配電網繼電保護圖形化整定管理軟件的構建與應用

吳 贇,溫興文,刁 昶,魯利枝,李 麗

(1.上海市電力公司奉賢供電公司,上海 201400;2.北京中恒博瑞數字電力科技有限公司,北京 100085)

0 引言

上海電網擔負著為國際化大都市提供安全、穩定、優質、可靠電能的神圣使命。隨著電力系統的快速發展,配電網的規模正在不斷擴大,接線方式和運行方式日趨復雜,繼電保護整定工作也越來越繁重,目前還在采用的手工整定方式,不僅工作量大繁瑣,并且容易產生人為誤差。

配電網繼電保護整定的研發目的,就是使繼電保護工作人員從繁瑣的手工計算中解放出來,從而提高整定工作的效率和整定計算的正確性。

目前,較為成熟的繼電保護整定軟件,大多用于110 kV及以上的高壓電力系統,還不能很好地適應電壓等級較低的低壓配電網[1-2]。因此,從電網繼電保護工作的實際需要出發,研究設計適合配電網繼電保護的圖形化整定管理軟件,十分迫切和具有重要的現實意義。與生產管理系統(PMS)相結合的電網整定計算軟件系統,已在奉賢供電公司應用,并取得了顯著成果。

1 與PMS結合的系統設計

目前奉賢電網運行的多種電力軟件系統,還存在著系統間的數據不能進行交互等問題,如果在軟件設計上采用傳統的整定計算模式,勢必浪費已有資源,進行重復建模和生成拓撲。于是,設計將整定軟件與奉賢電網使用的PMS相結合,通過兩者的數據交互,開發了1套能夠充分利用資源、節省勞力并且能夠很好地完成傳統整定計算功能的整定軟件系統。

1)權限分配 系統設置從PM S中登錄整定系統,登錄人的電網整定功能權限在PMS中設置,整定系統通過調用PM S用戶信息,獲取登錄人的信息及其權限。

2)系統建模 奉賢電網現有的PMS,數據庫中存放著大量電力設備的模型和拓撲關系,其數據的可重復利用性很強,基于此,繼電保護故障分析整定管理及仿真系統,提供了基于 IEC 61970標準[3]的CIM模型的數據導入功能,可以將符合此標準的數據,無縫結合到整定計算系統中。除此之外,對于PMS中不符合IEC 61970標準,但整定計算系統中需要的數據,系統采用了數據直連的方式進行交互。

3)功能模塊設計 ①圖形繪制模塊。系統只考慮對110 kV及以上的圖形由整定系統單獨繪制以及維護。而對35 kV及10 kV整定計算模型整定系統不進行圖形建模,只采用臺賬錄入模式。其中,兩系統間的設備臺賬索引,對照采用人工方式手動關聯。②參數輸入模塊。短路計算或整定計算需要用到的各個設備參數,如果已經在PMS臺賬中存在的設備,由PMS提供相應的接口,供電網整定計算系統調用;新設備的整定,參數的輸入也由PMS實現,再由電網整定計算系統在計算時調用。

4)數據存儲 系統設計在公共數據交互區表空間內,創建公共數據交互表,以實現在兩個系統之間的數據交互。公共數據交互表包括:工作聯系單設備參數表、定值單數據交互表、設備臺賬索引對照表。計算定值單和計算稿在提交流程后保存至公共數據交互表中。PM S根據設備臺賬索引對照表的檢索關系對數據在線進行檢索和查詢應用。

2 系統功能

2.1 系統建模

2.1.1 圖形建模

系統對110 kV及以上的圖形支持圖形化建模。圖形中的圖元對應著電網中實際設備,圖元屬性的錄入就實現了設備的參數錄入。圖元對象封裝了圖形屬性和電氣屬性,而電氣屬性則定義了完整的字段描述。在此基礎上進行建模,圖形建模包括電網的網絡拓撲關系、電氣元件的原始參數及標幺參數和保護功能的配置[5]。

網絡的物理模型建立后,圖形不僅具有分區分層顯示功能,還可以按照電網的層次結構和區域結構建立電網資源樹。電網資源樹與電網圖形動態連接,實現資源樹導航、定位功能等,其特點是操作智能、界面友好,為用戶提供了簡單實用的建模平臺。

2.1.2 臺賬建模

短路計算或整定計算需要用到的各設備參數,已經在PMS臺賬中存在的設備,GRS系統直接從數據庫獲取相關設備參數;新設備的整定,在工作聯系單中附加新設備的參數,通過PM S實現,系統從工作聯系單中提取相關設備參數,完成設備建模。兩系統間的設備臺賬索引對照,采用人工方式手動關聯。

2.1.3 參數輸入維護

系統可查詢、輸入、修改整定計算所涉及的所有設備參數。可直接輸入或根據有關PMS系統數據獲得故障計算和整定計算所需的各種電氣元件的正負、零序標幺值與有名值數據,包括發電機、外部等效系統、線路、兩繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器、電抗器、分裂電抗器、電容器、所用變壓器、接地變壓器和電動機。

