基于VB的水电站电气一、二次CAD系统计算模型的建立.pdf

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1、Water Power Vol.,-.o./文章编号:0559$9%&(005)0($00&)$0&基于*+的水电站电气一、二次,-.系统计算模型的建立张 宁),张 渭,李秀丽%()/西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西 杨凌0)00;1新疆哈密市高级中学,新疆 哈密2%9000;%1华南农业大学工程学院,广东 广州5)0(&0)关键词计算机应用#*34567+6438#,-.#水电站电气设计#计算模型摘要 结合*34567+6438的可视化运行界面和结构化程序设计模式构建了一种通用型水电站电气,-.系统计算模型$该模型克服了旧的程序设计语言的不足$代替繁琐的手工计算$尤其是利用*+建立的

2、选择结构的短路计算%95:子过程的电器设备选择和防雷接地及继电保护整定计算、;5函数过程的投资费、运行费三大结构化设计计算模块&具有良好的通用性和可移植性&为进一步优化水电站电气设计结构提供了依据!#$%&()*+#,-.,)/0#1#,+),2*&-,3#(*&*.#3.1&456 7#*),-1(723,/,8*3#1#,+%1*2,+9:?6A B3A)C?6A DE3C F677EAE J KLMN65738 6M-N83=E8=5N67 OA3EEN3N=PE4=983E8EQ RE87AL SJ-AN3857=5NEQ;NE4=NLF6A73A 967 3J G3X36AC K6W

3、3 G3X365=,36-AN3857=5N67 S3TEN43=L OA3EEN3A.EY6N=WE=C Z565 Z56A 5)0(&0;*7 WY5=EN 6YY7386=3V*34567+6438V,-.V E7E8=N3867 ME43AJ LMNYPEN 4=6=3WY5=6=3ME75%#31.#-AEWY5=6=3ME7 J E7E8=N3867,-.4L4=EW 3YPEN 4=6=3 34 YNE4E=E T34567 3=ENJ68E6AN6WW3TEN8WE4 7M YNAN6W_4 4N=8W3A 6M NEY768E4=N3T367 W64/=4 W63 J54 3

4、875ME=NEE 4=N58=5N67 ME43AWY5=6=3ME74C N=H83N853=8WY5=6=343WY5=6=343A E53YWE=4C 73A=3=E8=3 65M 64 PE77 64 4E=3J NE76L3=E8=3 38E44E4V6M=E 3TE4=WE=6YEN6=34=J=NEE 4=N58=5N67 ME43A 6WY5=6=3M57E4 J 38E44 J J5/REL 6NE53TEN467 6N=6:7EC P38 YNT3ME4=E:6434 JN=E J5N=EN Y=3W36=3J E7E8=N38 4=N58=5NE ME43AJ LMNY

5、PEN 4=6=3,-.%cN=E7等绘图软件的编辑元件模块或添加库元件的功能来绘制电气图已成为目前水电站电气设计的主流ab(与其相比&在计算方面&由于早期的程序设计语言)像+6438%;N=N6等*不能提供兼顾面向对象的可视化窗口和易学易用的程序开发环境&也由于水电站电气设计方案具有灵活的选择性&用计算机程序设计语言构建通用的电气设计计算模型还处在较低的水平 为此&利用*34567+6438的可视化运行界面和结构化程序设计模式构建一种通用型水电站电气一+二次,-.计算模型&可以克服手工计算周期长%工作效率低%计算数据不精确等缺点&为完善水电站设计,-.系统提供参考(1计算模型的建立水电站电气

6、一%二次设计的计算内容a%b如图)所示(11可视化运行界面的设置*34567+6438是D3P4系统使用+6438语言进行可视化程序设计的开发工具a&b&是把预先建立的对象摆放在可视化的界面上&且人机交互界面简单%快捷&与+6438%;N=N6%d6=76:等程序设计语言比较&不需要编写大量的程序代码去设计界面的外观和位置(例如建立一个双绕组变压器计算电抗的可视化运行界面&需要做如下工作 在窗体编辑窗口中先将!收稿日期00&e)$9基金项目西北农林科技大学青年基金项目)5%&*作者简介张宁)900,*&女&新疆巴里坤人&讲师&硕士研究生&主要从事水电站自动化方面的研究1水 力 发 电第#1卷第

