声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。特此申明。签名：盈碴邀日期：丝! ：! ! ! ；关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被查阅或借阅：学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定)作者签名：垫叠退导师签名：丝李聋日期；2 w # 、口I ；日期：2 i ，口，3华北电力大学硕士学位论文1 1 引言第一章绪论电气主设备是电力系统中的重要元件，它的安危将对电力系统的安全稳定运行造成重大影响。随着电力系统的发展，大容量机组不断增多。大型发变组不但结构复杂，而且价格昂贵，一旦故障，检修期长，造成的经济损失也很大。与电网相比，由于电气主设备机电和电磁特性复杂，配备的保护种类繁多，参数复杂，且长期以来缺乏科学的故障分析工具，不能像线路保护那样较清楚的故障成因和故障过程，主设备保护的发展一直滞后于线路保护的发展，其保护的正确动作率低于线路保护。【l 】【2 1继电保护的整定计算是保障发电厂主设备安全运行的基础性工作。随着电力系统规模的扩大以及用户对用电质量的要求的提高，快速而准确的整定已不是人工整定能做到的。计算机的引入和飞速发展使整定计算的功效和精度大大提高，国内己用不同的计算机语言开发出了几套整定软件。研制一套好的整定软件可以大大减轻整定人员的工作负荷，提高工作质量，降低由于误整定导致的发电厂不正确动作率。【3 】目前国内已经开发出的发电厂继电保护整定计算软件都存在部分缺点，有的功能单一，只能进行故障计算，其余过程必须依靠熟练的整定人员手工完成，计算周期长、效率低，容易由人为因素导致错误；有的虽然能够进行全部自动整定，但往往针对某个电厂或地区，缺乏通用性。还有一些软件用户界面不友好，只有少数的专业技术人员才能掌握，且计算程序繁琐，不易被一般用户接受。由于以上种种原因，广大发电厂整定人员迫切需要一套通用性好、操作简单、开放性好、发展性好的继电保护整定计算软件。为了减轻各发电厂保护整定人员的工作负荷，提高工作质量，降低由于误整定导致的发电厂保护不正确动作率；同时大型发电机变压器继电保护整定计算导则已正式发布，开发发电机变压器保护整定计算软件的条件已成熟，因此，软件的研制开发已成为当前的一个重要课题。【4 】1 2 国内外研究现状由于该课题具有较高的实用价值，因而国内外对这方面的研究及开发的专业人士较多。这对继电保护领域微机化管理水平的提高、促进电力系统的安全生产起到了积极的作用。由于各人的侧重点和研究对象的范围不同，总的看来可以归结为以华北电力大学硕士学位论文。F 几种类型：( 1 ) 继电保护整定专家管理系统。在这些专家系统中主要应用了智能代理者的概念，即将原来由人来做的事转交给人工智能代理者来完成。它为继电保护整定计算和定值管理工作提供了现代化的智能工具，把整定计算人员从复杂繁琐的日常工作中解放出来，从而提高了继电保护的运行管理水平，确保了保护定值的准确性，对电力系统的安全稳定运行具有重要的现实意义。【5 】( 2 ) 单一的继电保护信息管理系统。一种是基于M I S 网C S 结构的继电保护信息管理系统，这种继电保护信息管理系统以网络技术为基础，强调以分布式进行信息处理的客户机N 务器体系结构，可以采用P o w e rB u i l d e r 作为数据库前端开发工具，采用所见即所得的面向对象技术。生成的应用程序具有多平台支持，系统投资小、可扩充性强、技术先进、运行安全可靠等特点。另一种是分层次的继电保护动作及故障信息自动化管理系统。该系统作为一个实时监视系统，特别是目前已开展的保护和故障录波联网具有相当重要的实际意义。