統一基準下的設備標幺參數,可根據標準型號庫數據理論計算和實測數據計算互相印證校驗,確保設備數據的正確性。

2.1.4 保護配置管理

保護配置分為保護裝置的配置、保護功能的配置以及二次設備參數的配置。

1)可將建立的某種型號的保護裝置,配置到被保護對象,并可在圖形上顯示線路、主變及母線的保護配置情況。

2)可將與保護裝置型號無關的,由保護原理決定的保護類型,如階段式距離保護、階段式零序電流保護功能配置到被保護對象,并可在圖形上顯示保護定值。同時,還可根據功能設置,選擇電流互感器(TA)變比以及是否顯示靈敏系數。

3)可配置對應設備的 TA和電壓互感器(TV)變比。

2.2 故障分析

2.2.1 故障分析算法

電力系統故障分析、故障計算是繼電保護整定計算和繼電保護定值校驗的基礎[4]。基于PMS數據的電網整定計算軟件系統對算法進行了優化,大多數情況下采用了成熟的節點阻抗法進行計算,個別情況應用節點導納法并輔之以稀疏法[5]。

在此基礎上使用網絡分塊計算算法,將大網絡分割成若干個較小子網絡,然后分別求解每個小網絡在邊界的等值網,利用研究區域模型、分割支路以及其他區域的等值,得到反映全網的降階的數學模型來研究。由此,大大提高了系統的計算速度,建立起1個通用而且功能強大的故障分析平臺。

故障分析平臺的通用性,體現在以下幾個方面:

1)自適應任意多回線路間,存在零序互感情況。

2)任意網絡連接情況的故障計算。

3)節點等值計算。

4)標準化輸出。

5)故障分析,包括測量阻抗計算和分支系數計算。

6)故障信息按步長輸出。

2.2.2 故障分析功能

故障計算模塊主要完成各種簡單、復雜的縱向和橫向故障計算,能夠計算線路上任意點故障。經過渡電阻發生的故障,能輸出任意支路的故障電流、電壓,且故障計算對電網規模和運行方式不受限制。

故障計算功能體系如圖1所示。

2.3 整定計算

依據電力部頒等整定規程和奉賢電網的特殊情況,整定計算功能包含面向原理和面向裝置兩個環節。原理定值是指根據一般性保護原理來整定的,與保護型號無關。原理保護分為線路原理保護和變壓器原理保護。裝置整定在原理級定值計算結果基礎上,根據圖形建模時配置的保護型號、TA變比和保護裝置型號庫中的定單模版,直接形成定值單。

圖1 故障計算功能體系

整定計算功能體系如圖2所示。

圖2 整定計算功能體系

整定計算流程通過5個基本步驟來完成,即整定設置→劃定整定范圍→自動/手動整定計算→定值調整→形成整定方案和定值通知單。

2.4 數據管理

整定計算涉及到許多數據,概括為輸入數據、中間數據、輸出數據,例如:電力系統的一次系統的結構參數和元件參數、二次系統的配置參數和裝置參數、故障分析數據、裝置及定值數據、計算書及定值單數據等。與PMS結合的電網整定計算軟件系統,將這些數據通過仔細地分析歸類,并參照《Q/GDW 216—2008電網運行數據交換規范》,設計了大量的數據庫表單進行存取。

電網整定計算軟件系統采用資源方式樹進行查詢,對數據進行高效、有序地管理[6]。同時,為用戶提供1個了解、打印所有參數的視圖窗口。通過這個窗口按表格顯示所有的數據,數據量較全,使用方便。

數據管理流程如圖3所示。

圖3 數據管理流程圖

3 結語

基于圖形建模的繼電保護故障分析整定管理及仿真系統,結合奉賢電網的電力設備自動化和軟件使用情況,將整定軟件與實際運行的PMS進行數據交互,實現了整定軟件的圖形建模、故障計算、保護定值整定和數據管理。

通過奉賢供電公司的實際應用,證實了與PMS結合的電網整定計算軟件系統,是1套具有很強實用價值的給力圖形化配電網繼電保護整定軟件。該軟件通過與PMS數據交互,避免了大量的手動建模,具有友好的人機界面和方便的操作特點,能夠廣泛地應用于配電網的繼電保護整定計算和定值管理方面。

[1] 劉 健,趙海鳴.繼電保護整定計算及定制仿真系統[J].繼電器,2002(9):47-49.

[2] 李志興,蔡澤祥,許志華.繼電保護裝置動作邏輯的數字仿真系統[J].電力系統自動化,2006,30(12):97-101.

[3] DL/T 584-953～110k V電網繼電保護裝置運行整定規程[S].1995.

[4] 龔仁敏,張永浩,翟學峰,等.面向整定計算的大型電力網絡分塊計算的實用化通用計算方法[J].電力信息化,2007 (12):42-45.

[5] 牛艷麗,郭艷鳳.繼電保護整定計算專家系統的應用[J].電力設備,2008(6):43-45.

[6] 沈 偉,魏新明.基于C/S和B/S結構的電網整定計算與數據管理系統[J].農村電氣化,2008(4):41-42.