線路電流保護(hù)裝置模擬整定試驗(yàn)平臺(tái)

1、 28 28線路電流保護(hù)裝置模擬整定試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)學(xué) 生：陳超 指導(dǎo)教師：易娜（三峽大學(xué) 科技學(xué)院）摘 要：根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況和運(yùn)行工作的需要，本文介紹了線路電流保護(hù)裝置模擬整定試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)的必要性和設(shè)計(jì)思路。仿真程序的主要作用是對(duì)保護(hù)整定值的校驗(yàn)和電網(wǎng)事故分析，還能夠進(jìn)行保護(hù)人員的培訓(xùn)等等。繼電保護(hù)仿真程序的應(yīng)用，將給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。關(guān)鍵詞：繼電保護(hù) 設(shè)計(jì)構(gòu)想 仿真程序 abstract： the power of the actual situation and the need to run the work, this article describ

2、es the need for simulation program relay and design ideas. simulation programs primary role is to protect the entire value of the checksum and network incident analysis, but also the protection of personnel training and so on. application of the simulator relay, will power and economic operation of

3、security and stability brought considerable economic benefits and social benefits.keywords: relay protection design concept simulation program前言隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，繼電保護(hù)整定計(jì)算的工作量也越來(lái)越大，然而繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要任務(wù)。由于電網(wǎng)的運(yùn)行方式多種多樣，目前只能采用電網(wǎng)最大、最小、檢修等幾種運(yùn)行方式來(lái)簡(jiǎn)單概括所有運(yùn)行方式的方法計(jì)算保護(hù)定值。而選擇合理的運(yùn)行方式進(jìn)行計(jì)算，對(duì)保

4、證繼電保護(hù)裝置的可靠運(yùn)行以及充分發(fā)揮繼電保護(hù)裝置的性能具有十分重要的作用。由于一般的計(jì)算程序在運(yùn)行方式的選取、整定原則的編制、配合關(guān)系的選擇、計(jì)算過(guò)程的控制等方面都有嚴(yán)格的限制，造成由程序自動(dòng)計(jì)算出的整定值，不少情況下很不合理，如保護(hù)范圍過(guò)大或過(guò)小，失配多，動(dòng)作時(shí)限長(zhǎng)等，嚴(yán)重影響了保護(hù)性能。另外，對(duì)于局部新設(shè)備的投產(chǎn)，一般只能進(jìn)行局部電網(wǎng)保護(hù)定值的整定計(jì)算。但目前的整定計(jì)算程序都不能很好地處理這些問(wèn)題，有可能使整個(gè)電網(wǎng)保護(hù)定值的配合出現(xiàn)偏差，造成保護(hù)定值之間的不配合而使保護(hù)誤動(dòng)，針對(duì)以上問(wèn)題，研制了一套以圖形建模方法為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)整定計(jì)算、管理及仿真系統(tǒng)?？梢岳脠D形化軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)、

5、過(guò)程管理，電網(wǎng)故障分析，定值整定及仿真等。在整定計(jì)算中，可以方便地建立各種運(yùn)行方式的計(jì)算模型，進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算。也可以通過(guò)控制計(jì)算進(jìn)程，方便地融入整定工程師的寶貴經(jīng)驗(yàn)，借助整定程序優(yōu)化電網(wǎng)各級(jí)繼電保護(hù)裝置的整定值，以實(shí)現(xiàn)不同電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及不同運(yùn)行方式下的最佳整定方案，最大限度發(fā)揮繼電保護(hù)裝置的性能。通過(guò)靈活的電力系統(tǒng)故障仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)繼電保護(hù)定值的仿真校驗(yàn)，擺脫目前繼電保護(hù)裝置動(dòng)作行為只能在其動(dòng)作后才能判斷是否正確的被動(dòng)狀況，提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平和靈活性。它能迅速發(fā)現(xiàn)故障，進(jìn)而有選擇地切除故障。如果繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)故障時(shí)發(fā)生拒動(dòng)或誤動(dòng)，將造成故障的蔓延，甚至引起大面積的停電事故。要使電力系統(tǒng)

6、達(dá)到安全，可靠，穩(wěn)定的運(yùn)行，可靠的繼電保護(hù)顯得極為重要，而保護(hù)可靠性在很大程度上依賴于繼電保護(hù)裝置的可靠性和繼保人員的技能水平。通過(guò)建立一個(gè)與實(shí)際變電站運(yùn)行狀況相同或相似的繼電保護(hù)仿真環(huán)境，可以為各種保護(hù)裝置提供試驗(yàn)平臺(tái)，指導(dǎo)繼保人員充分理解裝置功能和特性，滿足人員培訓(xùn)和考核的需要，從而有效提高員工技能水平，也能讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室讓理論和實(shí)踐相結(jié)合，為以后走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1 線路電流保護(hù)概述1.1 研發(fā)背景電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力，繼電保護(hù)技術(shù)未來(lái)趨勢(shì)是向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保

