广东水电二局股份有限公司511300
摘要:本文针对水电站继电保护整定过程中遇到的整定计算繁琐、数据管理不规范等问题，利用计算机可视化技术和面向对象技术，基于可视化软件Delphi2007，对水电站继电保护可视化自动整定计算软件进行了研究和开发。提出了整定计算软件开发设计过程中遇到的网络拓扑分析、电气元件的图形化建模、数据库设计、故障计算实现、整定计算专家系统设计以及整定计算结果处理几个关键问题，对其给予了具体的分析，进行了一体化通用化的设计，使得整定计算软件在能够处理水电站继电保护常见问题的同时，具有实用性、通用性、可维护性和扩充性。
关键词:继电保护；可视化技术；面向对象技术；拓扑分析；专家系统
由于大停电事故对国民经济和社会生活的影响十分严重，因此防止电网发生大面积停电事故是电力企业最重要的任务之一。其中最重要的技术措施是配置合理的继电保护系统和安全自动装置，前者主要用于隔离故障，后者主要用以限制事故的影响范围。在电网事故发展过程中，继电保护和安全自动装置的表现对事故的结果有关键的影响，在事故发生后的恢复过程中，正确地安排相关的继电保护和安全自动装置可加速系统的安全、成功恢复。相反，若安排不当，则会延长系统的恢复，严重时会导致系统再次崩溃。电力系统在恢复阶段中与正常状态下的系统相比，无论是在网络结构或是系统特性都有很大的差异。而此时继电保护和安全自动装置的配置、整定、预期动作，均是在系统正常运行工况情况下确定的，因此随着系统运行状态的改变，这些装置的特性以及系统对装置的要求可能会变得不适合，需要重新仔细考虑。
1软件的关键技术分析
1.1基于端口融合的拓扑搜索算法
电力网络的拓扑分析就是对电网的物理几何结构信息进行分析研究，通过数据信息来反映电网中各个电气元件的连接情况。在整定计算软件中拓扑分析主要用来判别电气开关(断路器)的状态，使软件能动态地生成正确的反映电厂主接线物理结构的数据信息。节点导纳矩阵是故障计算中常用的一种数学模型，而电网快速正确的拓扑搜索分析是形成正确节点导纳矩阵的关键和基础；并且当某些开关状态变化时，如用户人工改变电厂的运行方式时，若不能及时准确地获得网络拓扑结构信息，就会造成分析结果的错误。因此网络的拓扑搜索分析在可视化的平面内，要能实时地反映开关等电气元件信息的变化。拓扑分析算法有很多种，有基于关联矩阵的方法，有广度优先搜索和深度优先搜索方法。软件开发中采用端口融合的方法。该方法简单快捷，尤其在处理开关量变化时具有很大优势。网络中的节点类型可以分为四种:网络元件端口号、物理节点号、网络逻辑节点号、电气岛上的逻辑节点号。图1为软件拓扑分析算法的计算流程图。
基于端口融合的拓扑分析算法的主要步骤如下:
(1)连接线端口的融合。程序遍历所有的元件端口，自动编号；设某连接线两端所连接元件的端口号分别为P1、P2:若P1=P2，不做处理；若P1P2，取较小值。遍历整个网络元件端口，若元件端口编号大于上步中的较大编号，则减1。最后元件端口号经过连接线端口融合形成元件的物理节点号。(2)开关端口融合。遍历所有开关，状态为OFF，不处理；若开关闭合，假如开关两端的物理节点号分别为P1、P2:若P1=P2，不做处理；若P1P2，取较小值。遍历整个网络元件的端口的物理节点，若元件端口的物理节点号大于上步中的较大编号，则减1。最后元件物理节点号经过开关端口融合形成元件的逻辑节点号。(3)元件的融合。此步骤是对电气岛的分析，即对元件编电气岛号。遍历所有元件，设某一个二端元件，元件两端逻辑节点所属的电气岛号分别为P1、P2:若P1=P2=0，则把元件两端逻辑节点所属的岛号加1；若P1=P2≠0，不处理；若P1≠P2，则取较小值。遍历所有元件端口的逻辑节点号，若逻辑节点号对应的电气岛号大于上步中较大值，则减1。(4)电气岛上的逻辑节点号的形成。在步骤(3)后，以电网等值系统或负荷为主岛的判别依据，则只考虑具有主岛电气岛号的元件，不考虑死岛上的电气量。最后形成主岛上元件端口对应的逻辑节点映射矩阵，则能正确描述网络数据信息的就是电气岛上的逻辑节点号。
1.2重合闸方式