对快捷故障定位、系统故障录波分析、调度信息的传达及工作计划的开展等多方面管理提供了现代化的科技手段，对电网的安全、稳定、经济运行有着重要的意义。继电保护运行及故障信息系统结构包括五层：基础层、厂站管理层、通信层、调度层及专业管理层。【5 】( 3 ) 继电保护整定及综合信息管理系统。这种系统可以实现全网系统参数、继电保护配置、整定值和定值单的管理，并可自动输出全网正、负、零序网络图，可以输出任意局部网络各保护的定值配置图，可以编制全网等值阻抗表，并可方便制作全网保护整定方案。整套程序包括继电保护系统库管理系统、短路电流计算软件、继电保护整定计算软件和继电保护定值单管理软件等4 部分。系统采用模块化结构设计，程序由多个子模块构成，各子模块之间相互独立、互不影响。【5 1在我国电力系统中，继电保护整定计算经历了由低级到高级的发展过程。以往保护定值的计算主要依靠人工并辅以专用计算工具或完全由人工计算来完成，工作量大，计算时间长，计算精度不够。7 0 年代中期，我国有关部门陆续开展了应用计算机进行电网继电保护整定计算的研究工作，使工作效率有了大幅度的提高，对提高计算准确性和防止出现差错等方面也提供了可靠保证。经过多年的研究，电力系统大量问题已具备相应的数学模型和数值算法。随着专家系统技术突飞猛进的发展，其在电力系统的应用也越来越广泛，这为从事继电保护整定计算的科研工作人员开拓了一个更为广阔的前景。【6 】我国发电厂继电保护管理都由各厂负责，因此发展相对滞后。近几年来，上海交通大学电力工程系、华中科技大学电力工程系、浙江大学电气工程学院的老师和他们带的研究生都进行过对可视化的继电保护整定计算及管理系统的研究，使用的2华北电力大学硕士学位论文开发工具与实现方式都各不相同，但都对系统进行了模块化设计，有图形界面，有保护整定和定值单管理，都使用了数据库。就目前国内此类软件研究开发的情况看，浙大通策公司开发的可视化的发电厂故障分析与保护整定综合系统属于比较成熟的软件，该软件填补了国内没有通用的发电厂保护整定软件的空白，开放性、通用性都比较好，人机界面友好。但是，该软件的编制也存在一些不足，在每一种保护整定的每一步过程中，始终需要整定人员参与，否则将无法继续。在发电厂实际应用中，由于发变组保护种类繁多，此外还有一些其他类型的保护，如果每一种保护都按照该软件的方法整定，则显得较为繁琐，且工作人员的工作量也会加大。1 3 本论文的工作本课题来源于内蒙古蒙达发电厂的科技开发项目。该项目要求开发一套可视化的发电厂继电保护整定计算及设备管理软件，包括图形化的电流计算、继电保护装置的配置与整定以及定值单的生成和管理。本文在研究了电力系统继电保护整定软件系统的发展和存在的问题与局限性的基础上，针对不同厂家生产的同一原理的保护在名称和整定计算方法上的差别造成的通用性问题，遵循简单实用并兼顾通用性和可扩充性的设计原则，采用V B 6 0语言作为开发工具并结合S Q LS E R V E R 数据库对发电厂继电保护整定及管理软件进行了功能的扩充和完善，程序力求具有良好的开放性、发展性、通用性和实用性、人机界面友好。本系统可以通过绘图界面进行电气接线图的绘制，通过人机交互界面输入各电气元件参数，并对各线处任意类型的故障进行故障计算，可以对各电气元件进行保护装置的配置，并进行整定计算及灵敏度的校验，计算后可对定值单进行管理，包括察看、修改功能。本软件的通用性表现在：更换保护后可以由用户自己输入新的整定原则，模块化的设计又使原有的整定过程不受影响。另外，还可以根据电厂的实际运行情况，修改各保护类型的整定原则。而这些修改均不影响软件的使用。系统的程序界面设计遵循了友好性、交互性、易用性的原则，界面的布局合理，操作简单，使用户能很快掌握使用方法，方便了用户的使用，体现了其实用性原则。