可视化地铁供配电系统继电保护整定软件的开发.pdf
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1、第3 9 卷 第 1 0期 2 0 1 1 年 5 月 1 6日 电力 系统 保 护 与控制 P o we r S y s t e m P r o t e c t i o n a n d Co n t r o l V_0 1 3 9 No 1 O M a y 1 6,2 0 1 1 可视化地铁供配电系统继电保护整定软件的开发 夏成军,谢 奕,邱桂华(华南理工大学电力学院,广东 广州 5 1 0 6 4 0)摘要:在分析地铁供配电系统继电保护整定的特殊性的基础上,开发了一套适用于地铁供配电系统的继电保护整定软件。软 件以实用性、可扩展性和界面友好性为设计原则,基于典型的三层架构进行开发,参考 I
2、 E C 6 1 9 7 0 标准提 出的公用信息模型 (C I M)并结合地铁供配电系统实际对元件进行建模,采用图模一体化技术提供友好整定界面,可结合用户经验进行保护定 值的整定,提 高了整定结果的可靠性。介绍了软件的应用情况,并对软件的进一步完善进行了探讨。关键词:地铁;继电保护;整定计算;可视化 De v e l o p me n t o f v i s u a l r e l a y p r o t e c t i o n s e t t i n g c a l c u l a t i o n s o f t wa r e f o r me t r o p o we r s u p p
3、 l y s y s t e m X I A C h e n g-j u n,XI E Y i,QI U G u i-h u a (S c h o o l o f El e c t r i c P o we r,S o u t h Ch i n a Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,Gu a n g z h o u 51 0 6 4 0,Ch i n a)Ab s t r a c t-On t h e b a s i s o f the a n a l y s i s o f p a r t i c u l a r i ty o fr e l
4、 a y p r o t e c t i o n s e t t i n g c a l c u l a t i o n f o r me t r o p o we r s u p p l y s y s t e m,a r e l a y p r o t e c t i o n s e tt i n g s o ft wa r e wh i c h i s s u i t a b l e for me uo p o we r s u p p l y s y s t e m i s d e v e l o p e d Th i s s o f t wa r e i s d e s i g n
5、e d b a s e d o n the p r i n c i p l e o f p r a c t i c a l i t y,e x t e n d i b i l i ty,and i n t e r f a c e f r i e n d l y f e a t u r e,a n d d e v e l o p e d b ase d o n the typi c a l t h r e e-l a y e r s t r u c t u r e Mo d e l i n g o fc o mp o n e n t s i s i mp l e me n t e d wi t
6、h r e f e r e n c e t o CI M s tat e d i n S t and ard I E C61 9 7 0 an d c o mb i n i n g the r e a l i ty o f me t r o p o we r s u p p l y s y s t e mT h e s o ft ware p r o v i d e s fri e n d l y s e t t i n g i n t e rfa c e wi th i n t e g r a t i o n o f p i c t u r e s an d mo d e l s,and r
