110kV電網(wǎng)計算機整定計算新方案―準專(zhuān)家系統模式

110kV電網(wǎng)繼電保護整定計算是一項十分復雜的技術(shù)工作。它要求按照一定的整定計算原則，以電網(wǎng)的短路電流計算為基礎，進(jìn)行大量反復的定值計算、比較和篩選，工作量很大。因此，怎樣把整定計算人員從繁雜的計算中解放出來(lái)，成為許多專(zhuān)家學(xué)者和技術(shù)人員追求的目標。計算機技術(shù)的迅速發(fā)展使實(shí)現這個(gè)目標有了技術(shù)支持。

從70年代后期，計算機整定計算的開(kāi)發(fā)工作就開(kāi)始了。由于短路電流計算的理論基礎雄厚，數學(xué)模型成熟，因此在80年代用計算機進(jìn)行短路電流計算得到了普及。之后在短路電流計算的基礎上，沿用網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)法的基本模式，開(kāi)發(fā)了一些整定計算軟件，這些軟件在一部分220kV電網(wǎng)中的應用有了一些成功的經(jīng)驗，而對于110kV電網(wǎng)，到目前為止，還沒(méi)有比較成熟的軟件。這主要是由于220kV及以上電壓等級的電網(wǎng)結構規范，相應的繼電保護整定計算能夠用規范的數學(xué)方法描述；而110kV電網(wǎng)的結構不規范，如有短線(xiàn)群、T接線(xiàn)、小電源等，這樣在110kV電網(wǎng)的整定計算中既有用數學(xué)方法描述的確定性問(wèn)題，也有大量需要用人的經(jīng)驗才能處理的問(wèn)題。要解決這些問(wèn)題，就要用到專(zhuān)家系統的一些基本方法，建立可修改的規則庫，整定人根據整定時(shí)的具體情況使用這些規則，建立一定的邏輯關(guān)系，邏輯關(guān)系一旦建立，無(wú)論系統的其他參數如何變化，整定計算都可能自動(dòng)完成。由于其邏輯關(guān)系的建立需要一定的人工干預，因此我們稱(chēng)這種方法為準專(zhuān)家系統模式的計算機整定計算。

1、整定計算的條件

以往的整定計算軟件在開(kāi)發(fā)的時(shí)候，我國的大多數110kV電網(wǎng)還是環(huán)網(wǎng)運行，這些軟件充分考慮了220kV電網(wǎng)同110kV環(huán)網(wǎng)之間電磁環(huán)的存在對保護整定的影響，并因此增加了軟件的復雜程度，降低了其靈活性。這些軟件對于110kV電網(wǎng)保護的整定不規范、失配點(diǎn)多、非常規整定多的問(wèn)題沒(méi)有重視，大大降低了計算出的結果的實(shí)用價(jià)值。另外受軟件開(kāi)發(fā)平臺的限制，開(kāi)發(fā)者在人機界面的方便程度考慮較少，使得人工干預非常煩瑣，費時(shí)費力，不得不棄而不用。

準專(zhuān)家系統模式的計算機整定計算能夠解決以往的軟件應用到110kV電網(wǎng)時(shí)所遇到的問(wèn)題，其主要依據有兩點(diǎn)：110kV電網(wǎng)結構的變化和計算機技術(shù)的發(fā)展。

1.1、110kV電網(wǎng)形成單電源的輻射結構，簡(jiǎn)化了整定計算

隨著(zhù)220kV的主輸電網(wǎng)絡(luò )的形成，原來(lái)的110kV環(huán)網(wǎng)得以解環(huán)運行，從而形成了以220kV變電站為中心電源的輻射型結構的分區網(wǎng)絡(luò )，使得110kV的電網(wǎng)結構大大地簡(jiǎn)化。由于不再考慮電磁環(huán)，也使得110kV電網(wǎng)的整定計算軟件的開(kāi)發(fā)思路發(fā)生了重大改變。解環(huán)運行之后，分區網(wǎng)絡(luò )的規模較以前減少了許多，各電力元件之間的保護配合關(guān)系變得非常簡(jiǎn)單，如果仍沿用節點(diǎn)方程的方法進(jìn)行整定計算，一方面將簡(jiǎn)單問(wèn)題復雜化，另一方面仍不能解決短線(xiàn)群、T接線(xiàn)、小電源的問(wèn)題。準專(zhuān)家模式是將電力元件的所有的整定配合關(guān)系歸納為相應的用計算公式表示的規則（由于不存在電磁環(huán)，這些規則的數目及復雜程度都大大降低），然后由整定人選擇所整定的電力元件的整定規則。這種模式簡(jiǎn)單、直觀(guān)，對整定計算全過(guò)程可進(jìn)行有效的控制。

