CN102521428A - 一种水电站电气一次部分cad系统及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水电站电气一次部分CAD系统，包括：电气计算模块，是基于选择结构、Sub子过程和/或Function函数过程建立的结构化计算模块，用于实现短路计算，电气设备选择、防雷接地及继电保护整定计算以及投资运行费计算；水电站一次部分关系型数据库，是通过将各种特性曲线数字化形成数字表格，并基于关键字段实现电气一次各数字表格之间的一对一或一对多关系所建立的数据库。本发明的电气计算模块具有良好的通用性和可移植性，数据库运用字段级、窗体级的输入确认规则和SQL标准化查询语言，即保证了数字正确性，提高了数字处理水平，又实现了数字自动查询功能，减少了计算程序运行间断点。本发明还提供了上述CAD系统的设计方法。

Description

一种水电站电气一次部分CAD系统及其设计方法

技术领域

本发明涉及水电站设计技术领域，更具体地，涉及一种水电站电气一次部分CAD系统及其设计方法。

背景技术

在电力系统中，电气一次部分是指直接用于生产、输送和分配电能的高压电气系统，例如发电机、变压器、断路器、隔离开关、输电线路等。电气二次部分是指针对所述电气一次部分进行监测、控制、保护等操作的低压电气系统。在水电站的电气设计计算中，同样涉及电气一次部分和电气二次部分的设计、计算和分析。如图1所示，电气一次部分的设计主要包括：接入系统方式的设计及相应投资运行费用比较，电气主接线设计及相应投资运行费比较，电气设备选择，短路电流计算(包括计算电抗和短路电流)，厂变选择，防雷接地等。电气二次部分的设计主要包括：发电机、变压器及线路的控制、测量、保护及整定计算，水机自动化设计、同期系统设计、信号系统设计等。

水电站的电气一次设计是水电站设计的一个重要组成部分。传统的方法是采用静态分析、经验估算、近似设计、方案比较的框架，拟订接入系统和水电站主接线方案，进行经济技术比较；选择短路点和计算短路电流；选择、校验电气设备以及防雷接地的计算等。

起初，随着CAD技术的不断发展，国内外水电行业引进和开发了若干CAD系统应用于实际工程设计中来进一步优化设计，并取得了明显效果。在数据计算上，90％的设计计算工作量已由计算机完成，许多先进的设计单位甩掉图板而代之以计算机和相应的软件系统。但遗憾的是这些基于CAD的设计仍然缺少中小型水电站电气设计的高效和优化方法，图纸的产生仍基于点、线、面的绘制方法中；数据的处理也仍停留在数据库的建立和简单的计算上；水电站数值计算与信息管理系统的开发基本还停留在单项开发的水平上。

到了70年代，随着计算机价格大幅度的降低，CAD设计的诱人的威力，市场竞争日益激烈化，作为产品的开发和更新的第一关是如何极大的缩小设计周期、提高设计质量和设计成本，这已成为企业生存的生命线，从而引起广大企业和设计师的高度重视。水电站电气CAD设计系统和设计方法就是把计算机及相关技术与水电站电气设计各环节有机的组成一个集科学计算、图形设计、数字处理、分析检验于一体的水电站优化设计方法。它是在计算机硬件、软件技术基础上的，同时吸收了与设计技术相关的其他学科理论和技术：如数据分析、计算几何与图形学、信息处理、优化理论、可靠性设计、系统工程以及设计方法学等。用系统的CAD设计理念来改造传统设计方法，使水电站电气设计在设计领域中开拓出新的途径，这已成为竞相研究和推广并带来重大变革的发展战略。

目前水电站电气CAD设计的方法主要是在图形处理方面已有了长足的发展，借助AutoCAD、Protel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。与其相比，在计算方面，由于早期的程序设计语言(像Basic、Fortran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；而且在数字处理方面还处在一个很低的水平，没有建立与水电站电气设计相适应的数据库。特别是在运行电气设计计算模块时，从设计手册中取用大量的技术数字必须通过人工查找后输入到程序中，才能继续完成计算任务。这给提高设计效率，缩短设计周期造成了诸多不利的影响，可以说现有的CAD设计系统和设计方法的不足已经成为制约水电站电气系统设计发展水平的瓶颈。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明的主要目的是为了缩短设计周期，提高工作效率，改善水电站电气设计技术，提供的一种水电站电气一次部分CAD系统及其设计方法。