在发电机启动时，若与之相连的线路的重合闸方式选择的是检测母线有电线路无电重合，则线路在机组启动时就会立即重合。长线路的无功功率及充电线路运行方式的不确定性等均不利于刚刚启动的自启动机组的稳定运行，增加了机组的无功调节压力，给励磁系统带来了冲击。而担任调峰电厂的水电厂作为自启动机组时，可能需要输电线带电时才允许重合线路，在这种方式下，若要通过输电线向其它机组提供启动电源时，则只能通过手动合闸。所以，在制定系统恢复计划时要明确这些线路的重合闸方式，才能顺利执行恢复计划。
图1
1.3线路的电流保护
在系统恢复的初始阶段，由于只有较少能够黑启动的发电机在线，系统的等值阻抗大为提高，与之相连线路的短路电流水平大大下降。该线路的原过电流保护整定值远大于处于恢复阶段的实际短路电流水平。若此时发生短路，则该保护可能会不动作，失去了保护作用。系统恢复阶段，因时间有限不可能也不需要调整所有电流保护的定值，基本可不考虑保护的选择性，对灵敏性也可降低要求，但此时应确保对一条由若干线路串联组成的长线充电时，用于充电的开关的保护对该长线的末端的故障具有足够的灵敏度。总之，对于恢复计划中各个阶段的各条恢复路径的过电流保护，应做详细的再整定，并按照尽量减少定值修改工作量且满足灵敏度的原则，把个别定值设定为合理的值，并在培训和执行时考虑有关的修改程序。另外，一些借助过电流启动的装置，也需要重新考虑。
2某水电站安全自动装置简介
2.1断路器保护和自动重合闸装置
断路器保护包括三相不一致保护和失灵保护。“三相不一致”保护是在断路器分闸或合闸过程中三相主触头动作的不同时性,超过了电力系统的允许范围而将该断路器三相断开的一种接线,以防止机组的非全相运行,并保证供电的质量；失灵保护则是为防止保护动作断开某断路器而该断路器拒动所设置,可由机组保护启动,也可由线路保护启动,同时引入断路器中的三相电流作为判别断路器拒动的判据之一。失灵保护动作后,瞬时重跳本断路器,如该断路器仍拒动,则跳与该断路器有直接电联系的周围其他断路器,以保证故障电流的完全切断；自动重合闸装置选用了综合重合闸,具有三相重合、单相重合、综合重合和停用等4种方式。由于某电站与系统联系薄弱,三相重合可能给机组造成不可修复的损伤,因此在设计中不采用三相重合方式。当线路单相故障时,跳单相后启动重合闸。重合闸时,如成功,线路可继续运行；如断路器重合上后又被保护跳开,表明线路上发生的是永久性接地故障,这时装置将发送后加速跳闸命令至本线路的保护装置,令其快速断开断路器的三相。上述这几部分功能连同充电保护一起由CSI121A型断路器控制单元完成。
2.2远方跳闸
发—变组内部或变压器高压侧至与主变相连的断路器之间的短引线故障时,应瞬时断开与主变相连的断路器,但如该断路器拒动,系统便会经线路及该断路器向故障点提供强大的短路电流,远方跳闸的目的就是阻止这种情况的发生。远方跳闸接线是通过失灵保护延时启动收发讯机,经高频通道,传至线路对侧,启动对侧断路器跳闸回路。为可靠起见,设计时使每回出线的远跳命令都经两条路径送至对侧,即高郭线一路经专用发讯机。另一路经复用载波机送至对侧；高枝线两路都经复用载波机送至对侧。
2.3整定计算专家系统的设计
专家系统将人类专家的知识和经验以知识库的形式存入计算机，并模仿人类专家解决问题的推理方式和思维过程，运用知识库对现实中的问题作出判断和决策。完整的专家系统一般由知识库、推理引擎、专家知识获取工具以及人机交互接口四部分组成。专家系统与传统程序不一样，它不依赖于特定的数学模型，而是取决于某一特定条件下，用专门的经验知识来解决问题。目前专家系统在继电保护中的应用主要集中在输电线路的保护中，对电厂内元件保护的专家系统的设计还不是很完整。
结论
本文通过对水电站中继电保护的研究，提出了水电站继电保护可视化自动整定计算软件开发时遇到的网络拓扑分析、电气元件的图形化建模、数据库的设计、故障计算、整定计算专家系统的设计和整定结果的管理及输出几个关键问题，并结合开发工具本身对其加以了分析。最终开发出了工程实用性强，具有通用性、人机交互界面友好的软件系统。能很好地解决水电站继电保护时遇到的计算繁琐、管理复杂的问题，以及定值清单和整定报告输出单一、不规范等问题。同时还能保证电厂电气元件继电保护整定计算的正确性和可靠性，便于参数及数据的管理。
参考文献
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