1.2、計算機技術(shù)的發(fā)展為新模式提供強大的技術(shù)支持

最早進(jìn)行整定計算軟件的開(kāi)發(fā)大約是在七八十年代，現在計算機軟硬件的技術(shù)水平同當時(shí)相比不可同日而語(yǔ)。當時(shí)編制軟件最先要考慮的是軟件的運行速度以及數據的存儲容量，其次才是用戶(hù)界面，而以目前的計算機技術(shù)水平，對于編制這種規模的軟件，其運算速度及數據存儲容量可以不予考慮，因此其重點(diǎn)應該是良好的用戶(hù)界面。準專(zhuān)家系統模式完全在系統一次圖形界面上完成參數數據的輸入、計算過(guò)程的控制、計算結果的輸出，大大降低了使用者掌握軟件的難度，不經(jīng)培訓就可以方便地使用。

2、整定計算的實(shí)施方案

2.1、方案總體設計

該方案由以下幾個(gè)模塊組成：電網(wǎng)拓撲繪圖模塊、參數數據輸入模塊、短路電流計算模塊、整定計算規則模塊、整定計算模塊、ODBC接口模塊。

由圖1可以看出，整定計算的全過(guò)程都是在系統一次圖形的界面下完成，不需要使用者對底層進(jìn)行操作。在專(zhuān)用的電網(wǎng)拓撲繪圖模塊下，一次圖一旦繪好，網(wǎng)絡(luò )數據的拓撲結構就建成，結構中各單元同系統各元件一一對應，這種對應是由軟件完成，毋需人工干預；參數數據庫、短路電流數據庫、規則庫都是整定計算的數據源，其中參數數據庫、短路電流數據庫與系統一次結構緊密相關(guān)，當系統一次結構變化后，這兩個(gè)數據庫的內容相應修改。整定規則庫則完全獨立，其修改、補充等操作單獨進(jìn)行。

2.2、功能模塊介紹

2.2.1、電網(wǎng)拓撲繪圖模塊

電網(wǎng)拓撲繪圖模塊是一個(gè)面向對象的電網(wǎng)繪圖工具，能夠支持全屏幕動(dòng)態(tài)縮放、屏幕漫游，以基本圖元（如線(xiàn)路、斷路器、變壓器等）為繪圖單位，進(jìn)行系統一次網(wǎng)絡(luò )圖的繪制，各圖元通過(guò)定義形成網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，性能優(yōu)良且操作方便。除了具有圖形編輯軟件的一般功能外，它的最大特點(diǎn)在于可以無(wú)隙地嵌入數據庫和保護整定計算模塊。因此，該模塊實(shí)際上充當了本系統的用戶(hù)交互界面，用戶(hù)在圖上即可進(jìn)行數據庫操作并可啟動(dòng)線(xiàn)路或變壓器的保護整定計算。

2.2.2、參數數據輸入模塊

在系統一次圖上，在定義好的圖元上輸入參數數據，經(jīng)過(guò)計算機處理后形成參數數據庫，并同網(wǎng)絡(luò )拓撲結構一一對應。參數數據能夠在系統一次圖上打印出來(lái)。

2.2.3、短路電流計算模塊

利用已形成的網(wǎng)絡(luò )拓撲結果及參數數據庫，以各母線(xiàn)為故障點(diǎn)，計算大小運行方式下三相短路、兩相短路、單相接地、兩相短路接地的故障電流，形成短路電流數據庫，并能夠以一定格式輸出打印。

2.2.4、整定計算規則模塊

以單電源輻射型網(wǎng)絡(luò )為主要整定對象，充分考慮短線(xiàn)群、T接線(xiàn)、小電源對整定計算的影響，將各種保護的整定方法總結、歸納，形成標準化、公式化的規則庫。

2.2.5、整定計算模塊

模塊分為整定設置、線(xiàn)路保護整定及元件保護整定三部分。整定計算所需的有關(guān)系數要求，例如靈敏系數、可靠系數、配合系數、整定原則等，整定前在整定設置菜單下填入。

線(xiàn)路保護整定計算分三種方式：

1）全自動(dòng)方式：所有整定步驟由計算機完成，沒(méi)有人工干預；

2）半自動(dòng)方式：由人工指定失配點(diǎn)及失配參數，計算機完成后面的工作；