本发明所述的水电站电气一次部分CAD系统，其特征在于，包括：

电气计算模块，是基于选择结构、Sub子过程和/或Function函数过程建立的结构化计算模块，用于实现短路计算，电气设备选择、防雷接地及继电保护整定计算以及投资运行费计算；

水电站一次部分关系型数据库，是通过将各种特性曲线数字化形成数字表格，并基于关键字段实现电气一次各数字表格之间的一对一或一对多关系所建立的数据库。

优选地，所述电气计算模块包括基于选择结构的短路计算模块，基于Sub函数过程的设备选择模块、防雷接地模块和继电保护整定计算模块，以及基于Function子过程的投资费和运行费模块。进一步优选地，以上模块是通用的独立模块，可以分别独立进行调试、维护，并且可以分别作为独立文件保存和作为独立进程进行调用。

优选地，所述水电站电气一次部分CAD系统还包括基于VB实现的可视化运行界面。

优选地，所述水电站一次部分关系型数据库还包括输入确认模块，用于根据输入确认规则对输入所述数据表格的数字进行字段级和窗体级确认。

优选地，所述水电站一次部分关系型数据库还包括SQL查询模块，基于SQL标准化查询语言使所述电气计算模块实现单值查询、多值查询与自动选择功能。

本发明还提供了一种水电站电气一次部分CAD系统的设计方法，其特征在于，包括：

步骤1，基于选择结构、Sub子过程和/或Function函数过程建立结构化的电气计算模块，用于实现短路计算，电气设备选择、防雷接地及继电保护整定计算以及投资运行费计算；

步骤2，通过将电气一次部分的各种特性曲线数字化形成数字表格，并基于关键字段实现各数字表格之间的一对一或一对多关系，建立水电站一次部分关系型数据库。

优选地，所述步骤1包括：基于选择结构的建立短路计算模块，基于Sub函数过程建立设备选择模块、防雷接地模块和继电保护整定计算模块，以及基于Function子过程建立投资费和运行费模块。

优选地，所述设计方法还包括基于VB实现可视化运行界面。

优选地，所述步骤2进一步包括：通过统计所述数字表格确定输入确认规则，根据输入确认规则对输入所述数据表格的数字进行字段级和窗体级确认。

本发明首先是结合Visual Basic的可视化运行界面和结构化程序设计模式，构建了一种通用型的水电站CAD系统电气计算模型，其中用VB建立的选择结构的短路计算，Sub子过程的电器设备选择、防雷接地及继电保护整定计算和Function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。二是依据Visual Basic可视化数据库的一对一关系和一对多关系，建立了水电站电气一次部分关系型数据库。该数据库运用字段级、窗体级的输入确认规则和SQL标准化查询语言，即保证了数字正确性，提高了数字处理水平，又实现了数字自动查询功能，减少了计算程序运行间断点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是水电站电气设计计算的内容结构图；

图2是双绕组变压器计算电抗的可视化运行界面；

图3是本发明的结构化电气计算模块框图；

图4是水电站电气主接线节点设置图；

图5是各元件计算电抗的块If多分支结构流程图；

图6是水电站电气主接线等值电路图；

图7是水电站电气一次部分关系型数据库的结构框图；

图8是以系统额定电压为关键字段的数据表格关系图；

图9是水轮发电机运算曲线数字表格；

图10是断路器自动查询、选择流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。

一.归纳水电站电气设计计算内容，建立电气计算模块

1.基于VB建立可视化运行界面

Visual Basic是Windows系统使用Basic语言进行可视化程序设计的开发工具，是把预先建立的对象摆放在可视化的界面上，人机交互简单、快捷，与Basic、Fortran、Matlab比较，它不需要编写大量的程序代码去设计界面的外观和位置。本发明基于VB建立所述CAD系统的全部可视化运行界面。例如，建立一个如图2所示的双绕组变压器计算电抗的可视化运行界面，包括以下步骤：在窗体编辑窗口中先将Label1～Label3的Caption定义基准容量S_j、额定容量S_e、变压器的短路电压百分值U_d％为变量，其数据由“空”的Text属性给定。当点击命名为“计算”的Command按扭，即运行程序代码时，计算电抗X_＊Bj的值便由Label4.Caption显示在窗口上。而对不同S_j、S_e、U_d％的双绕组变压器，赋给其相应的数值，也可直接得到X_＊Bj的值，不需要再次输入内部的程序代码。这使得建立通用型电站设计界面窗口和程序代码成为可能。

