火力發(fā)電技術(shù)研究院 李 哲 趙梓邑

繼電保護裝置是發(fā)電廠的重要組成之一，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要,為了保證繼電保護裝置能夠正確發(fā)揮作用，按照規(guī)定需定期對繼電保護定值進行整定校核計算。為保證整定工作的正確性和準確性，在每次整定工作開展前需收集系統(tǒng)歸算阻抗變化、發(fā)電廠內(nèi)部運行方式變化、設(shè)備變更、保護改造等因素，進行全面的規(guī)劃、設(shè)計、計算，形成整定計算書、通知單并進行必要的校驗及審核，最后將整個工作歸檔記錄管理。目前整定計算書、通知單的形成主要依靠電網(wǎng)拓撲、人工計算方式開展，存在著工作量大、效率低、易出錯和整定計算不規(guī)范等問題，為此需相關(guān)軟件系統(tǒng)介入來加強對整定工作的管理。

1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

基于SVG 的矢量圖形在線展示。采用SVG格式對電廠拓撲結(jié)構(gòu)進行在線展示，可實現(xiàn)矢量縮放并能對所有設(shè)備信息實現(xiàn)動態(tài)關(guān)聯(lián)。提供可視化建模方式，基于發(fā)電機、變壓器、母線、斷路器、刀閘、電動機、系統(tǒng)等值電源等電力標準圖元，實現(xiàn)在線拓撲結(jié)構(gòu)的更新與維護。拓撲構(gòu)建有兩種方式，通過指定發(fā)電廠拓撲結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵要素，如接線方式、機組數(shù)量、勵磁方式等，系統(tǒng)自動繪制整體拓撲結(jié)構(gòu)；或通過拖拽標準圖元手動繪制拓撲圖；編輯過程提供標準規(guī)則校驗及連接異常的提示，以及能夠?qū)С鐾負渚W(wǎng)表文件和符合SVG 規(guī)范的模型文件。

基于模型、模板的數(shù)據(jù)展示和輸出。電廠拓撲結(jié)構(gòu)使用網(wǎng)表進行數(shù)字化存儲，并采用矩陣變換模型實現(xiàn)所有開關(guān)開閉模式下路徑模式獲取，實現(xiàn)短路電流計算。整定報告采用Office VBA 技術(shù)，按照預定義整定報告模板，渲染整定計算過程數(shù)據(jù)、圖文，生成規(guī)范化整定報告和定值通知單。整定報告中數(shù)學公式管理基于MathML,采用JavaScript、DOM 等技術(shù)及MathJax 數(shù)學符號渲染引擎來展示，編輯規(guī)范采用LaTeX 排版系統(tǒng)，公式多種展示格式的存儲，友好的支持了web 端和office 文檔的展示。采用Lucene 搜索引擎實現(xiàn)平臺內(nèi)資源檢索，并按照分類、標簽等技術(shù)實現(xiàn)多維度數(shù)據(jù)統(tǒng)計展示。

面向SOA 架構(gòu)的整定算法集成。對短路電流和整定計算算法進行服務封裝并進行版本化管理，實現(xiàn)算法的安全可控、可升級與擴展，為專業(yè)人員提供算法管理。根據(jù)發(fā)電廠電氣設(shè)備的保護原理，系統(tǒng)配置出不同保護方案。接線方式、設(shè)備、保護裝置變更后，用戶進行相關(guān)的配置調(diào)整即可生成一種新的保護方案。系統(tǒng)根據(jù)用戶配置展示各種原理保護的整定交互頁面，同時提供在線幫助，方便用戶了解整定原理和整定過程，并以整定計算書和定值單形式將整定過程完整記錄。

2 總體功能

2.1 總體應用模式

管理人員通過系統(tǒng)管理設(shè)備信息、設(shè)備廠家信息、保護裝置等基礎(chǔ)信息。整定人員對拓撲結(jié)構(gòu)等進行維護與更新，并按規(guī)定開啟整定任務，系統(tǒng)調(diào)用整定計算服務完成整定計算，生成整定報告與定值通知單，經(jīng)相關(guān)負責人審核確認后，將整定通知單下發(fā)至發(fā)電廠運維部門。

