【文章內(nèi)容簡介】 助元件在保護構(gòu)成中，按作用分為以下三種 [8]：①判別作用。為了保護的選擇性而裝設(shè)的。如方向過流保護中的方向元件。②閉鎖作用。為了防止正常負荷下的誤動而裝設(shè)的。如母差保護中的電壓閉鎖元件。③起動作用。為了在故障情況下，將整套保護起動起來進行工作而裝設(shè)的。 目前微機保護裝置反映的是離散化的數(shù)字量，以上功能均由軟件實現(xiàn)。雖然，微機保護裝置中各元件的意義與過去不盡相同，但它們所起的 作用卻無本質(zhì)上的區(qū)別。繼電保護整定計算人員必須認真分析各功能塊的動作特性，各功能塊之間的邏輯關(guān)系，并結(jié)合被保護設(shè)備的故障特征來綜合進行考慮，確定保護裝置內(nèi)部各功能塊之間的配合關(guān)系，并以整定值的形式將配合關(guān)系實現(xiàn)。 （ 2）裝置之間的協(xié)調(diào)配合關(guān)系。這也就是我們一般意義上的繼電保護整定計算需要做的工作。通過短路電流計算，將某一保護裝置與相鄰的保護裝置在靈敏度與動作時間兩方面相配合，從而保證選擇性。即當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障線路的保護必須比上一級相鄰線路更靈敏，動作更快，兩者缺一不可。若要提高靈敏度就要延長動作時 間；若要提高動作速度就要限制其靈敏度，這實際上是在遵循反時限的原則。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，特別是現(xiàn)代超高壓電網(wǎng)要求保護裝置不但要做到不“誤動”更要做到不“拒動”。要達到繼電保護“四性”的要求，不應(yīng)由一套保護來完成的。就一套保護而言，它并不能完全具備“四性”的要求，而必須由一個保護系統(tǒng)來完成。我們在進行整定計算時，必須樹立“系統(tǒng)保護”的概念，多角度、全過程地考慮各個功能塊之間的配合關(guān)系。 （三）保護方案的準確表述。這其中除了包括編制整定計算方案和給出繼電保護定值，還有一項就是編制運行規(guī)定。整定計算工作者往往 十分重視前兩項工作，而忽視編制運行規(guī)定。需知，用準確的語言告訴運行人員某個保護功能塊在什么情況下用，做什么用，這也是十分重要的。編制繼電保護整定計算方案及給出保護定值并不是整定計算工作的最終目的，整定計算工作的最終目的在于通過保護定值使得繼電保護裝置在系統(tǒng)故障或異常狀態(tài)下能按預(yù)定的行為進行動作，從而保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運行、將被保護設(shè)備的損害降至最低以及縮小停電范圍。 整定計算的具體任務(wù)： (1)繪制電力系統(tǒng)接線圖。 (2)繪制電力系統(tǒng)阻抗圖。 (3)建立電力系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)表。 (4)建立電流、電壓互感器參數(shù)表。 (5)確定繼電保護整定需要滿足的電力系統(tǒng)規(guī)模及運行方式變化限度。 (6)電力系統(tǒng)各點短路計算結(jié)果列表。 (7)建立各種繼電保護整定計算表。 8 (8)按繼電保護功能分類，分別繪制出整定值。 (9)編寫整定方案報告書，著重說明整定原則、結(jié)果評價、存在的問題及采取的對策等。 目前，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的日益擴大和繼電保護技術(shù)的迅速發(fā)展，繼電保護工作越來越復(fù)雜。系統(tǒng)運行方式的改變、設(shè)備檢修、新設(shè)備的投運等，都會引起保護配置和定值的改變。數(shù)據(jù)量龐大且維護工作枯燥、復(fù)雜、容易出錯。這些都使繼電保護整定值的計算與配合的工作量增 多，復(fù)雜程度也大大提高，傳統(tǒng)的手工整定方法無法滿足當前電力系統(tǒng)的需求。