7、護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。建國(guó)后，我國(guó)繼電保護(hù)學(xué)科、繼電保護(hù)設(shè)計(jì)、繼電器制造工業(yè)和繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍從無(wú)到有，在大約10年的時(shí)間里走過(guò)了先進(jìn)國(guó)家半個(gè)世紀(jì)走過(guò)的道路。50年代，我國(guó)工程技術(shù)人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國(guó)外先進(jìn)的繼電保護(hù)設(shè)備性能和運(yùn)行技術(shù)，建成了一支具有深厚繼電保護(hù)理論造詣和豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍，對(duì)全國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍的建立和成長(zhǎng)起了指導(dǎo)作用。阿城繼電器廠引進(jìn)消化了當(dāng)時(shí)國(guó)外先進(jìn)的繼電器制造技術(shù)，建立了我國(guó)自己的繼電器制造業(yè)。因而在60年代中我國(guó)已建成了繼電保護(hù)研究、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和教學(xué)的完整體系。這是機(jī)電式繼電保護(hù)繁榮的時(shí)代，為我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)

8、基礎(chǔ)。自50年代末，晶體管繼電保護(hù)已在開(kāi)始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護(hù)蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時(shí)代。其中天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研究的500kv晶體管方向高頻保護(hù)和南京電力自動(dòng)化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護(hù)，運(yùn)行于葛洲壩500 kv線路上，結(jié)束了500kv線路保護(hù)完全依靠從國(guó)外進(jìn)口的時(shí)代。在此期間，從70年代中，基于集成運(yùn)算放大器的集成電路保護(hù)已開(kāi)始研究。到80年代末集成電路保護(hù)已形成完整系列，逐漸取代晶體管保護(hù)。到90年代初集成電路保護(hù)的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用仍處于主導(dǎo)地位，這是集成電路保護(hù)時(shí)代。在這方面南京電力自動(dòng)化研究院研制的集成電路工頻變化量方向高頻保護(hù)起了重要作

9、用，天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研制的集成電路相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)也在多條220kv和500kv線路上運(yùn)行。我國(guó)從70年代末即已開(kāi)始了計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的研究，高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用。華中理工大學(xué)、東南大學(xué)、華北電力學(xué)院、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、重慶大學(xué)和南京電力自動(dòng)化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機(jī)保護(hù)裝置。1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置首先通過(guò)鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，揭開(kāi)了我國(guó)繼電保護(hù)發(fā)展史上新的一頁(yè)，為微機(jī)保護(hù)的推廣開(kāi)辟了道路。在主設(shè)備保護(hù)方面，東南大學(xué)和華中理工大學(xué)研制的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)和發(fā)電機(jī)?變壓器組保護(hù)也相繼

10、于1989、1994年通過(guò)鑒定，投入運(yùn)行。南京電力自動(dòng)化研究院研制的微機(jī)線路保護(hù)裝置也于1991年通過(guò)鑒定。天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研制的微機(jī)相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)，西安交通大學(xué)與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護(hù)也相繼于1993、1996年通過(guò)鑒定。至此，不同原理、不同機(jī)型的微機(jī)線路和主設(shè)備保護(hù)各具特色，為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究，在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。可以說(shuō)從90年代開(kāi)始我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)已進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代。計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的迅猛發(fā)展及電網(wǎng)綜合自動(dòng)化管理水平的提高，在繼電保護(hù)

11、計(jì)算機(jī)輔助整定軟件的使用過(guò)程中，用戶除了對(duì)軟件的準(zhǔn)確性、可靠性、運(yùn)行速度等提出要求外，越來(lái)越對(duì)軟件的直觀性、易用性提出更高的要求。這就要求我們軟件開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)出功能強(qiáng)大的、人機(jī)界面更加友好的應(yīng)用軟件。而進(jìn)行圖形程序設(shè)計(jì)就是這一過(guò)程中的重中之重。利用visual c+這一面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)軟件作為開(kāi)發(fā)工具，我們可以方便地開(kāi)發(fā)出滿足用戶需求的圖形處理功能強(qiáng)大的繼保機(jī)輔整定軟件。1.2 線路電流保護(hù)簡(jiǎn)介線路電流保護(hù)是由三段保護(hù)構(gòu)成的：1)電流速斷保護(hù)：電流速斷保護(hù)按被保護(hù)設(shè)備的短路電流整定，當(dāng)短路電流超過(guò)整定值時(shí)，側(cè)保護(hù)裝置動(dòng)作，斷路器跳閘。2)限時(shí)電流速斷保護(hù)：電流速斷保護(hù)一般沒(méi)有時(shí)限，不能保護(hù)線

12、路全長(zhǎng)（為避免失去選擇性），即存在保護(hù)的死區(qū)為克服此缺陷，常采用略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)以保護(hù)線路全長(zhǎng)時(shí)限速斷的保護(hù)范圍不僅包括線路全長(zhǎng)，而深入到相鄰線路的無(wú)時(shí)限保護(hù)的一部分，其動(dòng)作時(shí)限比相鄰線路的無(wú)時(shí)限保護(hù)大一個(gè)級(jí)差。3)過(guò)電流保護(hù)：作為下級(jí)線路主保護(hù)拒動(dòng)和斷路器拒動(dòng)時(shí)的遠(yuǎn)后備保護(hù)，同時(shí)作為本線路主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)的近后備保護(hù)，也作為過(guò)負(fù)荷時(shí)的保護(hù)，一般采用過(guò)電流保護(hù)。過(guò)電流保護(hù)通常是指其啟動(dòng)電流按照躲開(kāi)最大負(fù)荷電流來(lái)整定的保護(hù)，當(dāng)電流的幅值超過(guò)最大負(fù)荷電流值時(shí)啟動(dòng)。4)繼電保護(hù)裝置與安全自動(dòng)裝置屬于二次系統(tǒng)，但是，它是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行起著極為重要的作用，因?yàn)槎搪肥请娏ο到y(tǒng)中常見(jiàn)的嚴(yán)重故障，根