7、 e a l i z e s p r o t e c t i o n s e tt i n g c o mb i n i n g wi th u s e r S e x p e r i e n c e,wh i c h i n c r e a s e s the rel i a b i l it y o f s e t t i n g res u l t T h e a p p l i c a t i o n o f t h i s s o ftwa r e i s i n t r o d u c e d an d f u r t h e r i mp r o v e me n ts are
8、d i s c u s s e d Ke y wo r d s:me t r o;r e l a y p r o t e c t i o n;s e tt i n g c a l c u l a t i o n;v i s u a l i z a t i o n 中图分类号:T M7 7 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 4-3 4 1 5(2 0 1 1)1 0-0 1 1 6 0 5 0 引言 当前,电网及发电厂继 电保护整定软件 的研究 工作都已取得一定的成果,开发技术也较为成熟。而 目前在地铁供配 电系统的继 电保护整定软件的研 究开发工作还是很欠缺的,国内外专门针对地铁供 电系统
9、的整定计算综合软件尚属空白,地铁供配电 系统继保定值均采用人工整定,这与当今计算机技 术的迅猛发展不相适应。而随着地铁线路的增加,其供配电网络越来越复杂,用 电设备的数量急剧增 加,对用电设备及供 电设备的保护要求也越来越高。对供配电网络的保护整定进行系统研究,开发 出一 套适用于地铁的继电保护整定软件显得十分必要。为了减轻继保整定计算人员的工作量,提高工 基金项目:华南理工大学中央高校基本科研业务费专项资金 资助(2 0 0 9 Z M 0 2 1 0)作效率,减少误整定,本文开发了“可视化地铁供 配电系统继 电保护整定软件”,详细介绍了本软件设 计的总体 目标、数据库设计、各功能模块设计并
10、探 讨了软件进一步完善的方向。1 地铁供配电系统继电保护整定的特殊性 地铁供配电系统 网络接线及其保护配置存在不 同于电网的特殊性,整定计算时需要考虑到这些特 殊性,因此将现有电网继电保护软件应用于地铁供 配 电系统是不合适 的。1 1后备保护动作时限配合往往存在问题 目前,国 内各城 市 的地铁供配 电网络 多采用 3 5 k V,其供电方式多采用集中供电的方式【1 1。典型 供 电方式如图 1所示。从图 1 可 以看 出,在 同一个分区内的线路和变 压 器均装设定 时限过流保 护作为后 备保护 的情况 下,由于定时限过流保护的动作时限需按阶梯原则 夏成军,等 可视化地铁供配电系统继电保护整
11、定软件的开发 整定,使得主变 电所变压器定时限过流保护的动作 时限往往 比上一级元件(主变电所 1 1 0 k V进线)的 定时限过流保护的动作时限还大,存在保护时限配 合问题。车站变电所 车站变电所 车站变电所 车站变电所 车站变电所 车站变电所 车站变电所 车站变电所 图 1地铁供配电系统集中供电示意图 F i g 1 Ce n t r a l i z e d p o we r s u p p l y i n me t r o p o we r s u p p l y s y s t e m 对于该问题,可采用以下两种方法解决:1)分段装设定时限过 电流保护。将一个供 电分 区分成几段,在
12、每段首端装设定时限过电流保护,即几个车站变电所作为一段而装设一个定时限过电 流保护。2)降低 时限阶段。使用高精度元件时,时 限阶段,可降低到 0 1 7 0 2 7 S,具体取决于断路 器和保护装置性能等实际情况。对于第一种解决方法,牺牲了保护的选择性,并未从根本上解决问题。本软件采用第二种解决方 法,由用户根据保护配置实际情况,选择时限阶段,一般取 0 2 5 S,当缩小时限阶段仍不能满足时限配 合关系时,给 出提示,用户可采用解决方法 1,分 段装设定时限过流保护,并再次进行整定。1 2地铁供配电系统存在大量 0 4 k V 保护需要整定 地铁供配 电系统 0 4 k V保护整定内容甚多
13、,既 有定时限与反时限的配合,又有上级保护与下级保 护的配合,而且装置种类繁多。这些都给保护定值 的整定带来麻烦。本软件参照发电厂低压厂用电保护的整定原 p U t,结合地铁供配电系统接线和保护配置的实际 情况,按照下述总体原则进行整定计算:上下级的 保护配合,应是上一级的过流保护与下级的过流保 护配合;上一级的限时速断保护与下一级的速断保 护配合,特殊情况下可 由上一级的限时速断保护(短 延时)与下一级的限时速断保护(短延时)配合。1 3电缆线路的差动保护在电力系统中较为少见 地铁供配 电系统采用电缆线路供 电,电缆线路 差动保护在电力系统中较 为少见,且装置型号繁多。对于同一种保护类型,不