因而采用先進的計算工具，對于提高整定計算的速率及效率，保證計算結(jié)果的準確性和解除整定計算人員繁重的勞動具有重要意義。 繼電保護整定計算軟件的分析 隨著整定計算技術(shù)研究的深入 ,整定系統(tǒng)的功能逐漸豐富起來。早期的系統(tǒng)往往只強調(diào)整定計算階段而缺少其它環(huán)節(jié) ,目前的整定計算一般都是一體化的系統(tǒng) ,通常包括電網(wǎng)圖形的繪制、設(shè)備參數(shù)和保護配置的錄入與管理、故障計算、整定計算、保護定值通知單的生成與管理等功能。 （ 1） 提供定值校正功能 整定計算結(jié)果是 否正確除靈敏度校驗外 ,主要依靠校核人員進行人工校核。雖然也有軟件提出用保護定值動作仿真功能對保護定值進行檢驗 ,但這種檢驗并不徹底。因為這種仿真需要用戶設(shè)置故障條件 (尤其是故障位置 ) ,也就是只能對定值在某種故障情況下的動作正確性進行檢驗 ,而沒法顯式地給出保護定值間是否存在失配的情況。 定值校正可作為整定計算結(jié)果的校驗工具 ,檢驗整定結(jié)果在某些整定計算中沒有考慮到的特殊運行方式下是否適合 ,并對定值進行調(diào)整或糾正 。而且特別適合于新建或擴建電網(wǎng)時校核原電網(wǎng)設(shè)備上所安裝的保護定值是否仍然合適 ,若不合適則進行相應(yīng)調(diào)整。 定值校正的不足之處是一次只能針對一種運行方式進行 ,但這正是其實現(xiàn)容易的原因。 （ 2） 進行交互設(shè)計保證系統(tǒng)的可用性 [9] 直接影響用戶使用的就是交互設(shè)計，用戶與軟件是通過界面來傳遞彼此的信息 ,因此交互設(shè)計很容易被誤認為是界面設(shè)計 ,而實質(zhì)上界面設(shè)計只是交互設(shè)計的最后一步。因為界面設(shè)計只是打扮界面 ,界面上要傳遞的信息都已確定 。而交互設(shè)計首先需要進行概念設(shè)計 ,提煉出對用戶有價值的東西 ,然后用行為設(shè)計表達軟件各元素如何動作和通信以實現(xiàn)概念設(shè)計 ,最后才是界面設(shè)計 ,用界面布置達到行為設(shè)計的要求。 整定軟件通過交互設(shè)計 ,不 僅使軟件易學(xué)易用 ,而且提高了智能水平。整定軟件不是人工手算和管理過程的簡單復(fù)制 ,而是應(yīng)該對過程進行分析、抽象和重新設(shè)計。如整定計算過程 ,盡管用戶可以參與 ,但不應(yīng)把所有要思考的問題都推給用戶 ,而應(yīng)根據(jù)具體情況合理縮小用戶參與的工作量 ,甚至在可能的情況下可以不需要用戶參與。軟件的智能水平還包括對用戶要考慮的一些問題 ,能自動地提供問題解決范圍 ,幫助用戶思考和決策。 整定計算系統(tǒng)通用性和實用性研究 線路保護整定計算系統(tǒng)存在的問題 線路保護整定計算是電力系統(tǒng)繼電保護整定計算工作中最復(fù)雜、考慮因素最多、 耗費時間最長的整定計算工作之一。廣大科研人員相繼推出了一批繼電保護 9 整定計算系統(tǒng) ， 以減輕工作人員負擔 ， 提高工作效率。但仍存在一些不完善的地方 [10]： 。目前的線路保護整定計算通常只完成了線路零序電流保護、相間距離保護和接地距離保護的整定計算。線路保護裝置中其他整定項目的整定 ， 如啟動量、控制字等 ， 仍然需要用戶通過一定的計算工具完成 ； 整定結(jié)果仍然需要用戶手工輸入到定值通知單中 ； 通知單已經(jīng)執(zhí)行的線路保護新定值仍然需要用戶手工錄入到線路保護整定計算軟件中 ， 作為保護的當前運行 定值。這種工作模式需要用戶進行大量的手工轉(zhuǎn)換工作 ， 加重了整定計算人員的工作負擔。 、相間距離保護、接地距離保護的整定中 ， 沒有考慮實際線路保護裝置中這些保護的配置情況。隨著微機保護的發(fā)展和國外保護的引進 ，許多線路保護裝置都配置了兩段式零序保護、反時限零序保護、四段式距離保護等比較特殊的保護。