13、據(jù)短路發(fā)生的情況，有三相短路、兩相短路、兩相接地短路等。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)能夠采用合理的措施限制短路故障的影響范圍，保證電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。1.3 線路電流保護(hù)裝置模擬整定試驗(yàn)平臺(tái)的目標(biāo)繼電保護(hù)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)一門很重要的課程，該課程的理論內(nèi)容比較抽象，學(xué)生必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段加深理解，所以理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課程設(shè)置上非常緊密。但是，由于條件所限，許多學(xué)校無(wú)法完全開(kāi)設(shè)出課程要求的實(shí)驗(yàn)，有些學(xué)校即使能開(kāi)設(shè)出相應(yīng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，但設(shè)備都很陳舊、零散，在教學(xué)上難以規(guī)范操作，存在著誤差因素多、實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以分析、存在安全隱患等問(wèn)題，因而實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理困難，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)不夠重視，敷衍了事，使得繼電

14、保護(hù)實(shí)驗(yàn)多數(shù)流于形式，難以達(dá)到應(yīng)有的教學(xué)目的。為使繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)真正實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，本文提出了一種電力系統(tǒng)線路保護(hù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方案，一方面，能使學(xué)生在掌握繼電保護(hù)相關(guān)課程基本原理及實(shí)現(xiàn)方法的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)其動(dòng)手能力及解決問(wèn)題的能力；另一方面，能適應(yīng)新的形勢(shì)要求，配合創(chuàng)新型、綜合性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。自20世紀(jì)80年代末至今，我國(guó)的仿真技術(shù)獲得了極大的發(fā)展。在電力系統(tǒng)中，應(yīng)用較多的培訓(xùn)仿真系統(tǒng)有電廠仿真、電網(wǎng)運(yùn)行工況仿真和變電所仿真。一般說(shuō)來(lái)，凡是需要有一個(gè)或一組熟練人員進(jìn)行操作、控制、管理與決策的實(shí)際系統(tǒng)，都需要對(duì)這些人員進(jìn)行培訓(xùn)、教育與培養(yǎng)。早期的培訓(xùn)大都是經(jīng)過(guò)理

15、論講解和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)，通過(guò)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的積累來(lái)完成的，這種培訓(xùn)方式因是在實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)上進(jìn)行操作，不僅培訓(xùn)成本高、培訓(xùn)時(shí)間長(zhǎng)，而且有些故障只能在實(shí)際發(fā)生時(shí)才能得到實(shí)際操作的機(jī)會(huì)，致使一部分知識(shí)只有感性認(rèn)識(shí)，得不到實(shí)際操作的鍛煉。隨著系統(tǒng)規(guī)模的加大、復(fù)雜程度的提高，特別是造價(jià)日益昂貴，訓(xùn)練時(shí)因操作不當(dāng)引起的破壞而帶來(lái)的損失大大增加，因此，提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性、可靠性事關(guān)重大。為解決這些問(wèn)題，出現(xiàn)了培訓(xùn)仿真系統(tǒng)，模擬實(shí)際系統(tǒng)的工作狀況和運(yùn)行環(huán)境，以避免運(yùn)用實(shí)際系統(tǒng)時(shí)可能帶來(lái)的危險(xiǎn)性及高昂的代價(jià)。2 相關(guān)開(kāi)發(fā)技術(shù)介紹2.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件的選擇隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的迅猛發(fā)展及電網(wǎng)綜合自動(dòng)化管理水平的提高，在繼

16、電保護(hù)計(jì)算機(jī)輔助整定軟件的使用過(guò)程中，用戶除了對(duì)軟件的準(zhǔn)確性、可靠性、運(yùn)行速度等提出要求外，越來(lái)越對(duì)軟件的直觀性、易用性提出更高的要求。這就要求軟件開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)出功能強(qiáng)大的、人機(jī)界面更加友好的應(yīng)用軟件。而進(jìn)行圖形程序設(shè)計(jì)就是這一過(guò)程中的重中之重一般開(kāi)發(fā)人員喜歡用vb6.0來(lái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)因?yàn)槠淇梢暬亲詈玫?，但本課題的開(kāi)發(fā)選擇的是vc+6.0的開(kāi)發(fā)環(huán)境，vc+是完全面向?qū)ο蟮木幊坦ぞ?，而vb是不夠完全的面向?qū)ο缶幊坦ぞ?，vc+是完全編譯語(yǔ)言，vb是本地編譯語(yǔ)言，不夠完全，vc+效率高，封裝性好，繼承性高，vb效率相對(duì)低了很多。2.2 visual c+簡(jiǎn)介visual c+是一個(gè)功能強(qiáng)大的可視化軟件

17、開(kāi)發(fā)工具。自1993年microsoft公司推出visual c+1.0后，隨著其新版本的不斷問(wèn)世，visual c+已成為專業(yè)程序員進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)的首選工具。 雖然微軟公司推出了visual c+.net(visual c+7.0)，但它的應(yīng)用的很大的局限性，只適用于windows 2000,windows xp和windows nt4.0。所以實(shí)際中，更多的是以visual c+6.0為平臺(tái)。 visual c+6.0不僅是一個(gè)c+編譯器，而且是一個(gè)基于windows操作系統(tǒng)的可視化集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（integrated development environment,ide）。visual c

