發電廠短路電流及繼電保護整定計算系統

劉海一 李春娜

【摘 要】當發電廠系統出現故障時，繼電保護設備可及時檢測到異常運行情況或安全性的故障，既可短時間內發出報警信號，也可迅速切除故障。不過，人工計算繼電保護定值雖然可信度高，但計算工作量十分繁瑣，隨著科學技術的快速發展，這顯然難以適應時代的發展。所以，為了預防事故的發生以及減輕人工的工作壓力，新開發的電廠短路電流及繼電保護整定計算系統以其安全性、全面性、高效性被普遍應用。

【關鍵詞】發電廠;短路電流;繼電保護;整定計算系統

前言

繼電保護整定計算是發電廠運行的基礎工作之一，事關電廠的安全穩定運行。發電廠繼電保護裝置種類繁多、計算工作量大，從短路電流計算到整定直至定值單生成核對，這一流程中環節眾多、細節繁瑣，需要整定計算人員具備優良的專業素養及豐富的專業經驗。將整定計算人員從繁瑣的手工計算工作中解放出來、保證整定計算的可靠性、提高工作效率就成為發電廠整定計算系統的研發目標。

1、發電廠繼電保護整定計算工作概述

發電廠繼電保護裝置種類復雜多樣、整定計算工作量大，這要求計算工作人員要有較強的專業知識和相對成熟的實踐經驗。首先，大部分發電廠繼電保護整定計算工作尚處在人工手算的階段。對發電廠繼電保護整定計算系統的開發，將提供不少便利，有著非常重要的實用性。其次，基于繼電保護對發電設備故障的多種功能，如切斷、報警、隔離、檢測。在設計發電廠短路電流及繼電保護整定計算系統時，應考慮繼電保護運作的基本要求。通過繼電保護的要求包括：（1）針對性。即整定計算系統必做是針對某一種故障產生的反應，這才能體現繼電保護的功能特點;（2）時效性，發電廠設備故障對電能生產系統的破壞力比較大，這就要求整定計算工作快速運作，計算效率高;（3）穩定性。繼電保護裝置是發電廠發揮作用的核心指標，這就要求系統運作要穩定、可靠，才能保證繼電保護裝置的穩定性和安全性。

2、系統架構

眾所周知，不同的電廠配置存在一定的差異，其保護裝置也都不一樣。如果只是根據某一個電廠的配置保護進行整定，將具有一定的片面性，導致所開發的軟件只適用于個別電廠。這樣使得軟件擁有較差的通用性，從而提高了軟件開發的成本。所以，設計軟件時應當給予重視，設計一種能讓普遍發電廠都能使用的計算系統。為了改善這一狀況，確保系統具有很好的通用性與擴充性，設計者在設計系統時應當加強系統的模塊化與可視化。可視化指的是將抽象難理解的原理通過文字圖像顯現出來。這一措施使用戶能夠非常容易理解，并且可視化的特點能夠使用戶全程參與，提高了整定結果的精確度。而模塊化指的是將系統的內容設計成可擴充方式，用戶可以根據需要增加更多的保護整定模塊。這兩方面的特點能夠更好地幫助用戶使用繼電保護整定計算系統，簡單易上手，安全性高，并且通用于大部分電廠，降低開發成本。

3、系統功能

發電廠短路電流及繼電保護整定計算系統以其可視化與模塊化的優點普遍被電廠使用。系統主要是由圖形建模、故障計算、元件保護整定和數據管理這四部分組成。筆者將通過介紹這四部分內容，詳細分析該系統。

3.1圖形建模模塊

圖形建模指的是通過專業的繪圖工具將發電廠的系統結構繪制出來，然后為每一個真實的設備繪制一個對應的圖形，計算機通過輸入的電力網絡拓撲和網絡參數自動識別網絡結構，并且建立對應的網絡教學模型。圖形建模能夠更加清晰直觀地看到故障計算機，為保護整定計算打下一定基礎。

工作過程具體如下：

（1）讀取電廠中電氣主接線以及系統圖形文件（圖形文件需采用DWG的格式，如果是其他文件可以通過轉換插件進行轉換）。通常來說，主接線圖和系統圖都選用設計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辨識的準確性，還減少文件識別后因內容不完整而進行修改的工作量;