而目前大多數(shù)線路保護整定計算只考慮了 ⅰ 段式零序電流保護、 203。 段式相間距離保護和接地距離保護這些常規(guī)固定段式保護的整定 ， 沒有考慮實際線路保護裝置中保護配置的特殊情況 ， 所得整定配合結(jié)果是不正確、不合理的。 整定計算系統(tǒng)通用性和實用性 考慮到發(fā)電廠設(shè)備保護配置的復(fù)雜性，不同的廠家生產(chǎn)的保護裝置其整定過程存在差異性以及整定過程中需要用戶的經(jīng)驗等現(xiàn)狀，設(shè)計出一種具有良好通用性和實用性的電廠繼保整定計算系統(tǒng)才能滿足實際要求。 （一）通用性研究 具有通用性的繼電保護整定計算系統(tǒng)應(yīng)該能適應(yīng)不同的電廠結(jié)構(gòu)，適應(yīng)不同電氣設(shè)備配置的不同保護，適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)和測量原理的保護裝置，適應(yīng)不同用戶的特殊情況等。要滿足這些要求，需要解決： （ 1） 允許用戶自行確定運行方式。 （ 2） 管理各類不同保護裝置的定值，以及計算這些定值所需要的 各種數(shù)據(jù)。 （ 3） 按規(guī)程規(guī)定的一般要求、電廠主接線的實際情況和保護裝置的類型計算保護定值。 （二）實用性研究 一個實用的繼電保護整定計算軟件，除了需要解決上面提到的通用性問題外，還要考慮以下幾個方面的問題。 （ 1） 具有處理繼電保護整定計算整個過程中全部工作的能力。繼電保護整定計算工作室一個復(fù)雜的過程，其包括多個環(huán)節(jié)，一般有一次系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集和管理、一次系統(tǒng)數(shù)據(jù)的再處理、故障計算分析、保護配合計算、保護配置和保護裝置特性數(shù)據(jù)的管理、保護裝置定值計算、定值管理和傳送等。如果只有或缺少某一環(huán)節(jié)，將使 程序的實用性受到很大影響。 （ 2） 要保證數(shù)據(jù)的一致性、繼承性和安全性。繼電保護整定計算涉及到多種數(shù)據(jù)，如一次系統(tǒng)數(shù)據(jù)、保護配置數(shù)據(jù)、保護定值數(shù)據(jù)等，各類數(shù)據(jù)之間既有聯(lián)系又各不相同。這些數(shù)據(jù)的安全性、各數(shù)據(jù)之間的一致性，前、后數(shù)據(jù)的繼承性問題，都是實用性要考慮的重點。 （ 3） 要偶一個方便、直觀、協(xié)調(diào)一致的用戶操作環(huán)境。繼電保護整定計算程序一般由多個模塊組成，因此要考慮各模塊之間的協(xié)調(diào)運行，盡量減少用戶界面，在主界面上應(yīng)可以調(diào)用其他功能模塊，盡可能采用內(nèi)嵌模塊的方式，保持所有界面的顯示、操作風格一致，使其 具有較強的整體感。在適當?shù)牡胤讲捎脠D形界面， 10 使用戶界面更直觀、更清晰。 （ 4） 另外還要考慮對運行環(huán)境的要求、可維護性和個性化問題等。 3 系統(tǒng)總體設(shè)計 為了提高整定計算工作的效率 ， 提高整定計算結(jié)果的正確性和合理性 ， 有必要研制新的線路保護整定計算系統(tǒng) ， 實現(xiàn)線路保護、整定計算等全過程的自動化 ，從根本上將整定計算人員從繁雜的計算工作中解放出來。本文提出了電力系統(tǒng)線路保護整定計算一體化系統(tǒng)的研制構(gòu)想 ， 詳細闡述了該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和功能劃分 ， 并對其中存在的一些問題進行了討論。 在設(shè)計系統(tǒng)時，特別強調(diào)了系統(tǒng)模塊化特點和可 視化特點。