工礦企業供電系統繼電保護定值管理系統的開發應用

邱四偉 顧克志

（陜西未來能源化工有限公司）

1 企業目前繼電保護定值管理現狀

定值計算基本由人工完成，定值管理人員根據設備參數，計算規則及個人經驗進行計算，由于大型企業設備類型多數量多，工作量大，人為失誤很難避免。

定值計算人員業務素質參差不齊，保護的配置方式、定值計算的準確度、受個人影響較大。

當電網系統阻抗發生較大變化時，需對全廠設備進行重新核算。由于計算工作量非常大，很難做到及時核算、更新。好多企業依據設計部門或供電部門提供的定值進行整定，多年未進行過核算。

保護配置不直觀，其他人員很難發現保護配置存在的問題。由于保護配置及定值計算僅為書面資料，其他人員對供電系統短路電流水平、保護配置沒有整體的概念，所以很難發現問題。

2 繼電保護定值管理系統發展現狀

繼電保護定值管理系統擔負著定值的計算與整定、短路故障的計算、事故狀態的模擬等功能，做好定值的計算，確保保護裝置準確及時動作，對于保證電網的安全運行具有十分重要的意義。隨著計算機技術的發展，目前市場上出現了許多針對國家電網的繼電保護定值管理軟件，功能非常強大，除滿足正常的定值管理功能外，其在線功能比較強大，例如潮流計算功能、定值調整功能，在線校驗功能等。由于功能強大，所以成本較高，一般為數十萬至百萬元之間。而工礦企業電網結構相對簡單，運行方式變化不大，開發一套實用性強、成本低的定值保護管理系統十分必要。

3 企業繼電保護定值管理系統軟件設計

工礦企業由于生產工藝不同所以對供電的連續性、可靠性、供電質量要求不同，對于一級、二級或特別重要負荷，一般要求供電的連續性、可靠性要求較高。繼電保護管理系統除滿足繼電保護裝置的選擇性、靈敏性、可靠性基本要求外，應最大限度保證供電的連續性、可靠性，盡量減少對一次保護裝置的影響。為此，繼電保護管理系統設計時應強調系統的實用性，弱化在線運行功能，同時，為適合不同用戶的功能需求，便于系統的擴展，系統采用模塊化設計，各功能模塊相互獨立，又相互協作。主要功能包括：短路故障計算、定值計算整定、定值在線校驗、圖形建模顯示、潮流計算分析、保護定值調整，其中潮流計算分析、保護定值調整由于企業電網結構相對簡單，且運行方式變化不大，以上兩個模塊實用性不強。短路故障計算、定值計算整定、定值在線校驗、圖形建模顯示是該系統的核心。軟件的結構見圖1。

圖1 軟件結構簡圖

3.1 短路故障計算

短路故障計算是軟件的主要功能模塊，它根據供電系統一次系統拓撲結構圖，通過調用數據庫設備參數基本數據，對短路參數進行計算，計算結果存入數據庫，為其他模塊提供數據支持。具有以下功能：①短路阻抗計算功能，軟件根據設備參數計算出線路、變壓器、電動機等設備阻抗值，再根據一次邏輯系統圖，計算出系統不同運行方式下的等效短路阻抗值。②短路電流計算功能。可計算各種類型的故障，包括系統三相短路、兩相短路、單相接地短路等，計算出各短路點的正序、負序及零序參數。③故障點可選在線路的任意節點處。可根據保護定值整定需要，對任意節點進行短路參數計算。

3.2 定值計算整定

定值計算整定是軟件的核心模塊，它能完成供電系統所有元器件及各節點的保護定值的計算和整定。模塊根據繼電保護整定規程及整定人員實際工作經驗對供電系統各回路進行保護定值計算，整定結果存入數據庫。該模塊具有以下功能：①對供電系統內各保護對象進行保護定值計算，依據線路、變壓器、電動機等各設備保護特點進行定值計算，滿足設備各種保護的計算要求。②具有運行方式的自適應功能，根據各開關狀態計算出供電系統的最大和最小運行方式及其他非正常運行方式，計算出各設備的保護定值。③定值自動整定功能，系統根據電網不同的運行方式自動計算出保護定值，進行校驗后根據需要決定是否變更定值，此功能建議人工干預，以保證系統穩定。

