應(yīng)的圖形，計(jì)算機(jī)通過(guò)輸入的電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)參數(shù)自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且建立對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模型。圖形建模能夠更加清晰直觀地看到故障計(jì)算機(jī)，為保護(hù)整定計(jì)算打下一定基礎(chǔ)。

工作過(guò)程具體如下：

（1）讀取電廠中電氣主接線以及系統(tǒng)圖形文件（圖形文件需采用DWG的格式，如果是其他文件可以通過(guò)轉(zhuǎn)換插件進(jìn)行轉(zhuǎn)換）。通常來(lái)說(shuō)，主接線圖和系統(tǒng)圖都選用設(shè)計(jì)一開始交付的施工圖和竣工圖。這樣做的目的是為了提高系統(tǒng)辨識(shí)的準(zhǔn)確性，還減少文件識(shí)別后因內(nèi)容不完整而進(jìn)行修改的工作量;

（2）數(shù)據(jù)處理。在這一階段，將圖形與文字的數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，并安排好圖形與文字之間的位置關(guān)系;

（3）對(duì)基本圖形進(jìn)行辨識(shí)。系統(tǒng)將對(duì)一些如圓、直線、弧線等基本圖形進(jìn)行辨析;

（4）將元件與預(yù)先設(shè)計(jì)的電氣設(shè)備圖形符號(hào)進(jìn)行匹配，繪制出電氣接線圖或者廠用系統(tǒng)圖;

（5）根據(jù)對(duì)應(yīng)的符號(hào)，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù);

（6）形成計(jì)算模型;

（7）工作人員檢查建立的計(jì)算模型，修改不正確的地方。

3.2故障計(jì)算模塊

故障計(jì)算模塊主要針對(duì)發(fā)電廠內(nèi)的主設(shè)備引出端出現(xiàn)各種故障時(shí)，模塊能夠通過(guò)計(jì)算模型完成短路電流的計(jì)算。故障計(jì)算模塊的運(yùn)行方式一般可以進(jìn)行設(shè)置，并且能夠計(jì)算出非故障處以及故障處的電流電壓。具有以下幾方面特點(diǎn)：

（1）針對(duì)不同的故障設(shè)置人機(jī)對(duì)話接口;

（2）對(duì)于不對(duì)稱故障自動(dòng)生成序網(wǎng)圖;

（3）在遇到故障時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)故障計(jì)算模塊能夠自動(dòng)分析故障發(fā)生的原因;

（4）對(duì)于故障計(jì)算模塊分析出的故障結(jié)果，可以進(jìn)行多種方式輸出，如可以以表格的形式，也可以只輸出單個(gè)計(jì)算量。

3.3整定計(jì)算模塊

所謂保護(hù)整定過(guò)程，指的是獲得整定原則中所涉及到的數(shù)據(jù)。整定計(jì)算模塊包含的保護(hù)配置、裝置設(shè)定、整定計(jì)算機(jī)定值單輸出部分是整定系統(tǒng)的核心。

（1）因?yàn)楫?dāng)前不同電廠的設(shè)備不同、原理不同，所以保護(hù)配置用戶可以根據(jù)具體情況選擇保護(hù)工具;

（2）對(duì)于裝置設(shè)定，用戶需要根據(jù)時(shí)間經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定參數(shù)的設(shè)置。用戶提供一個(gè)參數(shù)范圍，系統(tǒng)程序自動(dòng)篩選填入合適的設(shè)備參數(shù);

（3）用戶可以通過(guò)故障計(jì)算選擇故障計(jì)算的各種方式來(lái)獲得數(shù)據(jù)，這一方式使得計(jì)算的可信度更高。此外，整定計(jì)算模塊提供以文字形式記錄整定計(jì)算書的功能。這樣可以將數(shù)據(jù)保留，為以后的參考分析提供便利。

3.4系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模塊

系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模塊極大方便了用戶對(duì)數(shù)據(jù)的管理。用戶可以針對(duì)設(shè)備參數(shù)、故障計(jì)算等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。同時(shí)，數(shù)據(jù)管理模塊還為用戶提供了數(shù)據(jù)查詢、打印、備份和刪除等功能，為整個(gè)系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索等管理工作提供了很大方便。

4、系統(tǒng)功能的優(yōu)點(diǎn)

4.1便捷性

與人工計(jì)算相比，繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)更加有效率、更加可靠，用戶可以很方便計(jì)算出結(jié)果。同時(shí)，該系統(tǒng)將人工與計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，大大縮短了開發(fā)周期，降低了人工勞動(dòng)的強(qiáng)度。

4.2準(zhǔn)確度高

因?yàn)橛?jì)算結(jié)果是在用戶參與下進(jìn)行的，且數(shù)據(jù)管理模塊使得用戶對(duì)數(shù)據(jù)的輸出與分析更加方便，所以計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。

4.3通用性廣

因?yàn)樵撥浖皇轻槍?duì)特殊的電廠設(shè)計(jì)，所以擁有極強(qiáng)的通行性，從而降低了軟件因不同電廠而要進(jìn)行不同開發(fā)的成本。此外，模塊化的特點(diǎn)使得用戶可以根據(jù)自己需要自行添加模塊，解決了特殊用戶的特殊需求。

4.4維護(hù)性強(qiáng)

軟件可視化的設(shè)計(jì)思路，使得用戶能夠直觀了解系統(tǒng)各部分的運(yùn)作情況，為維護(hù)打下一定的基礎(chǔ)。同時(shí)，故障計(jì)算模塊、整定計(jì)算模塊，都加強(qiáng)了軟件的可維護(hù)性。

5、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，發(fā)電廠短路電流及繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)的開發(fā)，除了考慮系統(tǒng)的通用性和可視性，還要考慮其干擾因素，這才能更好的維護(hù)發(fā)電廠的穩(wěn)定、安全、可靠運(yùn)行。此外，本文設(shè)置的系統(tǒng)雖然方便用戶引入大量的整定經(jīng)驗(yàn)，但在一定程度上約束了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。所以，建議發(fā)電廠在條件允許下，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用模糊邏輯、進(jìn)行規(guī)劃、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等人工智能技術(shù)，以創(chuàng)建與時(shí)俱進(jìn)的智能化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，引導(dǎo)繼電保護(hù)裝置正常的運(yùn)作。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：內(nèi)蒙古錫林郭勒白音華煤電有限責(zé)任公司赤峰新城熱電公司）