18、+6.0由許多組件組成，包括編輯器、調(diào)試器以及程序向?qū)ppwizard、類向?qū)lass wizard等開(kāi)發(fā)工具。 這些組件通過(guò)一個(gè)名為developer studio的組件集成為和諧的開(kāi)發(fā)環(huán)境。3 平臺(tái)需求分析3.1 功能分析隨著微機(jī)保護(hù)、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)等新技術(shù)的發(fā)展、新設(shè)備的不斷升級(jí)應(yīng)用，繼保人員面對(duì)的不同廠家、不同類型、不同軟硬件版本的二次設(shè)備越來(lái)越多。電力系統(tǒng)的特殊性使得繼保人員不能在實(shí)際運(yùn)行的變電站中進(jìn)行各種試驗(yàn)，以致繼保專業(yè)人員不能快速、充分了解裝置的功能和特性，僅僅依靠校驗(yàn)規(guī)程無(wú)法掌握調(diào)試校驗(yàn)要點(diǎn)，造成實(shí)際校驗(yàn)時(shí)項(xiàng)目不完整、數(shù)據(jù)判斷不合理、事故分析時(shí)數(shù)據(jù)量缺乏等不正?，F(xiàn)象。為解

19、決這些問(wèn)題該試驗(yàn)平臺(tái)要完成某電網(wǎng)的線路參數(shù)設(shè)置，電流保護(hù)配置,整定計(jì)算，故障設(shè)置，保護(hù)動(dòng)作，斷路器分合等一系列試驗(yàn)。下面分別對(duì)這些功能進(jìn)行分析3.1.1電網(wǎng)的線路參數(shù)設(shè)置線路參數(shù)：母線電壓，單位長(zhǎng)度線路阻抗參數(shù)，發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗，發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)。3.1.2電流保護(hù)配置（1）電流保護(hù)分為主保護(hù)，后備保護(hù)和輔助保護(hù)。主保護(hù)：反映整個(gè)保護(hù)元件上的故障能以最短的延時(shí)有選擇地切除故障的保護(hù)稱為主保護(hù)后備保護(hù)：住保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，用來(lái)切除故障的保護(hù)，稱為后備保護(hù)。輔助保護(hù)：為補(bǔ)充住保護(hù)或后備保護(hù)的不足而增設(shè)的簡(jiǎn)單保護(hù)。（2）小電流接地系統(tǒng)（35kv以下）輸電線路一般采用三段式電流保護(hù)反應(yīng)相間短路故障：由于小

20、電流接地系統(tǒng)沒(méi)有接地點(diǎn)，故單相接地短路僅視為異常運(yùn)行狀態(tài)，一般利用母線上的絕緣監(jiān)察裝置發(fā)信號(hào)，由運(yùn)行人員“分區(qū)”停電尋找接地設(shè)備。對(duì)于變電站來(lái)講，母線上出線回路數(shù)較多，也涉及供電的連續(xù)性問(wèn)題，故一般采用零序電流或零序方向保護(hù)反應(yīng)接地故障。對(duì)于短線路行方式變化較大時(shí)，可不考慮i段保護(hù)，僅用ii段+iii段保護(hù)分別作為主保護(hù)和后備保護(hù)使用。（3）110kv輸電線路一般采用三段式相間距離保護(hù)作為相間短路故障的保護(hù)方式，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)是以小電流接地系統(tǒng)為主采用三段式電流保護(hù)，故對(duì)距離保護(hù)不做多的解釋。3.1.3線路電流保護(hù)的整定計(jì)算電流速斷保護(hù)（第段）：對(duì)于僅反應(yīng)于電流增大而瞬時(shí)動(dòng)作電流保護(hù)

21、，稱為電流速斷保護(hù)。(1)、短路電流的計(jì)算：圖3.1電流速斷保護(hù)i段圖中、1最大運(yùn)行方式下d(3) 2最小運(yùn)行方式下d(2) 3保護(hù)1第一段動(dòng)作電流 可見(jiàn)，id的大小與運(yùn)行方式、故障類型及故障點(diǎn)位置有關(guān)最大運(yùn)行方式：對(duì)每一套保護(hù)裝置來(lái)講，通過(guò)該保護(hù)裝置的短路電流為最大的方式。（zs.min）最小運(yùn)行方式：對(duì)每一套保護(hù)裝置來(lái)講，通過(guò)該保護(hù)裝置的短路電流為最小的方式。（zs.max）(2)整定值計(jì)算及靈敏性校驗(yàn)為了保護(hù)的選擇性，動(dòng)作電流按躲過(guò)本線路末端短路時(shí)的最大短路短路整定 ( ) 保護(hù)裝置的動(dòng)作電流：能使該保護(hù)裝置起動(dòng)的最小電流值，用電力系統(tǒng)一次測(cè)參數(shù)表示。（idz）在圖中為直線3，與曲線1、

