現代化煤礦供電系統整定計算軟件的研發與應用

李昆鵬

（1.山東能源集團有限公司，山東省濟南市，250014；2.山東能源棗礦集團供電工程處，山東省棗莊市，277011）

煤礦供電系統中的繼電保護作為現代化煤礦電力安全生產體系中的重要環節，對確保煤礦電力系統的安全、穩定以及可靠運行有著極其重要的作用。隨著煤礦生產對供電可靠性的要求越來越高，煤礦企業對繼電保護整定工作也日益重視，開發一套適用于現代化煤礦供電系統整定計算全過程的繼電保護軟件在理論上和實際上都具有重要的意義。

目前，雖然市場上有著各種各樣的整定計算軟件，但由于煤礦供電系統繼電保護整定自身的特點，很少被煤礦繼電保護整定技術人員所采用。煤礦繼電保護整定基本上仍沿用手動計算輔以計算機的方式進行，計算手段比較落后，工作量大，工作效率低，隨著電網規模的逐步擴大、系統運行方式的頻發變化，手工計算已無法滿足實際運行的需要。依靠計算機進行整定計算，研發圖形化、自動化、網絡化的繼電保護整定計算軟件已成為煤礦企業現代化水平發展的主要趨勢，也是提高整定計算人員工作效率、降低人員勞動強度的重要手段。

1 煤礦供電系統整定計算的特點

（1）現代化煤礦供電系統多以單端輻射狀供電為主，高壓短距離線路較多，負荷與供電結構需要經常變動，煤礦生產的工作條件具有主要負荷集中在井下、環境相對惡劣的特殊性，所以煤礦企業的供電和電氣設備與普通電力用戶相比有其特殊地方，對繼電保護有更高的要求。

（2）煤礦供電系統繼電保護級數多，井下供電大都采用銅芯電纜，距離短、阻抗較小，故主變以下各級短路電流值相差較小，不利于保護的整定。

（3）整定計算時考慮的運行方式比較簡單，一般只考慮正常運行方式。

（4）煤礦供電系統的繼電保護配置應當滿足可靠性、選擇性、靈敏性及速動性4項基本要求。

2 煤礦供電系統整定計算軟件的開發工具

現代化煤礦供電系統整定計算軟件是在煤礦企業故障計算和整定計算的基礎上，采用面向對象程序設計方法實現，以Windows操作系統為開發平臺，應用面向對象的Microsoft Visual Studio C＃和Java（定值單部分采用）為主要的開發工具。實現了邏輯推理和數據計算的有效結合，集應用靈活、適用性強、易于維護等優點于一身。

3 煤礦繼電保護整定計算軟件的功能體系及實現

現代化煤礦繼電保護整定計算軟件主要包括圖形建模、故障分析、整定計算、定值仿真和數據管理五大功能。各功能模塊相互獨立又相互關聯，構成一個有機的整體，如圖1所示。從應用的角度，整個功能模塊分為數據層和應用層兩個層面。數據層采用ADO 方式訪問，采用通用的數據訪問接口；應用層采用面向對象技術架構。其中圖形建模、數據管理屬于數據層；故障分析、整定計算、定值仿真屬于應用層。

3.1 圖形化模型功能

現代化煤礦供電系統整定計算軟件開發了一個功能完善、簡單易用的圖形建模環境，便于煤礦技術人員方便、快速地繪制煤礦供電系統所需要的各種元件，建立電網模型，所建電網模型具備分層分區功能。電網圖形可以分為主網圖和站內圖兩個層次，查看方便，易于維護；還可以查看一次接線圖、序網圖、配置圖，能夠更加直觀地進行計算、整定等功能。

圖形連接采用熱點功能，該連接方式不僅不易出錯，而且更直觀、更方便快速。設備描述及其連接關系遵循IEC61970標準的CIM 模型要求，以便于該系統與其它系統的數據共享和數據接口。

圖1 系統功能體系

3.2 故障計算功能

電力系統故障分析采用的數學建模方法為節點阻抗分析法，該算法可實現通用的故障計算功能，是繼電保護整定計算和繼電保護定值校驗的基礎。故障計算功能可以對三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相接地短路等簡單故障類型和多重復故障類型進行分析計算。

