配电网继电保护图形化整定管理软件的构建与应用

2011-04-12温兴文鲁利枝

电力与能源 2011年2期

吴贇,温兴文,刁昶,鲁利枝,李丽

(1.上海市电力公司奉贤供电公司,上海 201400;2.北京中恒博瑞数字电力科技有限公司,北京 100085)

0 引言

上海电网担负着为国际化大都市提供安全、稳定、优质、可靠电能的神圣使命。随着电力系统的快速发展,配电网的规模正在不断扩大,接线方式和运行方式日趋复杂,继电保护整定工作也越来越繁重,目前还在采用的手工整定方式,不仅工作量大繁琐,并且容易产生人为误差。

配电网继电保护整定的研发目的,就是使继电保护工作人员从繁琐的手工计算中解放出来,从而提高整定工作的效率和整定计算的正确性。

目前,较为成熟的继电保护整定软件,大多用于110 kV及以上的高压电力系统,还不能很好地适应电压等级较低的低压配电网[1-2]。因此,从电网继电保护工作的实际需要出发,研究设计适合配电网继电保护的图形化整定管理软件,十分迫切和具有重要的现实意义。与生产管理系统(PMS)相结合的电网整定计算软件系统,已在奉贤供电公司应用,并取得了显著成果。

1 与PMS结合的系统设计

目前奉贤电网运行的多种电力软件系统,还存在着系统间的数据不能进行交互等问题,如果在软件设计上采用传统的整定计算模式,势必浪费已有资源,进行重复建模和生成拓扑。于是,设计将整定软件与奉贤电网使用的PMS相结合,通过两者的数据交互,开发了1套能够充分利用资源、节省劳力并且能够很好地完成传统整定计算功能的整定软件系统。

1)权限分配系统设置从PM S中登录整定系统,登录人的电网整定功能权限在PMS中设置,整定系统通过调用PM S用户信息,获取登录人的信息及其权限。

2)系统建模奉贤电网现有的PMS,数据库中存放着大量电力设备的模型和拓扑关系,其数据的可重复利用性很强,基于此,继电保护故障分析整定管理及仿真系统,提供了基于 IEC 61970标准[3]的CIM模型的数据导入功能,可以将符合此标准的数据,无缝结合到整定计算系统中。除此之外,对于PMS中不符合IEC 61970标准,但整定计算系统中需要的数据,系统采用了数据直连的方式进行交互。

3)功能模块设计 ①图形绘制模块。系统只考虑对110 kV及以上的图形由整定系统单独绘制以及维护。而对35 kV及10 kV整定计算模型整定系统不进行图形建模,只采用台账录入模式。其中,两系统间的设备台账索引,对照采用人工方式手动关联。②参数输入模块。短路计算或整定计算需要用到的各个设备参数,如果已经在PMS台账中存在的设备,由PMS提供相应的接口,供电网整定计算系统调用;新设备的整定,参数的输入也由PMS实现,再由电网整定计算系统在计算时调用。

4)数据存储系统设计在公共数据交互区表空间内,创建公共数据交互表,以实现在两个系统之间的数据交互。公共数据交互表包括:工作联系单设备参数表、定值单数据交互表、设备台账索引对照表。计算定值单和计算稿在提交流程后保存至公共数据交互表中。PM S根据设备台账索引对照表的检索关系对数据在线进行检索和查询应用。

2 系统功能

2.1 系统建模

2.1.1 图形建模

系统对110 kV及以上的图形支持图形化建模。图形中的图元对应着电网中实际设备,图元属性的录入就实现了设备的参数录入。图元对象封装了图形属性和电气属性,而电气属性则定义了完整的字段描述。在此基础上进行建模,图形建模包括电网的网络拓扑关系、电气元件的原始参数及标幺参数和保护功能的配置[5]。

网络的物理模型建立后,图形不仅具有分区分层显示功能,还可以按照电网的层次结构和区域结构建立电网资源树。电网资源树与电网图形动态连接,实现资源树导航、定位功能等,其特点是操作智能、界面友好,为用户提供了简单实用的建模平台。

