工矿企业供电系统继电保护定值管理系统的开发应用

邱四伟 顾克志

（陕西未来能源化工有限公司）

1 企业目前继电保护定值管理现状

定值计算基本由人工完成，定值管理人员根据设备参数，计算规则及个人经验进行计算，由于大型企业设备类型多数量多，工作量大，人为失误很难避免。

定值计算人员业务素质参差不齐，保护的配置方式、定值计算的准确度、受个人影响较大。

当电网系统阻抗发生较大变化时，需对全厂设备进行重新核算。由于计算工作量非常大，很难做到及时核算、更新。好多企业依据设计部门或供电部门提供的定值进行整定，多年未进行过核算。

保护配置不直观，其他人员很难发现保护配置存在的问题。由于保护配置及定值计算仅为书面资料，其他人员对供电系统短路电流水平、保护配置没有整体的概念，所以很难发现问题。

2 继电保护定值管理系统发展现状

继电保护定值管理系统担负着定值的计算与整定、短路故障的计算、事故状态的模拟等功能，做好定值的计算，确保保护装置准确及时动作，对于保证电网的安全运行具有十分重要的意义。随着计算机技术的发展，目前市场上出现了许多针对国家电网的继电保护定值管理软件，功能非常强大，除满足正常的定值管理功能外，其在线功能比较强大，例如潮流计算功能、定值调整功能，在线校验功能等。由于功能强大，所以成本较高，一般为数十万至百万元之间。而工矿企业电网结构相对简单，运行方式变化不大，开发一套实用性强、成本低的定值保护管理系统十分必要。

3 企业继电保护定值管理系统软件设计

工矿企业由于生产工艺不同所以对供电的连续性、可靠性、供电质量要求不同，对于一级、二级或特别重要负荷，一般要求供电的连续性、可靠性要求较高。继电保护管理系统除满足继电保护装置的选择性、灵敏性、可靠性基本要求外，应最大限度保证供电的连续性、可靠性，尽量减少对一次保护装置的影响。为此，继电保护管理系统设计时应强调系统的实用性，弱化在线运行功能，同时，为适合不同用户的功能需求，便于系统的扩展，系统采用模块化设计，各功能模块相互独立，又相互协作。主要功能包括：短路故障计算、定值计算整定、定值在线校验、图形建模显示、潮流计算分析、保护定值调整，其中潮流计算分析、保护定值调整由于企业电网结构相对简单，且运行方式变化不大，以上两个模块实用性不强。短路故障计算、定值计算整定、定值在线校验、图形建模显示是该系统的核心。软件的结构见图1。

图1 软件结构简图

3.1 短路故障计算

短路故障计算是软件的主要功能模块，它根据供电系统一次系统拓扑结构图，通过调用数据库设备参数基本数据，对短路参数进行计算，计算结果存入数据库，为其他模块提供数据支持。具有以下功能：①短路阻抗计算功能，软件根据设备参数计算出线路、变压器、电动机等设备阻抗值，再根据一次逻辑系统图，计算出系统不同运行方式下的等效短路阻抗值。②短路电流计算功能。可计算各种类型的故障，包括系统三相短路、两相短路、单相接地短路等，计算出各短路点的正序、负序及零序参数。③故障点可选在线路的任意节点处。可根据保护定值整定需要，对任意节点进行短路参数计算。

3.2 定值计算整定

定值计算整定是软件的核心模块，它能完成供电系统所有元器件及各节点的保护定值的计算和整定。模块根据继电保护整定规程及整定人员实际工作经验对供电系统各回路进行保护定值计算，整定结果存入数据库。该模块具有以下功能：①对供电系统内各保护对象进行保护定值计算，依据线路、变压器、电动机等各设备保护特点进行定值计算，满足设备各种保护的计算要求。②具有运行方式的自适应功能，根据各开关状态计算出供电系统的最大和最小运行方式及其他非正常运行方式，计算出各设备的保护定值。③定值自动整定功能，系统根据电网不同的运行方式自动计算出保护定值，进行校验后根据需要决定是否变更定值，此功能建议人工干预，以保证系统稳定。