22、2分別交于a、b點(diǎn)可見(jiàn)，有選擇性的電流速斷保護(hù)不可能保護(hù)線路的全長(zhǎng)靈敏性：用保護(hù)范圍的大小來(lái)衡量 lmax 、lmin,一般用lmin() 來(lái)校驗(yàn)要求：（1520） 希望值50方法： 圖解法 解析法： 可得 式中 zl=z1l被保護(hù)線路全長(zhǎng)的阻抗值動(dòng)作時(shí)間t=0s(3)總結(jié)1)僅靠動(dòng)作電流值來(lái)保證其選擇性2)能無(wú)延時(shí)地保護(hù)本線路的一部分（不是一個(gè)完整的電流保護(hù)）。限時(shí)電流速斷保護(hù)（第段）(1)要求1)任何情況下能保護(hù)線路全長(zhǎng)，并具有足夠的靈敏性2)在滿足要求1)的前提下，力求動(dòng)作時(shí)限最小。因動(dòng)作帶有延時(shí)，故稱限時(shí)電流速斷保護(hù)。(2)整定值的計(jì)算和靈敏性校驗(yàn)為保證選擇性及最小動(dòng)作時(shí)

23、限，首先考慮其保護(hù)范圍不超出下一條線路第段的保護(hù)范圍。即整定值與相鄰線路第段配合。動(dòng)作電流： 動(dòng)作時(shí)間： t取0.5，稱時(shí)間階梯靈敏性： 要求：1.31.5若靈敏性不滿足要求，與相鄰線路第段配合。此時(shí)：動(dòng)作電流：動(dòng)作時(shí)間：1)構(gòu)成：與第段相同：僅中間繼電器變?yōu)闀r(shí)間繼電器。2)小結(jié)： 限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍大于本線路全長(zhǎng) 依靠動(dòng)作電流值和動(dòng)作時(shí)間共同保證其選擇性 與第段共同構(gòu)成被保護(hù)線路的主保護(hù)，兼作第段的金后備保護(hù)。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（第段）(1)作用：作為本線路主保護(hù)的近后備以及相鄰線下一線路保護(hù)的遠(yuǎn)后備。其起動(dòng)電流按躲最大負(fù)荷電流來(lái)整定的保護(hù)稱為過(guò)電流保護(hù)，此保護(hù)不僅能保護(hù)

24、本線路全長(zhǎng)，且能保護(hù)相鄰線路的全長(zhǎng)。(2)整定值的計(jì)算和靈敏性校驗(yàn)：1)動(dòng)作電流：躲最大負(fù)荷電流 （1）在外部故障切除后，電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)時(shí)，應(yīng)可靠返回。圖3.2定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)iii段電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)電流要大于它正常工作電流，因此引入自起動(dòng)系數(shù)kzq （2）式中， 顯然，應(yīng)按（2）式計(jì)算動(dòng)作電流，且由（2）式可見(jiàn)，kh越大，idz越小，klm越大。因此，為了提高靈敏系數(shù)，要求有較高的返回系數(shù)。（過(guò)電流繼電器的返回系數(shù)為0.850.9）2）動(dòng)作時(shí)間在網(wǎng)絡(luò)中某處發(fā)生短路故障時(shí)，從故障點(diǎn)至電源之間所有線路上的電流保護(hù)第段的測(cè)量元件均可能動(dòng)作。例如：下圖中d1短路時(shí)，保護(hù)14都可能起動(dòng)。為了保證選擇性，須加

25、延時(shí)元件且其動(dòng)作時(shí)間必須相互配合。圖3.3階梯時(shí)間特性即 、 、 階梯時(shí)間特性注：當(dāng)相鄰有多個(gè)元件，應(yīng)選擇與相鄰時(shí)限最長(zhǎng)的配合3）靈敏性近后備： id1.min本線路末端短路時(shí)的短路電流遠(yuǎn)后備： id2min 相鄰線路末端短路時(shí)的短路電流構(gòu)成：與第段相同小結(jié)： 第段的idz比第、段的idz小得多，其靈敏度比第、段更高； 在后備保護(hù)之間，只有靈敏系數(shù)和動(dòng)作時(shí)限都互相配合時(shí)，才能保證選擇性； 保護(hù)范圍是本線路和相鄰下一線路全長(zhǎng)； 電網(wǎng)末端第段的動(dòng)作時(shí)間可以是保護(hù)中所有元件的固有動(dòng)作時(shí)間之和（可瞬時(shí)動(dòng)作），故可不設(shè)電流速斷保護(hù)；末級(jí)線路保護(hù)亦可簡(jiǎn)化（或），越接近電源，t越長(zhǎng)，應(yīng)設(shè)三段式保護(hù)。4 平臺(tái)

26、總體設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)線路電流保護(hù)的理論內(nèi)容比較抽象，我們必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段加深理解，所以理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課程設(shè)置上非常緊密。本課題為“線路電流保護(hù)裝置模擬整定試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)”，來(lái)源于理論研究。此設(shè)計(jì)是以純軟件的方式搭建線路電流保護(hù)裝置模擬整定試驗(yàn)平臺(tái)。該試驗(yàn)平臺(tái)可完成某電網(wǎng)的線路參數(shù)設(shè)置，電流保護(hù)配置，整定計(jì)算，故障設(shè)置，保護(hù)動(dòng)作，斷路器分合等一系列試驗(yàn)。使學(xué)生了解實(shí)際水電站及發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置，熟悉發(fā)電機(jī)故障及繼電保護(hù)裝置動(dòng)作過(guò)程，熟悉繼電保護(hù)裝置定值設(shè)定和故障報(bào)文，掌握繼電保護(hù)的整定計(jì)算技術(shù)，在一定程度上具備適應(yīng)實(shí)際繼電保護(hù)工作的能力。4.1.1 系統(tǒng)的要求在界面設(shè)計(jì)上要求圖標(biāo)簡(jiǎn)潔