2.结构化计算模块的建立

水电站电气设计计算系统涉及内容庞大、计算类型繁多，为了建立一个具有良好通用性和移植性的计算模型，遵照结构化程序设计的原则，将水电站电气一次部分的计算根据功能划分为结构化的电气计算模块，包括：基于选择结构的短路计算模块、基于Sub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基于Function子过程的投资费和运行费模块三大功能模块，如图3所示。以上三大模块可以基于VB提供的选择结构、Sub函数过程和Function子过程来实现，通过VB提供的自定义过程将每个模块定义为一个过程，供主系统事件过程调用。这种被定义的结构化模块是独立的，可分别进行调试和维护，也可以以独立文件的形式存在，可分别独立地供其他程序调用，因此具有通用性和可移植性。

3.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材料，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、短路容量的计算。

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块时，必须做如下处理：

(一)在设计电站的电气主接线图上设置节点。节点1设在被设计电站发电机的中性点上，节点2设在此发电机出口侧，最后一个节点设置在无穷大系统上。以图4所示的水电站电气主接线节点设置为例，包括发电机F1、F2，二相变压器B1-B3以及三相变压器B4，其中设置节点1-9，构造二维数组A，维数为n×n，且n为最大节点数，本例中n＝9。

(二)根据各元件的技术数据，利用VB的块If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A数组中，而且令非电抗元素均为0，如图5的流程图所示。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，并将结果在放回原来的元素中；如果计算电抗为0，按非电抗元素处理。以图6的水电站电气主接线等值电路为例，其计算电抗数组A为：

$A=\left\{\begin{array}{cccccc}{a}_{11}& a_{12}& \·& \·& \·& a_{19}\\ a_{21}& a_{22}& \·& \·& \·& a_{19}\\ \·& \·& & \·& & \·\\ \·& \·& & \·& & \·\\ \·& \·& & \·& & \·\\ a_{91}& a_{92}& \·& \·& \·& a_{99}\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{ccccccccc}& a_{12}& & & & & & & \\ & & a_{23}& a_{24}& & & & & \\ & & & & & & & & \\ & & & & a_{45}& & & a_{48}& \\ & & & & & & & & \\ & & & & & & & & \\ & & & & & & & a_{78}& \\ & & & & & & & & a_{89}\\ & & & & & & & & \end{array}\right\}$

$=\left\{\begin{array}{ccccccccc}& 128/2& & & & & & & \\ & & 40& 2.22& & & & & \\ & & & & 15& 0.26& & & \\ & & & & & & & & \\ & & & & & & & & \\ & & & & & & & 0& \\ & & & & & & & 0.35& \\ & & & & & & & & 0.55\\ & & & & & & & & \end{array}\right\}$

(三)从简化规则来看，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-三角变换和转移电抗四种形式计算的，所以，根据这四种变换形式，再次结合块If多分支结构建立每个短路点的电抗数组，以d4短路点为例，计算总阻抗，其步骤如下：

(1)将数组元素号中仅出现过一次的单节点的元素置0，即置a23＝0，a78＝0。

(2)以短路节点4为中心，从a12和a89两头向带有4的元素计算。

(3)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a23，a24，...，a29。由于a24既有数值，又与a12和短路节点连接，故计串联电抗a14＝a12+a24为发电机到短路点d4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a78，a68，...，a18。由于a48既有数值，又与a89和短路节点连接，故串联电抗a49＝a89+a48为无穷大系统到短路点d4的总阻抗。

(4)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。

(四)统计所有短路点到发电机和无穷大系统的总电抗a12，a29，a13，a39，a14，a49，a15，a59，进行短路电流、短路容量的计算。注意，当a12，a13，a14，a15的有名值小于3，且a12(发电机出口端短路点)大于0.6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0.6还小时，按两相短路计算。

4.Sub函数子过程的电气设备选择模块、防雷接地模块、继电保护整定计算模块的建立

在水电站电气设计中，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按固定的模式进行计算、整定和校验，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，通过计算要获得一系列的数值进行选配和校验。而VB提供的Sub子过程就能通过实参和形参的结合返回多个计算数据给主程序，所以利用它定义电气设备选择、防雷接地和继电保护整定计算模块，作为通用过程供主系统事件调用，以减少重复率，提高设计效率。例如用Sub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：