2.1.2 台账建模

短路计算或整定计算需要用到的各设备参数,已经在PMS台账中存在的设备,GRS系统直接从数据库获取相关设备参数;新设备的整定,在工作联系单中附加新设备的参数,通过PM S实现,系统从工作联系单中提取相关设备参数,完成设备建模。两系统间的设备台账索引对照,采用人工方式手动关联。

2.1.3 参数输入维护

系统可查询、输入、修改整定计算所涉及的所有设备参数。可直接输入或根据有关PMS系统数据获得故障计算和整定计算所需的各种电气元件的正负、零序标幺值与有名值数据,包括发电机、外部等效系统、线路、两绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器、电抗器、分裂电抗器、电容器、所用变压器、接地变压器和电动机。

统一基准下的设备标幺参数,可根据标准型号库数据理论计算和实测数据计算互相印证校验,确保设备数据的正确性。

2.1.4 保护配置管理

保护配置分为保护装置的配置、保护功能的配置以及二次设备参数的配置。

1)可将建立的某种型号的保护装置,配置到被保护对象,并可在图形上显示线路、主变及母线的保护配置情况。

2)可将与保护装置型号无关的,由保护原理决定的保护类型,如阶段式距离保护、阶段式零序电流保护功能配置到被保护对象,并可在图形上显示保护定值。同时,还可根据功能设置,选择电流互感器(TA)变比以及是否显示灵敏系数。

3)可配置对应设备的 TA和电压互感器(TV)变比。

2.2 故障分析

2.2.1 故障分析算法

电力系统故障分析、故障计算是继电保护整定计算和继电保护定值校验的基础[4]。基于PMS数据的电网整定计算软件系统对算法进行了优化,大多数情况下采用了成熟的节点阻抗法进行计算,个别情况应用节点导纳法并辅之以稀疏法[5]。

在此基础上使用网络分块计算算法,将大网络分割成若干个较小子网络,然后分别求解每个小网络在边界的等值网,利用研究区域模型、分割支路以及其他区域的等值,得到反映全网的降阶的数学模型来研究。由此,大大提高了系统的计算速度,建立起1个通用而且功能强大的故障分析平台。

故障分析平台的通用性,体现在以下几个方面:

1)自适应任意多回线路间,存在零序互感情况。

2)任意网络连接情况的故障计算。

3)节点等值计算。

4)标准化输出。

5)故障分析,包括测量阻抗计算和分支系数计算。

6)故障信息按步长输出。

2.2.2 故障分析功能

故障计算模块主要完成各种简单、复杂的纵向和横向故障计算,能够计算线路上任意点故障。经过渡电阻发生的故障,能输出任意支路的故障电流、电压,且故障计算对电网规模和运行方式不受限制。

故障计算功能体系如图1所示。

2.3 整定计算

依据电力部颁等整定规程和奉贤电网的特殊情况,整定计算功能包含面向原理和面向装置两个环节。原理定值是指根据一般性保护原理来整定的,与保护型号无关。原理保护分为线路原理保护和变压器原理保护。装置整定在原理级定值计算结果基础上,根据图形建模时配置的保护型号、TA变比和保护装置型号库中的定单模版,直接形成定值单。

图1 故障计算功能体系

整定计算功能体系如图2所示。

图2 整定计算功能体系

整定计算流程通过5个基本步骤来完成,即整定设置→划定整定范围→自动/手动整定计算→定值调整→形成整定方案和定值通知单。

2.4 数据管理

整定计算涉及到许多数据,概括为输入数据、中间数据、输出数据,例如:电力系统的一次系统的结构参数和元件参数、二次系统的配置参数和装置参数、故障分析数据、装置及定值数据、计算书及定值单数据等。与PMS结合的电网整定计算软件系统,将这些数据通过仔细地分析归类,并参照《Q/GDW 216—2008电网运行数据交换规范》,设计了大量的数据库表单进行存取。

电网整定计算软件系统采用资源方式树进行查询,对数据进行高效、有序地管理[6]。同时,为用户提供1个了解、打印所有参数的视图窗口。通过这个窗口按表格显示所有的数据,数据量较全,使用方便。

数据管理流程如图3所示。