27、明了，色彩搭配合適，方便用戶的使用，并能滿足用戶的使用需求。4.1.2界面設(shè)計(jì)中的主要問(wèn)題和解決辦法主要問(wèn)題：1)vc的編程思想2)圖形界面的開(kāi)發(fā)過(guò)程解決方法：1)通過(guò)實(shí)際操作和查閱相關(guān)資料2)在學(xué)校機(jī)房試驗(yàn)在后臺(tái)設(shè)計(jì)中，編寫程序代碼要層次清晰，結(jié)構(gòu)分明。4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)的初期我對(duì)整個(gè)系統(tǒng)首先列了一個(gè)流程圖按照流程圖的順序開(kāi)始對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，流程圖如下：參數(shù)設(shè)置計(jì)算機(jī)進(jìn)行整定計(jì)算與整定值進(jìn)行比較保護(hù)動(dòng)作滿足條件不滿足條件保護(hù)不動(dòng)作圖3.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖4.2.2系統(tǒng)模塊圖圖3.3.2系統(tǒng)模塊圖4.2.3圖形建模模塊本系統(tǒng)是以visual c+

28、為主要開(kāi)發(fā)工具，采用層次化體系結(jié)構(gòu)建模組合層提供了支持繼電保護(hù)多方法、多層次建模的模型框架，主要包括基本模型庫(kù)、模型管理工具和組態(tài)式建模環(huán)境等組件。圖形建模塊提供給用戶簡(jiǎn)單實(shí)用的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編輯，管理的工具和方便快捷的圖形操作手段，通過(guò)圖形系統(tǒng)用戶能夠快速地完成電廠一次系統(tǒng)拓?fù)浣泳€圖的繪制和修改，并實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的大部分操作。具體的編輯工具包括對(duì)圖形的復(fù)制，剪切，粘貼，刪除，單個(gè)元件的移動(dòng)及塊移動(dòng)等。所繪制的接線圖可以記錄下包括起始坐標(biāo)和終止坐標(biāo)在內(nèi)的圖元和各種屬性并存放在數(shù)據(jù)庫(kù)里，自動(dòng)形成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同元件之間的拓?fù)潢P(guān)系。另外模塊提供多種顯示方式與顯示工具，使用戶可以從圖上非常直觀地查看各

29、種運(yùn)行方式下元件的運(yùn)行狀態(tài)，元件參數(shù)和計(jì)算結(jié)果等。圖形繪制完畢后，可以將其保存為圖形文件，下次使用時(shí)重新調(diào)出，還可以對(duì)接線圖及元件參數(shù)進(jìn)行再次修改和補(bǔ)充。系統(tǒng)提供了圖形模塊與其他三個(gè)模交互的接口，可以很方便地調(diào)用圖形數(shù)據(jù)以供故障計(jì)算及定值整定模塊使用。4.2.4故障分析模塊故障分析模塊提供設(shè)置故障的人機(jī)對(duì)話接口，自動(dòng)生成序網(wǎng)圖，進(jìn)行故障分析，輸出故障分析結(jié)果。故障分析采用穩(wěn)態(tài)法。故障計(jì)算模塊提供了簡(jiǎn)單故障計(jì)算功能，能計(jì)算出配電網(wǎng)各種形式短路時(shí)所產(chǎn)生的短路電流及其向本系統(tǒng)內(nèi)其他支路分配的短路電流，并將各支路的故障電流分量以表格的形式顯示出來(lái)，同時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化以及設(shè)備檢修或新添加設(shè)備造

30、成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變更的時(shí)候，只需要在一次系統(tǒng)圖上斷開(kāi)或合上相應(yīng)的開(kāi)關(guān)以及輸入相應(yīng)改變的設(shè)備參數(shù)，重新計(jì)算以后，就可以自動(dòng)獲得在心的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系下某點(diǎn)發(fā)生短路后短路電流在系統(tǒng)里的分布。該模塊計(jì)算出的短路電流數(shù)值可以提供給定值整定計(jì)算模塊，用于保護(hù)定值整定計(jì)算和靈敏度校驗(yàn)。4.2.5保護(hù)整定模塊保護(hù)整定模塊是整套系統(tǒng)的核心部分，包括保護(hù)配置和整定計(jì)算兩部分功能。它實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)常用設(shè)備的保護(hù)定值的整定計(jì)算和管理。在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中嚴(yán)格遵循（3110kv電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程）的規(guī)定，并結(jié)合配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行編制，兼顧通用和專用性。不同于以往同類軟件，本系統(tǒng)的整定計(jì)算是直接面向具體的繼

31、電保護(hù)裝置的，根據(jù)保護(hù)裝置的生產(chǎn)廠家，設(shè)備型號(hào)等信息分別建立相應(yīng)的保護(hù)設(shè)備信息庫(kù)。在建立信息庫(kù)時(shí)，與保護(hù)裝置相對(duì)應(yīng)的定值清單列表及整定規(guī)則原始信息已經(jīng)確定并寫入庫(kù)中，將來(lái)用戶對(duì)某個(gè)保護(hù)裝置整定值所作的修改，即是對(duì)該保護(hù)所對(duì)應(yīng)的信息庫(kù)中的相關(guān)信息進(jìn)行修改。修改后的定值單及整定規(guī)則經(jīng)用戶確認(rèn)后，將自動(dòng)保存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中并覆蓋掉原來(lái)的記錄。用戶只需要添加某類設(shè)備的某種保護(hù)并輸入相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)，就可以計(jì)算出來(lái)。對(duì)于一般的常用保護(hù)，計(jì)算定值的時(shí)候整定規(guī)則可以直接從已經(jīng)定制好的整定計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)中提取，同時(shí)由于繼電保護(hù)整定計(jì)算原則的復(fù)雜性和多樣性，我們構(gòu)建了自定義保護(hù)模式，用戶可以通過(guò)增加新的保護(hù)整定規(guī)則以