7、$期%&年$月!水 力 发 电!#年$月Water Power Vol.,-.o./!#$%&!#$%(的)*+,-.定义基准容量0/!额定容量0$!变压器的短路电压百分值101234设为变量其数据由#空$的5$6+属性给定%当点击命名为&计算$的)-77.0按扭来运行程序代码时计算电抗289/的值便由!#$%:;)*+,-.显示在窗口上如图?#函数过程的设备选择防雷接地和继电保护整定计算模块和?.A+,-.子过程的投资费和运行费模块三大功能模块 通过B9提供的自定义过程功能将每个模块定义为一个过程供主系统事件过程调用(这种被定义的模块化过程是独立的可分别进行调试和维护也可以以独立文件的形式存

8、在供其他程序调用(%&!&%选择结构的短路计算模块的建立短路计算是依据电力系统的电气接线图 运行方式和元件的技术数据等有关资料计算发电机变压器电抗器输电线路等元件的电抗做出计算电路图)然后按网络简化规则对各短路点的等值电路图进行简化求出相应的总的电抗最后进行短路电流和短路容量的计算2(C(由于设计电站的主接线方案接入系统方式元件数量和技术数据不同所得到的各短路点的等值电路图的形式也较为复杂(为此在建立通用的短路计算模型时必须做如下处理*+&,在设计电站的电气主接线图上设置节点%节点&设在被设计电站发电机的中性点上节点设在发电机出口侧最后一个节点设置在无穷大系统上%例如陕西陇县段家峡水电站电气主

9、接线节点设置图如图(所示%构造二维数组!D维数为3E3且3为最大节点数%+,根据各元件的技术数据利用B9的块FG多分支结构计算发电机变压器电抗器输电线路等元件的电抗并将各电抗按元件两个端点的节点号作为数组的元素号存储在!数组中而且令非电抗元素均为H如图:所示%为了计算方便每个电抗的两个节点号从小到大排列如果几个元件的节点号一样按并联处理后将结果再放回原来的元素位置)如果计算电抗为H按非电抗元素处理%图3为陕西陇县段家峡水电站电气主接线等值电路图其计算电抗数组!为*!a&a&-a&Ia&a-aIaI&aI-aII!#$%#&#Ha&HHHHHHHHHa(a:HHHHHHHHHHHHHHHHHHa

10、:3HH a:JHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHaKJHHHHHHHHH aJIHHHHHHHH!#$%#&#HHL:HHHHHHHHH:H;HHHHHHHHHHHHHHHHHH&3 HH H;L HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH H;(3 HHHHHHHHH H;33HHHHHHHH!#$%#&#H+(,简化规则来看每个短路点的总电抗是在等值电路图的基础上采用串联并联星M三角变换和转移电抗四种形式计算得来N34所以根据这四种变换形式再次结合块FG多分支结构建立每个短路点的电抗数组%以图3的4:短路点为例计算总阻抗其步骤如下*!将数组元素号中仅出现过一次

11、的单节点的元素置H即a(OHaKJOH)以短路节点:为中-图%水电站电气设计计算内容图!双绕组变压器计算电抗的可视化运行界面图段家峡水电站电气主接线节点设置-!Water Power Vol.,-.o./心!从a12和a89两头向带有%的元素计算!同时增加a12的行号和列号数!寻找与a12列号相同的行号元素!即a2&!a2%!#!a29$由于a2%既有数值!又与a12和短路节点连接!故计串联电抗a1%a12(a2%为发电机到短路点0%的总阻抗$同理!同时减去a89的行号和列号数!寻找与a89行号相同的列号元素!即a)8!a*8!#!a18$由于a%8既有数值!又与a89和短路节点连接!故串联电

12、抗a%9a89(a%8为无穷大系统到短路点0%的总阻抗如果在同时增加元素的行号和列号数时!寻找到两个与本元素列号相同的行号元素或者减去元素的行号和列号时!寻找到了两个与本元素行号相同的列号元素!而且其中有一个元素号为短路节点号!则进行转移电抗计算$否则!进行星+三角变换$%&统计所有短路点到发电机和无穷大系统的总电抗a12a29a1&a&9a1%a%9a1,a,9!并进行短路电流 短路容量的计算$注意!当a12a1&a1%a1,的有名值小于&!且a12%发电机端短路点&大于-.*时!必须转入运行曲线数据库中查找不同时刻的短路电流当a12的有名值比-.*小!按两相短路计算$!#/01子过程中的几