3.3 定值在线校验

在线校验主要功能：①对各保护定值的选择性、速动性和灵敏性进行校验。由于供电系统运行方式的变化可能引起保护定值变化较大，原保护定值不能满足保护要求，此时应进行报警。②保护装置定值与后台数据进行在线对比，当发现数据不一致时，提示人工干预。该功能模块数据量大，建议采用人工启动方式，以减少系统数据负荷。

3.4 图形建模显示

依据供电结构一次系统图，利用图形建模模块提供的编辑工具进行电网结构编辑，并显示在电脑界面，各元件的参数、运行状态一目了然。主要功能：①提供多种编辑工具，具有线段、符号、元器件及块结构的复制、粘贴、剪切、删除和移动等操作功能，可以方便对一次系统图进行建模。②数据库自动扩展功能，数据库可随电网拓扑结构扩展而自动扩展，必要时人为进行数据修正。③与故障计算模块进行数据共享，及时显示各短路点的短路参数。

3.5 数据库管理模块

数据库管理模块与故障计算模块、整定计算模块、在线校验模块、图形模块一起构成完成的软件结构，主要功能为：①为软件计算提供基础数据，包括一次供电系统中所有各元器参数。②保存、存贮其他模块计算结果，为服务对象提供数据支持。

3.6 软件工作流程

图形建模显示根据设备参数和电网一次系统图建立拓扑结构并存入数据库，为其他模块提供数据支持。故障计算模块根据运行数据及设备参数进行短路参数计算，整定计算模块和在线校验模块利用故障计算模块计算结果对各保护点进行定值计算和在线校验，并结合保护装置对应的定值模板，生成定值通知单。工作流程见图2。

图2 软件工作流程图

4 产品主要功能展示

继电保护定值管理软件采用 SVG 格式对一次供电系统阻抗图进行全面展示，所有节点短路电流水平关联数据库实时显示，所有变压器、电动机、开关元器件参数可与数据库实现动态关联、及时更新，所有设备保护定值实现自动计算，均以定值单形式随时调取。主要功能包括：短路电流计算功能、定值自动计算及定值单自动生成功能、定值单调取导出功能、一次系统显示及便捷扩展功能。

4.1 短路计算功能

短路电流计算功能，软件根据使用需要选择合适的短路点计算出最大、最小运行方式下的三相和两相短路时的正序、负序、零序电流值，实时显示在SCADA页面内，同时各元件阻抗也显示在SCADA页面上，使系统短路水平一目了然。当供电系统阻抗发生变化时，仅需修改系统阻抗参数，企业短路状态水平会自动进行计算并更新。

4.2 系统定值计算功能

软件根据设备预设的计算规则进行保护定值计算，计算规则可人工进行干预，生成的定值单存入定值库，可备其他模块调用。SCADA界面显示有定值链接按钮，可以方便显示设备定值。当设备参数发生变化时，只需修改相应设备参数，保护定值单自动校正。当灵敏度、选择性不满足要求时，系统会自动报警提示人工干预。

4.3 定值单的调取导出功能

对应一次设备图，定值单调取按钮显示在SCADA主画面上，调取定值十分方便。当需要导出定值单时，可根据提示选择WROD或PDF模式，自动导出。亦可在定值库中输入设备名称或位号直接调取设备定值单。

4.4 一次系统便捷扩展功能

当设备增加或改变时，仅需在阻抗图上进行编辑后，后台数据库自动关联增加，然后对设备参数进行修改后，即可完成系统扩展。当设备减少或发生变动时，仅需在阻抗图上进行删除或修改，数据库会关联变动。 当新建子站时，可根据新建变电所系统图预设阻抗值，模拟出系统阻抗图，从而计算出各回路的短路电流水平，为设备选型提供真实依据。

5 结束语

企业继电保护定值管理系统实用性强、成本低，由于弱化了系统的在线运行功能，所以对硬件要求不高，同时减少了对系统的干扰，提高了供电系统的可靠性。该软件的推广对于规范继电保护定值管理，减轻管理人员工作强度，减少人为失误，提升继电保护定值的运行管理水平具有十分重要的意义。