（2）數據處理。在這一階段，將圖形與文字的數據進行分離，并安排好圖形與文字之間的位置關系;

（3）對基本圖形進行辨識。系統將對一些如圓、直線、弧線等基本圖形進行辨析;

（4）將元件與預先設計的電氣設備圖形符號進行匹配，繪制出電氣接線圖或者廠用系統圖;

（5）根據對應的符號，設置相應的參數;

（6）形成計算模型;

（7）工作人員檢查建立的計算模型，修改不正確的地方。

3.2故障計算模塊

故障計算模塊主要針對發電廠內的主設備引出端出現各種故障時，模塊能夠通過計算模型完成短路電流的計算。故障計算模塊的運行方式一般可以進行設置，并且能夠計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：

（1）針對不同的故障設置人機對話接口;

（2）對于不對稱故障自動生成序網圖;

（3）在遇到故障時，系統通過故障計算模塊能夠自動分析故障發生的原因;

（4）對于故障計算模塊分析出的故障結果，可以進行多種方式輸出，如可以以表格的形式，也可以只輸出單個計算量。

3.3整定計算模塊

所謂保護整定過程，指的是獲得整定原則中所涉及到的數據。整定計算模塊包含的保護配置、裝置設定、整定計算機定值單輸出部分是整定系統的核心。

（1）因為當前不同電廠的設備不同、原理不同，所以保護配置用戶可以根據具體情況選擇保護工具;

（2）對于裝置設定，用戶需要根據時間經驗來決定參數的設置。用戶提供一個參數范圍，系統程序自動篩選填入合適的設備參數;

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

3.4系統數據管理模塊

系統數據管理模塊極大方便了用戶對數據的管理。用戶可以針對設備參數、故障計算等數據進行管理。同時，數據管理模塊還為用戶提供了數據查詢、打印、備份和刪除等功能，為整個系統的相關數據存儲、檢索等管理工作提供了很大方便。

4、系統功能的優點

4.1便捷性

與人工計算相比，繼電保護整定計算系統更加有效率、更加可靠，用戶可以很方便計算出結果。同時，該系統將人工與計算的優點相結合，大大縮短了開發周期，降低了人工勞動的強度。

4.2準確度高

因為計算結果是在用戶參與下進行的，且數據管理模塊使得用戶對數據的輸出與分析更加方便，所以計算結果更加準確。

4.3通用性廣

因為該軟件不是針對特殊的電廠設計，所以擁有極強的通行性，從而降低了軟件因不同電廠而要進行不同開發的成本。此外，模塊化的特點使得用戶可以根據自己需要自行添加模塊，解決了特殊用戶的特殊需求。

4.4維護性強

軟件可視化的設計思路，使得用戶能夠直觀了解系統各部分的運作情況，為維護打下一定的基礎。同時，故障計算模塊、整定計算模塊，都加強了軟件的可維護性。

5、結語

綜上所述，發電廠短路電流及繼電保護整定計算系統的開發，除了考慮系統的通用性和可視性，還要考慮其干擾因素，這才能更好的維護發電廠的穩定、安全、可靠運行。此外，本文設置的系統雖然方便用戶引入大量的整定經驗，但在一定程度上約束了系統的自動化程度。所以，建議發電廠在條件允許下，充分發揮計算機網絡平臺，在電力系統中廣泛應用模糊邏輯、進行規劃、神經網絡、遺傳算法等人工智能技術，以創建與時俱進的智能化網絡控制系統，引導繼電保護裝置正常的運作。

參考文獻：

[1]夏成軍，謝奕，邱桂華.可視化地鐵供配電系統繼電保護整定軟件的開發，電力系統保護與控制，2011，5：116-120.

[2]郝文斌，洪行旅.智能電網地區繼電保護定值整定系統關鍵技術研究[J].電力系統保護與控制，2011，2：80-82，87.

（作者單位：內蒙古錫林郭勒白音華煤電有限責任公司赤峰新城熱電公司）