模塊化特點使得系統(tǒng)的內(nèi)容易于擴充，系統(tǒng)提供盡可能多的保護整定模塊以滿足大多數(shù)電廠用戶的需要?？梢暬奶攸c，就是將抽象的原理以圖形、文字等直觀易懂的方式表示出來，它不僅方便用戶理解保護的整定原理，而且整定原則是依據(jù)《大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導(dǎo)則》，可以確保整定過程的正確性。同時整定過程是在用戶參與下完成的，增加了整定結(jié)果的可信度 [11]。該系統(tǒng)提供一個開放的平臺，用戶可利用這個平臺去進行發(fā)電廠的故障分析和設(shè)備的保護整定。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)有五個模塊組成：圖形建模模塊、故障分析模、整定計算模塊、故障 仿真模塊及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)﹙ DBMS﹚模塊 [12]。各模塊又有多個子模塊組成，如下圖所示： 圖 2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖 DBMS 模塊是一個具有中樞作用的模塊，其它各模塊都需要與其進行雙向信息的交互。圖形建模模塊中的各子模塊需要將各種信息如各種元件的原始參數(shù)信息、保護配置的信息等存放于數(shù)據(jù)庫中，當用戶需要查看某些信息時，可以從數(shù)據(jù)庫DBMS 模塊 圖形建模模塊 整定計算模塊 故障仿真模塊 故障分析模塊 參數(shù)輸入 保護選擇 繪制圖形 保護特性仿真 故障仿真 不對稱故障 對稱故障 失磁失步 過流過負荷 差動保護 11 中取出通過人機界面與用戶交流。故障分析模塊需要將短路計算結(jié)果存放在數(shù)據(jù)庫中，而故障分析所需的元件原始參數(shù)需要從數(shù)據(jù)庫中獲得。整 定計算模塊也需要將用戶選定的各種保護的整定計算結(jié)果存放到數(shù)據(jù)庫中，當進行定值輸出的時候再從中讀取。故障仿真模塊在進行仿真時首先需要從數(shù)據(jù)庫中讀取元件的原始參數(shù)，再把仿真后的結(jié)果存放在數(shù)據(jù)庫中，以便為保護的配置、保護定值的靈敏度校驗提供參考。 圖形建模通過操作界面與用戶直接交互信息，除了與數(shù)據(jù)庫管理模塊的聯(lián)系外，與其它各模塊的聯(lián)系也非常緊密。因為每個模塊都需要用戶實際的參與和決策，用戶的決策將通過人機界面反映在整定系統(tǒng)中，最終的參與結(jié)果又將通過人機界面反饋給用戶。用戶可以不斷的通過人機交互設(shè)定所需參數(shù)，直到結(jié) 果滿意為止。 故障分析模塊、整定計算模塊和故障仿真模塊是整定計算系統(tǒng)的最核心的三個部分、故障分析模塊為整定計算模塊提供短路電流的數(shù)據(jù)，故障仿真模塊為整定計算提供保護參數(shù)和靈敏度校驗參考。 系統(tǒng)選用 Window2021 作為開發(fā)平臺，采用 AutoCAD 作為繪圖工具，繪制的圖紙以 AutoCAD 通用接口﹙ DXF 文件﹚格式存儲 [13]，用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法編制接口程序，讀取 AutoCAD 的 DXF 文件，將圖紙在 Visual 編制的圖形編輯環(huán)境下重新繪制，形成以元件為基本單元的圖形數(shù)據(jù)庫?？紤]到發(fā)電廠 設(shè)備整定計算公式具有形式簡單、數(shù)量多、同種保護類型計算公式相同的特點，可將每一種保護定義為一個類，用 XML 編寫整定計算公式，利用 VB 編程從數(shù)據(jù)庫中獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)即可算出整定結(jié)果。由于整定計算中涉及到很多設(shè)備參數(shù)和故障分析、整定計