32、及對(duì)原來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)里存放的整定規(guī)則的修改，來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)整定計(jì)算的通用性和靈活性。4.2.6信息管理模塊信息管理模塊用于實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)數(shù)據(jù)的管理功能，包括數(shù)據(jù)查詢，數(shù)據(jù)備份和刪除等。可以調(diào)用系統(tǒng)提供的定值單模塊，在用戶參與下自動(dòng)生成保護(hù)裝置的整定定值。4.2.7仿真應(yīng)用層仿真應(yīng)用層是基于應(yīng)用框架層的具體應(yīng)用，主要實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置內(nèi)部工作邏輯檢驗(yàn)、故障回放分析、保護(hù)新原理驗(yàn)證、定值優(yōu)化和保護(hù)系統(tǒng)效能評(píng)價(jià)等仿真應(yīng)用功能。4.2.8人機(jī)交互界面人機(jī)交互界面是連接用戶與軟件的橋梁，用戶通過(guò)人機(jī)界面調(diào)用上述各功能模塊實(shí)現(xiàn)軟件的操作。本系統(tǒng)的圖形界面包括標(biāo)題欄，菜單欄，工具欄窗口，視圖窗口和狀態(tài)欄窗口。其中標(biāo)題欄是工程或

33、文件的名稱，視圖為用戶提供可視的電氣接線圖畫面，菜單和工具為用戶提供操作途徑，狀態(tài)欄反應(yīng)了工程或文件當(dāng)前的狀態(tài)。5 平臺(tái)詳細(xì)設(shè)計(jì)5.1 界面設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)分的界面設(shè)計(jì)分為，主界面、參數(shù)設(shè)置、故障設(shè)置、定值設(shè)置、動(dòng)作報(bào)文。下面對(duì)這些對(duì)話框的構(gòu)成和應(yīng)用一一介紹。5.2 具體功能設(shè)計(jì)（1）本程序分析的是簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的電流保護(hù)則應(yīng)先有較直觀的電力系統(tǒng)等效圖，而次程序要求人機(jī)界面交互，則應(yīng)用鼠標(biāo)事件選取相應(yīng)區(qū)域，彈出對(duì)話筐對(duì)應(yīng)元件設(shè)置。如圖5.2.1用戶一進(jìn)入本設(shè)計(jì)程序首先看到的就是主界面的接線圖圖5.2.1主界面主界面是通過(guò)對(duì)程序的編譯出來(lái)的主代碼如下：ccurrent_protectiondoc* pd

34、oc = getdocument();assert_valid(pdoc);pdc-selectstockobject(null_brush);cpen newpen,*poldpen;newpen.createpen(ps_solid,pdoc-m_pwidth,pdoc-m_pcolor);poldpen=pdc-selectobject(&newpen);cbus bus1(cpoint(100,100),cpoint(100,150),pdoc-m_pwidth,pdoc-m_pstyle,pdoc-m_pcolor);bus1.drawing(pdc);cbus bus2(cpoin

35、t(300,100),cpoint(300,150),pdoc-m_pwidth,pdoc-m_pstyle,pdoc-m_pcolor);bus2.drawing(pdc);cbus bus3(cpoint(500,80),cpoint(500,170),pdoc-m_pwidth,pdoc-m_pstyle,pdoc-m_pcolor);bus3.drawing(pdc);cgenerator generator1(cpoint(52,110),pdoc-m_pwidth,pdoc-m_pstyle,pdoc-m_pcolor)generator1.drawing(pdc);pdc-mov

36、eto(80,124);pdc-lineto(100,124);cline line1(cpoint(150,124),cpoint(300,124),pdoc-m_pwidth,pdoc-m_pstyle,pdoc-m_pcolor);line1.drawing(pdc);cbreaker breaker1(cpoint(100,124),pdoc-m_pwidth,pdoc-m_pstyle,pdoc-m_pcolor);breaker1.drawing(pdc);cline line2(cpoint(350,124),cpoint(500,124),pdoc-m_pwidth,pdoc-

37、m_pstyle,pdoc-m_pcolor);line2.drawing(pdc);cbreaker breaker2(cpoint(300,124),pdoc-m_pwidth,pdoc-m_pstyle,pdoc-m_pcolor);breaker2.drawing(pdc);cbreaker breaker3(cpoint(500,90),pdoc-m_pwidth,pdoc-m_pstyle,pdoc-m_pcolor);breaker3.drawing(pdc);cbreaker breaker4(cpoint(500,160),pdoc-m_pwidth,pdoc-m_pstyl