2.2 功能模塊

2.2.1 拓撲建模

拓撲模型構(gòu)建。圖形建模是可視化編程的一種體現(xiàn)，通過圖形操作界面輸入電力網(wǎng)絡拓撲和網(wǎng)絡參數(shù)，由計算機自動識別網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，并根據(jù)需要建立相應的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡數(shù)學模型。圖形建模是實現(xiàn)可視化的故障分析和保護整定計算的基礎(chǔ)。拓撲建模界面包括功能區(qū)、工具欄區(qū)、工作區(qū)及圖層關(guān)系展示區(qū)等；拓撲層級管理。有層級需求的模型構(gòu)建能夠?qū)崿F(xiàn)逐層構(gòu)建，并能清晰的展示出各層級之間的關(guān)系和各層級中設(shè)備之間的關(guān)系；拓撲模型展示。提供完整的拓撲模型展示區(qū)域，能夠清晰的顯示出發(fā)電廠拓撲模型的結(jié)構(gòu)，并能夠輸出標準SVG 模板文件。展示區(qū)域提供放大、縮小、最大化、最小化等功能。無層級關(guān)系的拓撲模型圖可以無極縮放顯示，有層級關(guān)系的拓撲模型圖應首先展示頂層模型圖，模型展示提供模型圖的導出功能。

2.2.2 整定計算

繼電保護整定過程的實質(zhì)就是如何獲得整定原則中所涉及到的數(shù)據(jù)，現(xiàn)按照數(shù)據(jù)來源介紹保護整定功能的實現(xiàn)。整定計算模塊以《大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則》為整定標準，將給用戶提供一個能結(jié)合自己實際保護需要和整定經(jīng)驗，并能方便直觀地干預整個計算過程的工作平臺，該模塊通過數(shù)據(jù)庫與可視化的圖形建模緊密結(jié)合，并利用接口與故障分析模塊傳輸故障分析數(shù)據(jù)。

網(wǎng)表生成。用戶使用拓撲建模工具編制拓撲結(jié)構(gòu)模型，基于設(shè)備圖元等信息構(gòu)建拓撲結(jié)構(gòu)模型，用戶可根據(jù)實踐經(jīng)驗決定的參數(shù)（如可靠系數(shù)等）由用戶選擇輸入，對選擇的范圍和一般情況進行實時提示并給出默認值，設(shè)備參數(shù)（如額定電流等）由程序自動填入。拓撲結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建支持分層建模。首先構(gòu)建一次電路等效圖，在一次電路等效圖基礎(chǔ)上設(shè)置短路點及各故障點的保護類型，然后生成基于故障點的等效阻抗圖，配置完成后最終生成網(wǎng)表文件并輸出。

短路電流計算。把網(wǎng)表文件傳輸?shù)揭延械亩搪冯娏饔嬎隳K進行短路電流計算，最終從短路電流計算模塊得到各故障點的短路電流值。

整定計算。將已獲取到的各故障點的短路電流和其他整定計算相關(guān)信息傳輸?shù)揭延械恼ㄓ嬎隳K進行整定計算，最終從整定計算模塊得到整定計算結(jié)果。各數(shù)據(jù)間的運算關(guān)系由程序完成，用戶只需保證所有數(shù)據(jù)都完備且有效，整定計算過程將自動完成。

報告輸出。系統(tǒng)提供整定報告及整定通知單的生成功能，基于報告模板把整定任務相關(guān)信息及短路電流計算過程、整定計算過程和整定結(jié)果等信息自動渲染到預定義報告模板中，整定報告是以圖文形式把整定過程記錄并形成文件保存。

2.2.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理模塊是實現(xiàn)用戶對數(shù)據(jù)的有效管理功能。提供廠家信息、設(shè)備信息、設(shè)備類型、標準圖元等的編輯、分類展示、檢索、輸入輸出等功能，并提供設(shè)備標準圖元文件的上傳和導出功能。

2.2.4 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理模塊主要是為系統(tǒng)運行提供配置和管理，實現(xiàn)系統(tǒng)運行支撐：組織機構(gòu)管理。提供組織機構(gòu)信息及層級關(guān)系維護和組織機構(gòu)人員組成管理；用戶信息管理。提供用戶信息的管理和維護；角色權(quán)限管理。實現(xiàn)用戶角色定義，系統(tǒng)角色維護，系統(tǒng)角色瀏覽展示，系統(tǒng)角色權(quán)限分配；數(shù)據(jù)字典管理。實現(xiàn)系統(tǒng)基礎(chǔ)信息維護。主要包括常用選項管理如性別、方位等，可根據(jù)系統(tǒng)需要進行自定義；系統(tǒng)日志管理。系統(tǒng)日志主要記錄了所有用戶登錄、操作的時間及主要內(nèi)容，為了保證系統(tǒng)的可追溯及數(shù)據(jù)恢復的比對。

3 結(jié)結(jié)

該系統(tǒng)減輕了電廠繼電保護工作人員的勞動強度，能夠?qū)l(fā)電廠的繼電保護整定人員擺脫繁重的人工計算，提高了工作效率和保護裝置安全水平，降低了保護發(fā)生拒動或誤動的概率和繼電保護中的人為失誤，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提供可靠保障。在有效提高整定工作效率的同時還加強了對整定工作的管理。因此，系統(tǒng)的研發(fā)是非常有必要的，具有積極的實用意義和市場前景。