3.3 整定計算功能

該系統能夠完成面向原理和面向裝置的整定計算，并在計算中將自動整定和手動整定有機結合。

面向原理的整定主要對線路的相間距離保護、接地距離保護、零序電流保護、變壓器保護等原理型保護定值進行整定，同時輸出計算書面向裝置整定利用專家系統技術，建立各種保護的型號標準庫和整定計算知識庫。內容包括版本號、保護功能類型、定值項、整定原則、計算公式、變量及其關聯等。有了這個將保護裝置的整定計算標準化、規范化的基礎，在進行某種型號保護整定時，就可方便地調用，快速輸出全部定值。而且保護裝置型號的積累實際是一種知識的積累，是以一種信息方式存在，可以維護、繼承，并大大地減少人為出錯的可能，提高整定計算工作的自動化水平，面向裝置整定同時實現計算書和定值單的自動生成。

自動整定過程，系統可以自動搜索保護裝置，按照相應的整定原則進行自動計算、自動出整定結果和整定計算書，供用戶進行整定工作時參考，整個過程不需要人工干預。

手動整定的整定過程既有一定的智能性，也給用戶提供了充分的選擇權利。其智能性體現在系統可以自動查找整定原則、相鄰線路、相鄰線路保護的電氣量定值和時間定值，并自動計算整定結果、自動寫計算書；人工干預的部分包括與哪條相鄰線配合、與其幾段配合、挑選各種方式下的分支系數和最大及最小短路電流等數據以及最后整定結果的修正等，整定完成以后程序提供整定全程的計算書。

3.4 定值單生成和管理功能

（1）定值單生成。首先建立每種保護裝置的定值單模板，模板中確定了定值單格式和項目內容。通過先原理、后裝置的整定過程，其中裝置整定嚴格按照保護裝置中列出的定值項進行整定，整定完成后調用對應的定值單模板，將裝置定值逐項填入定值單模板，生成定值單。只要系統建立了完備的保護型號庫，定值單的生成就可做到一鍵生成。

定值單編號規則可由用戶指定，系統默認為按照時間編號。如果此次整定任務之前已有定值單，則對原定值單內容進行更新，其中的新定值自動轉化為原定值，此次定值成為新定值。

（2）定值狀態管理。定值單可根據廠站、保護對象、編號等條件進行定位查詢，同時，定值單還可以按照待整定、待執行、已執行、已作廢4種狀態進行查詢和管理。

3.5 數據仿真功能

現代化煤礦供電系統整定計算軟件提供仿真功能，系統可以基于網絡模型設置故障點和故障類型后仿真各保護的動作情況，也可以根據實際短路電流仿真。仿真得到的結果在圖形界面上可以直觀地顯示，也可導出文本以供查閱。

3.6 數據管理功能

繼電保護整定會涉及很多原始的數據，通過計算會產生許多輸出數據，如各元件設備參數、保護裝置信息、定值和故障計算數據等數據系統通過仔細歸類，設計了數據庫表單對數據進行分類存取，按照資源樹方式進行查詢，對數據信息進行了高效管理，保證了數據量準確和方便地使用。

4 總結

現代化煤礦供電系統整定計算軟件采用可視化技術和面向對象程序設計方法，便于操作、查閱和修改，有一個良好的人機交互界面，專門為現代化煤礦供電系統整定計算開發的專業軟件系統。并將煤礦整定計算技術人員從繁重的手動計算中解放出來，節省了大量的計算時間，大大減少了人為錯誤，提高了煤礦繼電保護整定計算管理水平，確保了煤礦供電系統的安全運行，具有很高的實際應用價值，值得廣泛推廣使用。

［1］ 王正剛，嚴志敬，李昆鵬.電能計量裝置電壓缺相導致計量誤差的分析 ［J］.中國煤炭，2008 （9）

［2］ 李昆鵬.礦井35kV變電站轉角變壓器的應用 ［J］.中國煤炭，2009 （7）