3.3 定值在線校驗

在線校驗主要功能：①對各保護定值的選擇性、速動性和靈敏性進行校驗。由于供電系統運行方式的變化可能引起保護定值變化較大，原保護定值不能滿足保護要求，此時應進行報警。②保護裝置定值與后臺數據進行在線對比，當發現數據不一致時，提示人工干預。該功能模塊數據量大，建議采用人工啟動方式，以減少系統數據負荷。

3.4 圖形建模顯示

依據供電結構一次系統圖，利用圖形建模模塊提供的編輯工具進行電網結構編輯，并顯示在電腦界面，各元件的參數、運行狀態一目了然。主要功能：①提供多種編輯工具，具有線段、符號、元器件及塊結構的復制、粘貼、剪切、刪除和移動等操作功能，可以方便對一次系統圖進行建模。②數據庫自動擴展功能，數據庫可隨電網拓撲結構擴展而自動擴展，必要時人為進行數據修正。③與故障計算模塊進行數據共享，及時顯示各短路點的短路參數。

3.5 數據庫管理模塊

數據庫管理模塊與故障計算模塊、整定計算模塊、在線校驗模塊、圖形模塊一起構成完成的軟件結構，主要功能為：①為軟件計算提供基礎數據，包括一次供電系統中所有各元器參數。②保存、存貯其他模塊計算結果，為服務對象提供數據支持。

3.6 軟件工作流程

圖形建模顯示根據設備參數和電網一次系統圖建立拓撲結構并存入數據庫，為其他模塊提供數據支持。故障計算模塊根據運行數據及設備參數進行短路參數計算，整定計算模塊和在線校驗模塊利用故障計算模塊計算結果對各保護點進行定值計算和在線校驗，并結合保護裝置對應的定值模板，生成定值通知單。工作流程見圖2。

圖2 軟件工作流程圖

4 產品主要功能展示

繼電保護定值管理軟件采用 SVG 格式對一次供電系統阻抗圖進行全面展示，所有節點短路電流水平關聯數據庫實時顯示，所有變壓器、電動機、開關元器件參數可與數據庫實現動態關聯、及時更新，所有設備保護定值實現自動計算，均以定值單形式隨時調取。主要功能包括：短路電流計算功能、定值自動計算及定值單自動生成功能、定值單調取導出功能、一次系統顯示及便捷擴展功能。

4.1 短路計算功能

短路電流計算功能，軟件根據使用需要選擇合適的短路點計算出最大、最小運行方式下的三相和兩相短路時的正序、負序、零序電流值，實時顯示在SCADA頁面內，同時各元件阻抗也顯示在SCADA頁面上，使系統短路水平一目了然。當供電系統阻抗發生變化時，僅需修改系統阻抗參數，企業短路狀態水平會自動進行計算并更新。

4.2 系統定值計算功能

軟件根據設備預設的計算規則進行保護定值計算，計算規則可人工進行干預，生成的定值單存入定值庫，可備其他模塊調用。SCADA界面顯示有定值鏈接按鈕，可以方便顯示設備定值。當設備參數發生變化時，只需修改相應設備參數，保護定值單自動校正。當靈敏度、選擇性不滿足要求時，系統會自動報警提示人工干預。

4.3 定值單的調取導出功能

對應一次設備圖，定值單調取按鈕顯示在SCADA主畫面上，調取定值十分方便。當需要導出定值單時，可根據提示選擇WROD或PDF模式，自動導出。亦可在定值庫中輸入設備名稱或位號直接調取設備定值單。

4.4 一次系統便捷擴展功能

當設備增加或改變時，僅需在阻抗圖上進行編輯后，后臺數據庫自動關聯增加，然后對設備參數進行修改后，即可完成系統擴展。當設備減少或發生變動時，僅需在阻抗圖上進行刪除或修改，數據庫會關聯變動。 當新建子站時，可根據新建變電所系統圖預設阻抗值，模擬出系統阻抗圖，從而計算出各回路的短路電流水平，為設備選型提供真實依據。

5 結束語

企業繼電保護定值管理系統實用性強、成本低，由于弱化了系統的在線運行功能，所以對硬件要求不高，同時減少了對系統的干擾，提高了供電系統的可靠性。該軟件的推廣對于規范繼電保護定值管理，減輕管理人員工作強度，減少人為失誤，提升繼電保護定值的運行管理水平具有十分重要的意義。