13、个计算模块的建立在水电站电气一二次设计中!无论是一个电站还是多个不同的电站!对同类电气设备的选择防雷接地和继电保护整定计算总是按固定的模式进行计算整定和校验2*3!而且这三种计算模式有一个共同的特点(已知许多参数和相关公式!通过计算获得一系列的数值进行选配和校验$而45提供的/01子过程能通过实参和形参的结合返回多个计算数据给主程序!所以利用它自定义电气设备选择防雷接地和继电保护整定计算的通用过程供主系统事件调用!可以减少重复率!提高设计效率$例如用/01子过程选择断路器时!编写的定义过程和调用过程如下(定义过程(/01 678 9a11:;7?a21:;7#a11:;7 a21:;7#a31

14、:;7 A调用过程(BCDD 6789a1:;7 a2:;7#a1:;7 a2:;7#a3:;7 A定义过程的678子过程名!只起标识过程作用!不能携带运算结果返回$而括号里的形参a11!a21!#!a31!既要传进已知的运算参数!又要传出计算结果$形参的总个数3等于已知参量和未知计算参量的总和$调用过程通过BCDD 6789A语句将其括号里的实参a1!a2!#!a3与定义过程的形参a11!a21!#!a31一一对应!其中a1!a2!#!a1表示断路器所在短路点的各种次暂态短路电流 热稳定电流平均电压额定容量和固有分闸时间等已知参数$a21!#!a31表示工作电压最大工作电流总的次暂态短路电流

15、短路容量和某时间内热效应等未知的计算参数$当主程序执行到该句时!程序转向678过程!实参与形参结合!将已知数据赋给a11!a21!#!a11!将零赋给待计算的实参a21!#!a31$当执行完断路器选配的/01子过程体后%从略&!变化了的a21!#!a31将计算结果传给主程序的实参a2!#!a3$同理!用相同的方法!也可完成防雷接地计算和继电保护整定计算$!#$E0=FGH=函数过程的投资费和运行费模块的建立在初步设计中!电站的投资费和运行费随着主接线拟定方案的不同也要进行若干次的反复计算I)J!与电气设备选择防雷接地和继电保护计算整定不同!它不需要计算许多数据!而仅需关心的是最终费用的大小$因

16、此!可利用45提供的E0=FGH=自定义模块函数过程!通过函数名只返回一个最终的投资费和运行费的计算数据给主系统!在主系统中进行方案比较$例如用E0=FGH=函数过程编写的投资费和运行费的定义过程和调用过程如下$定义过程(E0FGH=B9411:;7 421:;7#431:;7A调用过程(B94142#43A定义过程的函数名B存储函数的运算结果!而括号里的图%各元件计算电抗的块&多分支结构流程图(段家峡水电站电气主接线等值电路第&1卷第*期张宁!等(基于45的水电站电气一二次B:6系统计算模型的建立!水 力 发 电!#年$月Water Power Vol.,-.o./(上接第!页)#$%&$范

17、围内的引水隧洞进水口区域!淤沙从原来的(!&)$高程降低到(*)$高程通过以上+个不同特征流量下的模型试验可以观测到!设置导墙后!水库可以保持在死水位以上运行!引水隧洞进沙明显减少#枯水年水库排沙推荐方式由于红石岩水库泥沙问题严重!调节库容较小!仅有不完全日调节能力!长期维持有效的调节库容对该电站的正常运行极为重要为减少泥沙淤积对有效库容的侵占!在冲沙时要求尽量把整个库区的泥沙排出水库!同时也要求库尾的淤沙能够向坝前推进!减小库尾泥沙淤积 水库发电运行时!如何合理利用洪水期的来水!恰当安排部分或全部闸孔进行有效的冲沙!将直接影响到电站的经济效益甚至运行功能 鉴于此!模型试验还模拟研究了枯水年的