Sub DLQ(a11 As Long，a21 As Long，...，aj1 As Long，ak1 As Long，...，an1 As Long)

调用过程：

Call DLQ(a1 As Long，a2 As Long，...，aj As Long，ak As Long，...，anAs Long)

定义过程的DLQ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，...，an1，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n等于已知参量和未知计算参量的总和。

调用过程通过Call DLQ()语句将其括号里的实参a1，a2，...，an与定义过程的形参a11，a21，...，an1一一对应，其中a1，a2，...，aj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。ak1，...，an1表示工作电压、最大工作电流、总的次暂态短路电流、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DLQ过程，实参与形参结合，将已知数据赋给a11，a21，...，aj1，将零赋给待计算的实参ak1，...，an1。当执行完断路器选配的Sub子过程体(从略)后，变化了的ak1，...，an1将计算结果传给主程序的实参ak，...，an。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。

5.基于Function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，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，而仅关心的是最终费用的大小。因此，可利用VB提供的Function自定义投资运行费模块，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Function函数过程编写的投资费和运行费的定义过程和调用过程：

定义过程：

Fuction C(b11 As Long，b21 As Long，...，bn1 As Long)

调用过程：

C(b1，b2，...，bn)

定义过程的函数名C存储函数的运算结果，而括号里的形参b11，b21，...，bn1只定义已知的运算参量，不考虑计算结果。

在调用Function函数过程时，实参b1，b2，...，bn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b11，b21，...，bn1。当执行完函数体子程序(从略)时，由C携带投资费和运行费的计算结果返回主程序。

二、建立水电站电气一次部分数据库

执行水电站电气一次部分的CAD设计和计算需要对必要的运算参数进行查询，因此本发明的水电站电气一次部分CAD系统还具有水电站一次部分关系型数据库，其是通过将各种特性曲线数字化形成数字表格，并基于关键字段实现电气一次各数字表格之间的一对一或一对多关系所建立的数据库，并存储了执行水电站CAD设计的全部必要参数和曲线。图7示出了所建立的水电站电气一次部分数据库的内容架构图。

1.特性曲线数字化

在水电站电气设计中，部分技术特性是用曲线表示的，例如发电机运算曲线，具有自动电压调节器的发电机短路电流周期分量发热等值时间曲线，决定矩形截面母线形状系数的曲线等，它们不是以数字表格的形式给出的，所以先对这些特性曲线进行数字化处理，然后再建立常规的数字表格。据观察，这些曲线的纵横坐标均以标定值细化后的网格形式表示。例如具有自动电压调节器的发电机短路电流周期分量发热等值时间曲线，在横坐标上，仅仅标有0.5，1.0，...，2.5，3.0几个点，而实际网格线的横坐标是按标定值细化5％后的0.5，0.6，0.7，...，2.8，2.9，3.0表示的。同样，纵坐标也采用了类似的标定方法。为了保证数字精度，满足工程设计要求，我们取用时间曲线与网格(β“，t)的交点(保留小数点后两位有效数值)作为数字化数字，建立VB数字表，如图9所示的水轮发电机运算曲线数字表格。对落在网格中间的点，将转入VB插值计算程序中，通过插值法获取。

2.数据库关系的确立

为了创建易于维护的灵活的数字结构，确立有效的存储方法，必须寻求数字表间的意义关系。水电站CAD系统一次部分数据库包含的数字较多，表格与表格之间的关系复杂。但在统计数字表时发现，大多数数字表都按额定电压等级来分类，例如线路输送容量与送电距离的关系表、变压器、电器设备的技术数字表等；按材料来分类的是电线电缆的技术数字表；而与短路电流作用时间有关的是发电机运算曲线表、具有自动电压调节器的发电机短路电流周期分量发热等值时间曲线表；与

有关的是最大功率损耗时间表；与短路点位置有关的是不同短路点等效时间常数T_fj推荐值数字表等等。确定这些关系后，分别建立包含电网额定电压、短路电流作用时间、最大负荷利用小时数和材料的基准表，并设它们为关键字段，然后在其他表中寻找相同的关键字段，建立一对多关系，或一对一关系。以图8所示的以系统额定电压为关键字段的数据表关系图为例，在基准值表中的系统额定电压等级，与断路器、隔离开关技术数字表中的额定电压存在着一对多关系；而这两个技术数字表中的额定电压之间又存在一对一关系。依据这样的关系建立数据库，可以增强整个数据库的完整性，加速数字表的搜索和查询作用。

