基于典型接线方式的向导式厂站图自动生成方法研究

引言

随着国民经济的快速发展,电网规模不断扩大,新建电厂、变电站需求越来越多,对应电网自动化调度主站系统数字化图纸及模型构建的工作量也不断增加。在电网自动化、调度领域,电力厂站一次图是日常调度运行管理的基本工具,对保证图形运维的高效性、及时性和准确性具有积极的现实意义,有利于主站系统图模数的一体化建设及信息共享。

目前工程应用中各个调度主站系统在新投运厂站时,主要通过手工绘制或拷贝相似结构的厂站图进行修改生成新的厂站图,再通过模型录入、检索器关联的方式实现图模一体化构建,人工维护工作量较大。理论研究方面,针对电力系统图形自动生成的研究主要集中在根据电网拓扑模型信息构建图形。文献描述了根据一次CIM模型信息借助oraclespatial网络分析功能自动识别厂站图典型接线方式,按不同电压等级分区布局厂站接线图的方法。文献描述了包括布局、容器和图形3种由高到低的层次化样式生成厂站一次图和分图的方法,开发实现了一套厂站图辅助生成系统。文献从电网潮流图自动生成的角度出发,研究根据厂站、馈线模型自动生成电网潮流图。文献描述了配网应用领域中基于拓扑模型信息的单线图、联络图自动生成算法。文献针对IEC61970一301标准提出改进建议,通过构建通用布局模型,解决变电站模数图的一致性映射,实现由模型自动生成厂站图形。

本文从电网厂站图典型接线方式出发,详细描述厂站图内部元素特征,包括发电机、主变、母线接线、进出线间隔、母联间隔、母分间隔、附属设施间隔及设备图元等,配合相关配置策略,向导式描述厂站图内部结构,灵活生成厂站一次图。

1典型接线方式

厂站图的接线方式一般由厂站的容量、出线回数、环境、负荷特性等诸多因素决定。理论上,基础的电气接线方式是可以枚举的,一般按母线分类,常用的形式分为有母线和无母线两大类。有母线的主接线形式包括单母线和双母线。无母线的主接线主要有单元接线、桥形接线和角形接线等。通过梳理厂站基本接线方式,分析厂站内部一次图拓扑连接关系,可逐次构建厂站图内部组合结构。

1.1单母

单母接线主要包括单母无分段、单母分段、单母(分段）加旁母等接线形式,其中单母无分段结构如图1所示。

单母接线布局主要根据各个母线配置的负荷间隔数及负荷间隔配置信息进行二维空间的位置划分。布局过程为:(1）确定母线起始位置及长度(根据间隔数量及水平间距参数）。(2）根据间隔数量依次布局间隔元件。其中间隔布局过程为:根据间隔配置确定间隔垂直长度:从母线侧依次放置刀闸、地刀、虚拟节点、开关、刀闸、地刀等元件。(3）对配置有旁母的情况,布局当前间隔与旁母连接刀闸的位置。此外,对分段的情况,通过多个母线独立配置,并通过母分间隔实现连接。

1.2双母

双母结构包括双母无分段、双母3分段、双母4分段、3/2接线、4/3接线、变压器母线组接线及双母(分段）加旁母接线等,其中双母无分段结构如图2所示。

双母接线比单母接线相对较复杂。与单母布局类似,首先根据母线起始位置及配置的负荷间隔布局母线位置,需要根据双母间距参数设置为两个母线。其次根据负荷间隔的配置信息布局负荷间隔元件。不同之处在于各个负荷间隔需根据偏移参数设置两个刀闸与两个母线建立关联。再次,与单母接线相比,双母结构需增加母联元件布局,对母线的长度也需要有一定的调整。