18、排沙方案在枯水年!由于上游流量较小!对库区的排沙不利 假设在枯水年非汛期时!水库以蓄水发电运行为主而不作专门的排沙!则库区的淤沙将较严重 模型试验时!参考设计部门提供的枯水年坝址逐日平均流量!模拟并观察水库在尽量利用来水进行发电的前提下的泥沙冲淤情况!结果发现库区特别是左岸和库尾的淤沙较为严重可见!在枯水年纯粹利用满发前提下的弃水流量进行冲沙尚不能达到冲沙要求!必要时应暂停发电并降低水位#降至发电死水位以下$专门安排冲沙!以提高冲沙的效果%从电站的运行经济效益方面考虑!电站运行时需要一定的调节库容以满足电力系统的调峰要求 为减少水库泥沙淤积对有效库容的侵占!建议在汛期或非汛期来水流量较大的适当

19、时期!可暂停发电并降低水位&降至发电死水位以下$进行分区或全断面冲沙!把库区的泥沙尽量排出水库!以维持必要的有效库容%由于不同年间!水库的运行方式及水库上游的入库流量不同!导致库区的淤沙程度也不同!因此应根据电站调峰运行所需的调节库容以及库区的具体淤沙情况!适时安排冲沙%$结语红石岩水库属泥沙问题严重型水库!通过水工模型试验和分析!提出了较为有效的改进方案!通过增设一道导墙!减少了引水隧洞进沙!提高了冲沙闸排沙效果%从提高电站的运行经济效益考虑!对电站运行方式提出了建议%参考文献,(-惠遇甲)河工模型试验,.-/北京清华大学出版社!(000/,*-吴持恭/水力学,.-/北京高等教育出版社!(0

20、*/,+-谢鉴衡/河床演变及整治,.-/武汉武汉水利电力学院!(00$/,1-钦荣著!等/河流推移质运动理论及其应用,.-/北京中国铁道出版社!(002/,3-于鲁田/多沙水流泵站技术,.-/北京中国水利水电出版社!(000/形参0(!0*(!(!01(只定义已知的运算参量!不考虑计算结果%在调用456789:6函数过程时!实参0(!0*!)!01将已知的变压器*断路器*隔离开关*开关柜的价格和台数*各设备的基础费*折旧费以及损耗等参数的数值一一传给对应的形参0(!0*(!+!01(当执行完函数体子程序&从略$时!由;携带投资费和运行费的计算结果返回主程序!计算模型的注意事项&($在构建结构化

21、程序时!明确结构之间的套用关系!分清主系统事件过程和各功能模块的子过程!特别要明确456789:6函数过程与?多分支结构模块时!要考虑全面!细划条件分支!有针对性地进行局部处理&+$为了从根本上消除,四舍五入-保留*%+位有效数据带来的累积误差,-!避免设备选择不合理和保护整定不动作或误动作!在编写程序代码时!按A提供的整型*长整型*单精度型和双精度型等数据类型!事先依据实际工程模式对各参数定义合适的数据类型!以保证最后的计算精确度%结论基于A的水电站电气一*二次设计;BC系统计算模型是建立在9D5EF AED97程序设计语言上的!它结合A独有的可视化运行界面和结构化程序设计模式构建了一种通用

22、型电站电气设计程序!尤其是利用A的选择结构*5=子过程与456789:6函数过程建立的短路计算*电器设备的选择和防雷接地及继电保护整定计算*投资费和运行费三大计算模块!具有良好的通用性和可移植性%该模型克服了旧的程序设计语言的不足!代替繁琐的手工计算!为进一步优化电站电气设计;BC系统提供了依据%参考文献,(-张宁!张渭!韩克敏/水电站电气设计;BC系统的开发,G-/西北大学学报!*$+!+&增刊$(#*H(11/,*-张宁!魏恩甲!何自立!等/水电站电气一*二次;BC的开发,G-/西北水力发电!*$*!(&*$3&I3/,+-季一峰/水电站电气部分,.-/北京水利电力出版社!(03/(2I(0/,#-李书琴!陈勇!孙健敏!等/9D5EF AED97 2/$程序设计教程,.-/西安西北大学出版社!*$*/*#I(2+/,3-魏恩甲/课程设计指导书,.-/杨凌西北农林科技大学出版社!*$(/*I+&/,2-尹会兵/陇县段家峡二级水电站计算机辅助电气设计,C-/杨凌西北农林科技大学!*$+/(+I+/,&-王益桂/陇县段家峡二级水电站电气设计,C-/杨凌西北农林科技大学!(00&/#I*/,-邓建中!葛仁杰!程正兴/计算方法,.-/西安西安交通大学出版社!(03/(*I(+/!