3.输入规则的确认

为了提高输入速度，保证数字的正确性，在被输入的数字存入数据库之前，先建立输入确认模块和输入确认规则，对输入的数字进行检查。输入确认一般包括以下几个步骤：

(1)统计水电站电气一次部分数字表的字段名称、上下限范围、字段长度和数字类型。水电站电气一次部分数据表在形式上分为两种：第一种数字表的字段名非常相象，上下限范围、字段长度和数据类型基本相同。比如发电机运算曲线表和最大功率损耗时间τ表中的不同短路电流作用时间下对应的I_＊st、不同功率因数所对应的最大功率损耗时间等都属于这种数字表。统计时可以着眼于大多数相近字段进行整体统筹，统计结果见表1。第二种数字表的字段名相差明显，每一个字段都对应着不同的上下限范围、字段长度和数字类型，比如变压器、各电气设备的技术数据表的型号、额定电压、额定电流，空载损耗、额定开断电流等字段，必须分别进行数字限定。

表1电气一次部分第一种数字表统计结果

(2)字段级确认。字段级确认是利用过滤键盘输入功能，依据数字表的统计结果，通过文本框控件创建只接受属于某字段类型的键击，使每个字段中输入正确的字段格式。比如对发电机运算曲线表进行字段级确认时，在文本框控件keypress事件下先定义一个有效键列表的字符串变量strVaild，然后用“0123456789.”有效键填充给它，最后检测按键是否在填充的有效字符串中。如果通过查找传来的键不在strVaild中，键击设为0，即通知VB没有键被按下过。这样文本框中只能出现0～9几个数字和小数点，除此之外的键击内容都被滤掉了。水电站电气一次数据库中处理的绝大部分表都是数字型的，为避免输入出错，均可按以此法确认字段级类型。属于变压器和电器设备型号、导线材料和短路点位置等字符型的字段，包括大小写字母、文字和“-＝±”等，确认方法类同。

(3)窗体级确认。窗体级确认主要对独立内容上下限范围和最小、最大字段长度的确认。其中，独立内容上/下限范围确认是最常用的窗体级确认例程，它也根据电气CAD数字表的统计结果，在程序清单代码中产生两个代表上、下限的数值，用来检查输入到txtHighLow文本框中的值是否在规定的最大值和最小值范围之内。如果输入值超过允许范围，设置的返回消息提醒用户该数值无效，并给出有效范围。相反，输入数值在有效之内，返回一个空消息。最小/最大字段长度的确认与此相仿。

三、数字查询

基于VB的水电站电气一次部分CAD系统的计算模块虽有一定的通用性和可移植性，但是，当需要在技术数据表中查询某个数字时，必须中断程序，通过人工查询赋值后，才能继续运行程序。为了缩短设计周期，提高工作效率，必须建立完善的查询功能，来减少的运行程序间断点，提高电气CAD系统的自动化水平。

上个世纪七十年代，由IBM公司开发的SQL(Structured Query Language)结构化查询语言是一种标准的操作信息语言，它不依赖于任何编程语言，但可以被所有编程语言用来更新和查询不同的关系型数据库。在Visual Basic和Microsoft Access Jet数据库引擎中，它也是存取数据库数据的基本操作语言。它的建立和改进促进了标准信息系统的快速发展，提高了数据库系统的交互操作性。本发明即基于SQL建立了查询模块，基于SQL标准化查询语言使所述电气计算模块实现单值查询、多值查询与自动选择功能。

1.单值查询

单值查询就是在数据库表格中只查找或提取某一个数字。在水电站电气设计中，大多数查询属于单值查询，比如根据计算电抗x_js和短路作用时间t在发电机运行曲线数字表上查找短路电流标幺值I_＊st；或依据最大负荷利用小时数T_zd和导体材料在经济电流密度表格中查找经济电流密度j值；或遵照功率因数