38、e,pdoc-m_pcolor);breaker4.drawing(pdc);（2）接下來(lái)單擊左鍵發(fā)電機(jī)1就會(huì)彈出圖5.2.2的參數(shù)界面，此界面是給用戶設(shè)定最大和最小阻抗的如果不設(shè)定本界面的參數(shù)將無(wú)法繼續(xù)后面的整定，以至于整個(gè)系統(tǒng)不動(dòng)作：圖5.2.2電機(jī)阻抗的設(shè)置表5.2.2 控件屬性值設(shè)置id類型對(duì)應(yīng)變量變量類型idd_dialog_generator對(duì)話框cgeneratordialogcdialogidc_generator_numeditm_generator_numcstringidc_generator_zmaxeditm_generator_zmaxdoubleidc_gener

39、ator_zmineditm_genertor_zmindouble本界面是由以下主代碼實(shí)現(xiàn)的：if(point.y110&point.y52&point.x122&point.y100&point.x122&point.y300&point.x500)clinedialog line_dialog;cstring name=2;line_dialog.m_line_num=name;line_dialog.m_line_z_length=line2.length;line_dialog.m_line_z_unit=line2.z_unit;if(line_dialog.domodal()=i

40、dok)line2.length=line_dialog.m_line_z_length;line2.z_unit=line_dialog.m_line_z_unit;line2.z=line2.length*line2.z_unit;（4）當(dāng)所有的參數(shù)設(shè)置完畢后就點(diǎn)擊主界面左上方的整定就會(huì)出現(xiàn)以下圖5.2.4的對(duì)話框，通過(guò)設(shè)置，調(diào)用后臺(tái)函數(shù)整定，通過(guò)人機(jī)交互界面顯示出整定結(jié)果，如前面的對(duì)話框沒(méi)設(shè)定參數(shù)的話就會(huì)出現(xiàn)亂碼的現(xiàn)象：圖5.2.4電流保護(hù)的整定表5.2.4 控件屬性值設(shè)置id類型對(duì)應(yīng)變量變量類型idd_dialog_generator對(duì)話框cgeneratordialogcdialog

41、idc_protection_11editm_protection_11doubleidc_protection_12editm_protection_12doubleidc_protection_13editm_protection_13doubleidc_protection_21editm_protection_21doubleidc_time_11editm_time_11doubleidc_time_12editm_time_12doubleidc_time_13editm_time_13doubleidc_time_21editm_time_21double圖5.2.4的對(duì)話框由以

42、下主代碼實(shí)現(xiàn)：double ccurrent_protectionview:currentprotection_1(double x1, double zsmin)double iset;iset=krel_1*ue/(1.732*(x1+zsmin);return iset;double ccurrent_protectionview:currentprotection_2(double x1, double x2,double zsmin)double iset,itemp;itemp=currentprotection_1(x1,x2,zsmin);iset=krel_2*itemp;r

43、eturn iset;double ccurrent_protectionview:currentprotection_3(double ilmax)double iset;iset=krel*kss*ilmax/kre;return iset;void ccurrent_protectionview:onprotectionset() / todo: add your command handler code herecsetvaluedialog setvaluedialog;setvaluedialog.m_protection_11=currentprotection_1(line1.

44、z,generator1.z_min);setvaluedialog.m_time_11=0.0;setvaluedialog.m_protection_21=currentprotection_1(line1.z,line2.z,generator1.z_min);setvaluedialog.m_time_21=0.0;setvaluedialog.m_protection_12=currentprotection_2(line1.z,line2.z,generator1.z_min);setvaluedialog.m_time_12=0.0+space_t;setvaluedialog.

45、m_protection_13=currentprotection_3(ilmax);double t1,t2;t1=1.0+space_t*2;t2=1.5+space_t*2;setvaluedialog.m_time_13=(t1122&point.y150&point.x122&point.y350&point.xm_pwidth,pdoc-m_pstyle,pdoc-m_fcolor);m_mpoint=cpoint(point.x,124);dc.moveto(point.x,124);dc.lineto(point.x-5,134);dc.moveto(point.x-5,134

46、);dc.lineto(point.x,134);dc.moveto(point.x,134);dc.lineto(point.x-5,144);dc.moveto(point.x-5,144);dc.lineto(point.x-7,141);dc.moveto(point.x-5,144);dc.lineto(point.x-2,142);cshortkinddialog short_kind_dialog;short_kind_dialog.m_kind=1;if(short_kind_dialog.domodal()=idok)kind=short_kind_dialog.m_kind

47、;on_menu=2;（7）檢驗(yàn)結(jié)果要求直觀，則通過(guò)對(duì)后臺(tái)函數(shù)判定在對(duì)話框顯示，短路點(diǎn)設(shè)置完畢以后繼續(xù)在左上方的保護(hù)整定處單擊故障仿真系統(tǒng)就會(huì)動(dòng)作彈出4.2.7的對(duì)話框，顯示故障點(diǎn)在哪里有保護(hù)的動(dòng)作段。到此處整個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)就也就結(jié)束了：圖5.2.7保護(hù)動(dòng)作情況一覽表5.2.7控件屬性值設(shè)置id類型對(duì)應(yīng)變量變量類型idd_dialog_generator對(duì)話框cgeneratordialogcdialogidc_run_1editm_run_1cstringidc_run_2editm_run_2cstringidc_run_3editm_run_3cstring圖5.2.7的對(duì)話框可由以下主代碼實(shí)現(xiàn)：if(m_mpoint.x150&m_mpoint.x240&m_mpoint.x350&m_mpoint.x150&m_mpoint.x240&m_mpoint.x350&m_mpoint.x150&m_mpoint.x240&m_mpoint.x350&m_mpoint.x500)sim