最后,针对3/2接线和4/3接线等特殊方式,在布局时需设计特殊的布局函数来实现布局,根据负荷垂直长度计算双母单位的布局。

1.3单元接线

单元接线方式下发电机与变压器直接连接,没有或很少有横向联系的接线方式,一般用于发电厂中。如图3所示。

单元接线方式的布局较简单,主要根据布局起点设备对象,依次向上或向下排列元件图元位置即可。

1.4桥形接线

桥形接线分为内桥接线和外桥接线两种形式,如图4所示。

与双母接线中的3/2接线和4/3接线等特殊方式类似,桥形接线也设计为对应的布局函数进行H形元件图元布局,根据内桥、外桥参数配置,计算水平连接断路器的位置。

1.5角形接线

角形接线的各个边互相连接成闭合的环形,各进出线回路中只装设隔离开关,分别接至多角形的各个顶点上。与桥形接线方式类似,三角接线、四角接线都可以通过特定的布局函数实现,根据几何形状特性,计算各个元件图元在几何图形中的具体位置。

2厂站图生成

2.1总体流程

本文主要针对有汇流母线特征的厂站图进行自动生成。无汇流母线结构的一次图一般结构相对简单,暂不做讨论。厂站图自动生成的总体流程如图5所示。

首先通过向导式界面,配置待生成厂站的内部结构、模型及布局参数,生成一个厂站结构描述文件(SSD）。其次由厂站自动成图算法实现从厂站结构描述文件到图形(G）文件的转化。用户对生成的G文件进行效果评估,包括主观感知和量化分析。针对成图效果不够理想的情况,可进行向导界面的布局参数修正,重新成图。此外,在当前图模一体化的应用场景下,工具也支持同步生成厂站模型,免于人工维护模型和检索器关联的过程。在具体生成模型时基于模型约束规则实现设备名称唯一、设备编号自动生成等。

2.2主变描述

主变分为两卷变(有载和无载两种）和三卷变(有载、无载、有载自耦、无载自耦）,接线方式也不尽相同。经过分析总结,主变描述包含:主变名称、主变类型两卷变、三卷变）、主变图元、各个电压等级(高、中、低）的中心点设备、各个电压等级绕组的附属设备信息等。通过提供最大化描述主变对象的能力,实现各个不同应用场景下的主变描述。

2.3母线描述

母线描述体现了基本电气接线方式。通过高、中、低不同电压等级分别配置其间隔宽度、母线数量、母分信息等。母线配置中除提供基本的接线形式外,还考虑附属设备的配置、进出线类型及对侧厂站等信息。

2.4间隔描述

间隔对象用于构建母线与母线、母线与主变、母线与负荷(端子）、母线与附属设施的连接拓扑关系,定义了间隔中的断路器、刀闸、地刀、电抗、避雷器等设备的配置情况。

此外还包括母分间隔、主变间隔、附属设施间隔等,具体配置基本类似。

2.5布局布线

布局环节实现主变、母线、间隔等元素的坐标分配。布局针对各个电压等级区域分别处理。以某一特定电压等级区域为例,布局过程如下:

(1）根据该区域内的母线集合计算区域尺寸(长度和宽度）:

(2）根据母线顺序、间隔数及排列风格（水平、均匀网格）划分各个母线的子区域空间:

（3）根据母线类型、间隔分配线端、负荷、附属设备位置:

（4）根据母分间隔、主变间隔分配对应连接线位置。

在完成各个区域的布局后,通过布线实现各个母线区域内的连线及各个区域间的连线。厂站图内部布线一般以直线或一个拐点的折线居多,但在处理母线与主变对象的布线时,由于主变区域内的多个主变处于同一个水平位置且连接多个不同母线,因此,需要根据主变位置动态设定连接线拐点坐标的位置偏差,以避免连接线重叠。

3应用案例

上述厂站图向导辅助生成方法,在国网某分中心具体项目实施过程中,辅助绘制了多张发电厂、变电站一次接线图,加以少量的模型维护及修正工作,完全满足用户绘图的需求。

根据经验,完全通过人工制作模型库和绘制图形,平均一张图需要约6h,而基于辅助工具一次性生成图模再局部修正,可在10min左右的时间内完成全厂站设备模型、图形的维护,有效提高了图形制作效率和标准化程度,验证了该方案的可用性和有效性。

4结语

根据典型电气接线方式,实现了典型厂站图的辅助生成工具。通过某分局的具体应用,可有效增强厂站图模的绘制效率。实际应用中的接线形式灵活多样,难以穷尽枚举。因此,针对部分更为复杂、特殊的接线方式,还需要进一步分析研究。