矿井供电保护整定程序化方案设计.pdf

矿井供电保护整定程序化方案设计 冯新军 郑煤集团公 司告成煤矿 摘要针对矿井供电电网保护整定计算复杂 、 繁琐等问题 , 根据矿井供电放射形结构的技 术特点 , 利用计算机技术 , 设计出了一种新型 的继电保护整定计算方 法 人工智能计算 法 。 使矿井供电继 电保护实现程序化 , 保证了矿井电网保护灵敏 、 可靠 。 文中对该方 法的基 本原理 、 结构 、 特点等进行了阐述 。 关键词保护整定程序化 方案设计 在矿井供电中 , 继电保护装置正确整定与否直接关系着整个矿井的供电安全问题 。 而继电保护整 定计算是一项十分复杂繁琐的工作 , 它要求按照一定的整定计算原则 , 以电网的短路电流计算为基 础 , 进行大量 、 反复地对整定值进行计算 、 比较和筛选 。 尤其是在煤矿供电系统中 , 负荷变化比较频 繁 , 在负荷稍有变化时 , 就要对整定值进行重新计算 , 稍有不慎 , 就会造成整定值计算错误 , 给矿井 供电安全带来隐患 。 因此 , 怎样把整定计算人员从繁杂的计算中解放出来 , 是许多专家学者和技术人 员一直追求的目标 , 随着计算机技术的提高 , 尤其是人工智能技术的迅速发展 , 使实现这个目标有了 技术支持 。 智能型计算方案 方案总体设计 该方案主要由以下几个模块组成电网拓扑绘 图模块 、 参数数据库模块 、 整定规则库模块 、 、 模块 、 驱动模块 、 输人输出模块等 。 具体结构如图所示 。 功能模块介绍 电网拓扑 图模块 电电网拓扑图模块块块常用设备技术参数库库 电电缆技术参数库库 整整整整高 、 低压系统参数库库库两相短路电流值库库 定定定定定定定定定定定定定定定定定定定定定定定定定 计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计 算算算算模块块块短路电流数据库 卜卜卜 两相短路计算曲线库库 系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系系 统统统统统统统统统统统统统统统统统统统统统统统 驱驱驱驱动模块块块三相短路电流值库库 模块块 输输入瑜出模块块块整定核校模块块 图智能型整定计算方案总体设计方框图 一一 电网拓扑图模块是一个面向使用对象的电网绘图工具 , 它内嵌机械和电子绘图软件包 , 能够支持 全屏动态缩放 、 屏幕漫游 , 以线路 、 开关 、 断路器 、 变压器等基本图元为绘图单位 , 各图元通过定义 形成网络拓扑结构 , 进行系统一次网络图和二次网络图的绘制 , 操作十分方便 。 该模块除了具有图形 编辑软件的一般功能外 , 它还可以无隙地嵌人数据库和保护整定计算模块中 。 因此 , 该模块实际上充 当了本系统的用户交互界面 , 用户在此拓扑图上即可进行数据库操作并可启动线路 、 变压器或开关的 保护整定计算工作 。 参数数据库模块 它是将在整定过程中所需的各种数据 , 如常用设备技术参数 、 各种型号电缆技术参数以及变压器 低压侧两相短路计算值等编制成数据库 , 输人计算机存储在该模块中 , 当系统一次网络图和二次网络 图绘制完毕后 , 可以自动或人工从该数据库中对所需数据进行选取 , 并同网络拓扑图一次结构紧密相 关 , 一一对应 , 当系统一次结构变化后 , 参数数据库数据内容相应修改 。 参数数据库内容在需要时可 以打印出来 。 整定规则库模块 结合矿井供电网络结构模式 , 充分考虑各种因素对整定计算的影响 , 将各种保护整定方法进行总 结 、 归纳 、 整理 , 形成标准化 、 公式化的整定规则 , 编制成各种处理程序 , 以计算机语言形式形成各 种整定规则库 。 如短路保护整定电流计算方法 、 过流继电器整定计算公式 、 熔体额定电流选择规定以 及变压器的保护电流整定公式等 。 整定规则库是完全独立的 , 其修改 、 补充等操作单独进行 。 它与参 数数据库共同构成整定计算方案的数据源 。 接 口模块 整定计算是在一次图形界面上完成的 , 要通过 , 开放数据库互 联将参数数据 、 短路电流数据以及 网络拓扑结构参数结合起来 , 完成相应的计算 。 