14、同装置需要整定的量往往 也不相 同,研究制定装置级地铁 电缆线路差动保护 整定原则也是本软件要解决的问题。2 软件总体设计 2 1软件设计目标 提供可视化界面,能够实现地铁供配电系统 的 一次电气接线图的绘制和修改,并结合用户整定计 算经验对地铁 1 1 0 k V、3 5 k V、0 4 k V三级交流 电 网元件的保护定值进行整定以及保护定值单的生成 及管理。为了保证继保整定人员能在简单 的操作中根据 要求完成各项计算和管理工作,并保证结果正确,过程流畅,软件必须具备 以下几个特点:1)实用性。软件必须考虑到上述特殊性,结合 地铁供配 电系统网络接线和保护配置 的实际情况,对各种保护定值进
15、行整定。2)可扩展性。包括整定原则 的扩展和地铁运行 线路的扩展。由于软件采用模块化编程,当新增某 种类型的保护时,只需在相应的模块里增加该保护 的整定计算代码即可。当新增地铁线路时,用户可 根据实际情况绘制新增线路 的电气接线图。由于同 一时期投运的不同地铁线路 的网络接线和保护配置 都比较相似,本软件还提供全线复制的功能,可将 某一地铁的网络接线和保护配置复制到另一线路 上,减少绘制接线图和录入保护装置的工作量。3)界面友好性。软件必须尽量使用用户熟悉的 用户交互模型,界面力求做得通用,减少用户与软 件交互时的负担,做到操作简单、查询方便。2 2软件架构 本软件采用典型的三层架构:表现层、
16、中间业 务层和数据层。其中表现层为软件 的界面,接受用 户任务;中间业务层为各个功能模块,处理用户任 务并与数据层交互:数据层为系统软件 的底层数据 库。三层架构是个灵活的体系结构,各层保持相对 的独立性,有利于系统的扩展、升级和移植【3 J。软 件架构图如图 2所示。3 软件详细设计 3 1数据库设计 数据库处于软件三层结构中的最底层,各功能 1 1 8 电力系统保护与控制 肘 曩 i t l 嘲 图形建楼 I l矮赡 流 l l 整定 算j I l 蒸缆管理 獠 瓣 I 嚣 j陵 lI 攒 姨 I 镤 璇 。i =彭 浒鄂 嘴库 绕组继承变压器绕组类的属性,变压器的端点 1 为 高压侧绕组
17、端点 1(T 1),变压器的端点2为低压侧 绕组端点 2(T 4),如 图 3所示,这样就减少了两个 变压器绕组之间的连接节点 C N1,可减少拓扑分析 时网络的规模,提高拓扑搜索的效率。模块都需要与数据库进行交互。数据库 的设计,直 接关系到软件运行 的性能和 日后软件的维护。本软 件 的核心部分在于继 电保护整定计算,基础在于对 网络进行拓扑分析之后的短路电流计算。因此,元 件模型的建立是本软件的关键,关系到电气网络拓 扑分析的效率。故元件参数表的设计是数据库设计 的核心部分。传统的拓扑分析方法多是基于特定的数据 结构 描述的,往往通过建立若干复杂的关联表,采用数 据结构加算法实现,这种方
18、法数据量庞大而复杂,不易管理。随着面向对象技术的发展,学者提出了 面向对象的建模方法,对对象进行建模,直观且易 于维护,可以克服传统拓扑分析方法的缺点。文献 4】基于V i s u a l G r a p h提 出了一种面 向图形对象的建 模方法。而在面 向对象建模 时,由于开发平台的不 同,建模 目的的不 同,使得元件模型并无多大的通 用性。I E C6 1 9 7 0 公共信息模型(C o mmo nI n f o r ma t i o n Mo d e l,简称 c I M)是一个抽象模型,它表示包含 在企业运行中的电力企业的所有主要对象。本软件 中各元件的数据库模型主要是参考 C I
19、M3 0 1部分定 义 的核心包(C o r e)、拓扑包(T o p o l o g y)、电线包(Wli r e s)的内容,并结合地铁供配 电系统实际情况 而设计 的。C I M3 0 1定义的设备连接关系通过“导 电设备(C o n d u c t i n g E q u i p me n t)一 终端(T e r mi n a 1)一 联 结点(C o n n e c t iv it y No d e)”的关联关系来表现,相 对于文献【4】提出的“元件一元件”的关联关系,结 构显得相对复杂,在保证 了灵活性扩展性的同时,牺牲了拓扑搜索的效率。为了提高拓扑搜索的效率,本文结合地铁供配电
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