华北电力大学硕士学位论文第二章系统数学模型及整体结构2 1 系统目标及设计思想开发这套可视化发电厂继电保护及设备管理软件的目的是：减轻保护定值工作人员的劳动强度，降低设备的误整定率，提高发电厂运作效率。此系统能较好地解决满足用户需求和软件开发难度之间的矛盾，通过可视化的界面，使用户参与计算，由于加入了用户的整定经验增加了计算结果的可信度和正确性，从而减轻了用户的劳动强度，提高了工作效率。本系统并非简单意义上的计算程序，它是一个平台，用户可以利用这个平台对发电厂的设备进行保护整定和管理。【6 】发电厂主设备的保护配置非常复杂，不同电厂的配置差异很大；而且不同厂家生产的保护装置，其整定过程也存在差异，整定过程中需要用户的经验如果依据某个电厂对其所配置的保护进行整定，很难实现软件的通用性，并使得软件的开发成本提高。【7J 所以设计一种具有良好扩充性和通用性的电厂主设备保护整定软件才能满足实际要求。为使系统具有良好的通用性和扩充性，并能让用户表达自己的整定经验，在设计系统时，注重强调了系统的模块化和可视化的特点。模块化使得系统的内容容易扩充；可视化的特点，就是将抽象的原理以图形，文字等直观易懂的方式表示出来，它不仅方便用户理解保护的整定原理，而且整定原则是依据大型发电机变压器继电保护整定计算导则，同时兼顾各具体保护装置的说明书，可以确保整定结果的正确性。2 2 系统结构及功能本文中采用模块化、开放式的整定计算和管理系统，其目的是当发电厂电力系统结构发生变化、系统运行方式或者构成电力系统的设备参数发生变化以后，系统中的各个设备的保护还能保持它的完整性和可靠性。软件的系统结构图如图2 一l 所示。该系统的设计充分体现了模块化和可视化的特点，分为图形建模、故障分析、保护整定、设备管理四大模块，具有良好的扩充性和通用性。其中保护整定模块包括保护配置和整定计算两个功能。华北电力大学硕士学位论文! I 面 一库一f图形建- 模II 保护配置故障计算卜d 整定计算、l ，、图元参数库整定规则库整定结果库保护信息库用户信息库IIL 1 一f J ，、L、L 、l胜白棼I 田 11 甬思目埋图2 - 1 系统总体结构框图1 图形建模模块：提供绘图工具，用户可绘制发电厂的电气接线图，并输入保存各元件的参数。2 故障分析模块：提供设置故障的人机对话接口；自动生成序网图；进行故障分析；输出故障分析结果。由于发电厂的整定只需计算母线处的故障量，所以本模块只能计算母线处任意故障发生时的各电气量。故障分析采用稳念法。3 保护整定模块：包括保护配置和整定计算两部分功能。保护配置部分为发电厂电力系统中的发电机、变压器、电动机等设备配置保护，不同保护装置中的相同保护种类通过保护型号来区分，并可以根据实际情况添加及修改。同一元件可同时配置不同型号的不同保护种类的保护；整定计算部分是整个系统的重要核心，它为发电厂配置的保护提供整定工具，它实现了发电厂电力系统里包括发电机、变压器、电动机等常用设备的定值的整定计算和保护的管理，在程序设计过程中严格的遵循继电保护整定计算规程，兼顾通用性和专用性。用户可将自己配置的保护设备的定值单列表及整定原则，输入并保存，在使用过程中也可对其进行修改，通用性良好。4 设备管理模块：实现用户对数据的管理功能。包括数据查询、打印、数据备份和删除等。所涉及的数据包括：设备参数、故障计算书、整定计算定值单、整定计算书。一般的发电厂继电保护定值计算软件，保护的整定计算原则都写在程序里面，用户不能对其进行修改，而且对于具体设备其保护的配置也是固定的，造成当用户增删设备或更改保护配置、以及对保护整定计算原则进行更改的时候，不能灵活地进行处理。而本软件是基于开放式的保护整定和设备管理系统，保护的整定规则及华北电力大学硕士学位论文配置都可以根据实际情况添加和修改，其目的是在发电厂电力系统结构、系统运行方式、系统的设备参数或继电保护