模块 模块是整个方案的核心部位 , 它通过接口模块对画出的供电系统图进行识别 , 对所需的各 个技术参数及计算所需特性曲线进行选取 , 然后按照整定规则 、 核校规则对整个整定工作进行技术数 据处理 , 它主要包括三大部分短路电流计算模块 、 整定计算模块和整定核校模块 。 其中 , 短路电流 计算模块利用已形成的网络拓扑结果及参数数据库 , 以各母线为故障点 , 对实际运行方式下的三相短 路 、 两相短路 、 单相接地 、 两相短路接地的故障电流大小进行计算 , 形成短路电流数据库 , 然后按一 定格式在桌面上显示或进行输出打印 。 整定计算模块主要分为整定设置 、 线路保护整定及元件保护整定部分 。 对所需 的有关系数要 求 , 例如灵敏系数 、 可靠系数 、 配合系数等按照整定规则进行整定计算 , 在整定计算时 , 它还根据使 用者习惯分为种方式 , 即 全自动方式整定人只需把供电系统图绘出 , 对各个部件的技术参数正确选取 , 余下所有 整定步骤全部由计算机完成 , 根据用户在系统一次图上选定的电力元件 , 系统直接启动相应保护的整 定计算模块 , 通过调用参数数据库 、 短路电流数据库 、 规则库的内容进行整定计算 , 全过程没有人工 干预 半 自动方式由人工指定失配点及失配参数 , 计算机完成后面的工作 全人工方式全部整定步骤采用 网络界面问答式 , 由整定人逐步完成 , 每一步的计算结果 均在系统网络界面上屏幕显示 。 计算过程可以根据实际情况进行人工干预 。 整定计算模块对所有的计算结果均以整定计算书的形式输出 。 整定核校模块主要是对整定过程中每个环节所计算出的整定值 , 按照规则要求进行核校 , 以达到 满足矿井安全供电的实际要求 。 在对整定值进行核校时 , 无论是否满足要求 , 系统均会在网络界面上 给出提示 , 并在不能满足安全要求时 , 对系统存在的问题进行分析 , 并提出一些改进建议供用户进行 一一 选择 , 当选择结果确定后 , 会对选择后的系统参数进行重新整定 、 核校 , 直到符合要求为止 。 驱动模块和输入输出模块 该模块分别为该系统提供动力和路径 , 系统各部位在驱动模块的作用下 , 对所需的各种技术参数 进行选取 , 对所计算出的结果进行网络界面显示或打印输出 。 开发软件的选择 软件运行平台中文 加 以上操作系统 中文 以上操作系统大都具有内置的双字节汉字内核 , 无需再外挂中文平台即可显示汉 字 , 极大地方便了国内用户 。 以上操作系统与以及相比较 , 有操作容 易 、 支持抢先式多任务 、 运行稳定等优点 。 数据库接口工具 是一个由微软公司提出的开放式数据库互连的标准 , 发展到现在在技术上已 相当成熟 , 几乎所有主要的数据库开发商都提供了相应的驱动程序 。 的优点在于它使程 序员无须关心他所要存取的数据源的类型 、 位置和格式等 。 他只需调用相同的 函数来和 接 口打交道即可 , 直接和某个特定的数据库交互则由来完成 。 这样 , 一方面使程序员的工作量大 为减轻 , 另一方面使得程序更加灵活 , 因为当低层数据库发生变化如数据库由变为 时 , 应用程序不需做较大的改动可适应新的数据源 。 数据库开发软件 呱 中文版 中文版是微软公司在中文版之后推出的更新的数据库开发 及管理软件 , 它在小型的数据库应用中具有许多优点 。 它是一个台式的关系型数据库 , 但同时又可被 应用到客户 服务器数据库前端机的开发应用中 。 它生成的数据库仅由一个文件组成 , 极易管理 。 而 且 , 它能充分利用其稳定 、 多任务的优势 , 并给开发人员一个良好的开发界面 , 操作相当容易 。 它具 有以下特点 支持多种数据形式 , 可以从 ,, 肠 一一 ,, 肠 一 , 和中引人数据 。 提供一整套极富特色的集成窗口式菜单开发环境 , 所有对象的属性采用窗口式表达 , 大大 减少了编程语言 , 使得建立 、 编辑和调试一个应用程序既轻松又快速 。 本身并不是一个面向对象的数据库系统 , 但它是一个面向对象的开发 环境 。 引人了数据库标准查询语言 , 用户可能直接在程序中嵌人语言 , 从而使 成为比较完善的关系数据库系统 。 在中 , 可使用函数 , 支持和 。 中的数据库安全控制机制也是传统的数据库无法比拟的 。 