和最大负荷利用小时数T_zd在最大功率损耗时间表查找最大功率损耗时间τ等等。它的查询方法是利用SELECT-FROM语句的WHERE子句限制单个结果集的内容。例如在设计水电站时，通过运行VB的短路计算模块程序计算出发电机到35KV母线短路点的等值电抗x_*js＝0.28，且x_＊js＜3，这时需要调用电气一次部分数据库的发电机运行曲线数字表，查找t＝0.01s时刻的短路电流值，查询程序如下：

2.多值查询与自动选择功能的实现

对断路器、隔离开关、互感器和避雷器等设备进行选择时，都要从电气工程手册的“断路器技术数字表”中查到的某设备的一系列的标称数字与多个计算数字作比较，例如对水电站发电机出口侧6.3KV断路器进行选择时，如图10的流程图所示，先通过VB的Sub子过程的电气设备选择模块算出工作电压、最大长期工作电流、短路器开断时的短路电流有效值、短路容量、最大冲击电流和允许热效应下通过的电流六个值，并将它们按顺序放入一维数组A中，然后再转入电气一次部分数据库的“断路器技术数字表”中提取额定电压＝“6kV”的额定电压、额定电流、额定开断电流、额定断流容量、极限通过电流峰值和热稳定电流有效值，并将这些额定值按顺序放入另一个一维数组B中，最后用块IF结构一一对比A和B数组元素。如果所有计算数据元素大于等于相应的标称数字元素，就提取该断路器的型号结束选择。相反，只要有一对对比元素不能满足这个条件，就增大电压等级重新选择，且最高电压等级以国内电气手册规定的800kV为限。

综上所述，本发明首先是结合Visual Basic的可视化运行界面和结构化程序设计模式，构建了一种通用型的水电站CAD系统电气计算模型，其中用VB建立的选择结构的短路计算，Sub子过程的电器设备选择、防雷接地及继电保护整定计算和Function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。二是依据Visual Basic可视化数据库的一对一关系和一对多关系，建立了水电站电气一次部分关系型数据库。该数据库运用字段级、窗体级的输入确认规则和SQL标准化查询语言，即保证了数字正确性，提高了数字处理水平，又实现了数字自动查询功能，减少了计算程序运行间断点，为电气设计提供了数据基础。本发明的CAD系统计算功能强大，流程设计合理，自动化水平高，对提高水电站特别是中小型水电站电气一次部分设计的自动化水平具有重要作用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它控制设备中。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种水电站电气一次部分CAD系统，其特征在于，包括：

电气计算模块，是基于选择结构、Sub子过程和/或Function函数过程建立的结构化计算模块，用于实现短路计算，电气设备选择、防雷接地及继电保护整定计算以及投资运行费计算；

水电站一次部分关系型数据库，是通过将各种特性曲线数字化形成数字表格，并基于关键字段实现电气一次各数字表格之间的一对一或一对多关系所建立的数据库。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电气计算模块包括基于选择结构的短路计算模块，基于Sub函数过程的设备选择模块、防雷接地模块和继电保护整定计算模块，以及基于Function子过程的投资费和运行费模块。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电气计算模块包括的各模块是通用的独立模块，可以分别独立进行调试、维护，并且可以分别作为独立文件保存和作为独立进程进行调用。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水电站电气一次部分CAD系统还包括基于VB实现的可视化运行界面。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水电站一次部分关系型数据库还包括输入确认模块，用于根据输入确认规则对输入所述数据表格的数字进行字段级和窗体级确认。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水电站一次部分关系型数据库还包括SQL查询模块，基于SQL标准化查询语言使所述电气计算模块实现单值查询、多值查询与自动选择功能。

7.一种水电站电气一次部分CAD系统的设计方法，其特征在于，包括：

步骤1，基于选择结构、Sub子过程和/或Function函数过程建立结构化的电气计算模块，用于实现短路计算，电气设备选择、防雷接地及继电保护整定计算以及投资运行费计算；

步骤2，通过将电气一次部分的各种特性曲线数字化形成数字表格，并基于关键字段实现各数字表格之间的一对一或一对多关系，建立水电站一次部分 关系型数据库。

8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，所述步骤1包括：基于选择结构的建立短路计算模块，基于Sub函数过程建立设备选择模块、防雷接地模块和继电保护整定计算模块，以及基于Function子过程建立投资费和运行费模块。

9.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括基于VB实现可视化运行界面。

10.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括：通过统计所述数字表格确定输入确认规则，根据输入确认规则对输入所述数据表格的数字进行字段级和窗体级确认。 

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