编程语言 肠 是微软公司推出的应用程序开发工具 。 较之其他同类产品如 , 等 , 功能更加强大 。 它支持平台上几乎所有技术标准的开发 , 其 编译器支持增量编译 , 每次编译只将修改过的部分重编译一遍 , 而其他部分不动 , 大大加快了编译速 度 , 缩短了开发时间 。 在中 , 的功能大为增强 , 可以为开发人员自动生 成许多代码 , 使开发人员能够把精力集中于程序所要实现的特定功能上 , 不必为一些细节浪费时间 。 绘图软件 绘图软件使用 的是 刃 简体中文版和中文版 , 这两软件方便国内用户掌握 , 还具有较强功能 , 又能很好地嵌人电网拓扑图模块中 , 所绘图形较容易被辨识 。 一一 数据处理程序流程 该方案在对数据处理时 , 主要处理流程如图所示 。 图数据处理程序流程 图 应用效果分析 该方案经过模拟演示 , 与实际手工计算相比具有以下特点 数学模型简单 。 由于该系统是建立在矿井实际供电方式的基础上 , 以单电源或双电源辐射 型网络作为整定计算的对象 , 大大简化了整定计算的数学模型 , 从而使整定计算的复杂程度大大 降低 。 人机界面友好 。 数学模型简单使开发者在开发平台的选择上有很大的余地 , 可以充分利用 近年来推出的优秀商业软件 , 从用户角度开发出具有直观 、 简单 、 灵活的人机界面的软件 , 可以随时 进行人机对话 , 在整定时 , 每一整定步骤可以根据需要在网络界面显示 , 便于监控 , 当参数选择错误 或整定值超限时 , 以图像和声响发出警告 。 而一些 图形单元直接显示在桌面 , 便于初学者进行图形 绘制 。 输人输出设计灵活 。 参数的输人完全在系统一次图形界面上完成 , 彻底摈弃了过去需要用 户做节点编号 、 做数据文件的方法 , 大大降低了工作量 。 计算结果的输出有两种方式 , 一是在屏幕输 一一 出 , 这样可以让整定人监视整定计算的每一个步骤 , 这对于整定计算的审核十分有利第二种方式是 以整定计算书的形式输出 , 可以文本格式进行编辑 , 由于 目前微机保护的许多小定值不是计算的结 果 , 而是运行方式的一些具体要求 , 因此对整定计算书进行必要的编辑 , 一方面使计算书更加完整 , 另一方面对无纸化办公也有一定的意义 。 整定过程计算速度快 , 整定计算准确 。 操作应用简单 、 方便 。 在专用的电网拓扑绘图模块下 , 供电系统图一旦绘好 , 网络数据的 拓扑结构就建成 , 整定计算的全过程都是在系统一次图形的界面下完成 , 不需要使用者对底层进行操 作 , 都能自动完成 。 大大降低了使用者掌握软件的难度 , 稍经培训就可以方便地使用 。 可与矿区局域网及安全监控系统无缝连接 , 尤其是当设备和电缆管理实行微机化管理后 , 无须再单独向该方案中参数模块中输人设备和电缆技术参数 , 该系统可直接调用设备库和电缆库微机 内数据 , 实现资源共享 。 其次 , 各节点整定数据实时显示在安全监控系统中 , 便于共同监管 。 结语 由于矿井供电网络本身所固有的一些特性 , 以前 , 人工智能这一先进技术在矿井电网的整定计算 领域应用较少 。 本文是根据矿井供电网络实际结构特点及计算机技术的发展态势 , 设计的一种具有较 强可操作性的电网继电保护整定计算方案 。 由于目前矿井供电网络中各节点设备的保护机构大都是独 立存在 , 该方案无法对各节点保护机构进行实时动态控制 。 但随着科学技术的发展 , 人工智能技术将 越来越多地运用到工业生产中去 , 一旦各节点保护机构实行联 网控制 , 该方案将在其发挥出显著作 用 。 因此 , 该方案在开发研究方面仍具有较大的拓展空间 。 参考 文献 「张启辉 、 蒋昊模糊控制原理与应用 , 电子工业出版社 , 〔 」谢启江数据通信与微型计算机局部网络 , 北京 , 电子工业出版社 , 」北京邮电学院通信教研室 , 数据通信及传输原理 , 北京人 民邮电出版社 , 〔 」顾永辉 , 范廷攒 , 煤矿电工手册 , 煤炭工业出版社 , 仁煤炭工业部 , 三大保护整定细则 , 煤炭工业出版社 , 作者简介 冯新军 , 男 , 年生 , 河南省淮阳县人 , 工程师 , 本科学历 , 现任郑煤集团公司告成煤矿副 总工程师 , 一直从事技术管理工作 , 曾发表论文多篇 。