摘　要　介绍了一个基于保护整定值判别的电网故障自动生成系统，包括电网接线分析、短路计算和报警信息生成三个部分。在该系统中，由于每个保护是否动作是由保护的整定值与短路计算值相比较的结果决定的，故能准确地模拟实际电网保护的动作情况，使仿真效果更加逼真。
关键词　电力系统　模拟培训　知识表示　报警信息
分类号　TM 77　TM 743

AUTOMATIC SETTING SYSTEM FOR POWER NETWORK FAULT
BASED ON THE JUDGEMENT OF RELAY SETTING

Sheng Siqing(North China Electric Power University, 071003, Baoding, China)
Wei Jianying(Hebei Electric Power Technology Development Center, 050011, Shijiazhuang, China)
Zhang Wenqin, Yang Yihan(North China Electric Power University, 071003, Baoding, China)

Abstract　This paper describes an automatic setting system for power network fault based on the judgement of relay setting, which includes power network topology analysis, short-circuit calculation and alarm information producing. In this system, whether the relay acts or not is determined by the comparison result of the relay setting with the short-circuit calculation value. So the actual situation of relay action can be simulated accurately and the result is more practical.
Keywords　power systems　training simulation　knowledge representation　alarm information

0　引言

　　电网故障生成系统是电网事故处理仿真培训系统的主要部分，它负责产生用于仿真培训的故障案例。故障案例的产生有两种方式：人工设置和自动生成。对于人工设置，系统仅提供一个接口，并将教员输入的故障报警信息转换成故障案例；而自动生成方式是系统自动产生故障报警信息，并形成故障案例。报警信息自动生成系统的优劣，自动产生的报警信息是否正确、合理，与所采用的继电保护的表示方法密切相关。
　　电网继电保护的表示方法有两种：一种是基于保护范围的表示方法，另一种是基于保护整定值的表示方法。采用保护范围表示的保护，如果故障元件在保护范围内，则启动该保护，并使开关跳闸；采用整定值表示的保护，在故障报警信息自动生成时，需要进行短路计算，计算出各套保护的各个测量值，然后与整定值比较，若满足条件，则保护动作，经过整定的动作时间后，开关跳闸。
　　在已开发的调度员模拟培训专家系统［1］中，电网继电保护采用基于保护范围的表示方法。这种用保护范围替代整定值的方法，在自动生成报警信息时，无需进行短路计算，速度较快。但它是对保护的一种近似处理，因而仿真效果不理想，特别是当开关拒动需要启动后备保护时，误差较大。当电网的接线方式发生变化时，继电保护的仿真效果也将受到影响。为了能够真实地反映保护的动作情况，使仿真结果逼真、可信，需要研制、开发基于保护整定值判别 的电网故障自动生成系统。另外，计算机技术的发展，计算速度的加快，也为本系统的开发与应用提供了可能。

1　系统结构

　　电网故障自动生成系统的结构如图1所示。首先，由系统随机选择一个故障元件，并随机给出故障类型，若故障元件是线路，系统还将随机给出故障点至线路首端站的距离；然后，根据开关、刀闸状态进行电网接线分析，计算出各序网参数；短路计算程序将根据短路类型和各序网参数，计算出各节点的序电压和相电压、各支路的序电流和相电流；最后，系统将根据短路计算结果、开关及刀闸状态、电网拓扑数据库、电网保护数据库及自动装置数据库，生成报警信息。

2　保护知识的表示

　　电网中的保护按其所保护元件的类型可分为线路保护、变压器保护和母线保护。各种保护又有主保护和后备保护之分。当主保护拒动时，由后备保护动作并跳开相应的开关。所有保护动作的目的均为跳开相应的开关以隔离故障元件。
2.1　线路保护
　　由于线路的端点在不同的厂站内且大多距离较远，因而一般将线路保护设在线路的开关上，每侧保护由本侧的测量值启动，并跳开相应的开关。为了能够可靠地切除故障元件，一个开关上一般设有多套保护。各种线路保护采用框架表示法，表示如下：
　　brekprot(所在厂站，开关名称，保护名称，保护类型，保护方向，整定值，动作时间)。
其中，保护类型有过流、距离、零序过流等；保护方向有指向母线、指向线路、无方向。
2.2　变压器保护
　　变压器保护的设置以元件为基础，且一个变压器上设有多套保护，每套保护的整定值、保护方向及作用开关也不尽相同。各种保护可用如下形式描述：
　　tranprot(变压器名称，保护名称，保护类型，保护方向，整定值，被作用开关表)。
其中，保护类型有瓦斯、差动、过流、零序过流、复合电压启动的过流等；保护方向有指向母线、指向变压器、无方向；被作用开关表即该保护动作后应跳开的所有开关集合，其格式如下：
　　［b(所在厂站，开关名称，动作时间)……］。
2.3　母线保护
　　母线保护的设置也是以元件为基础的，一般只有母差和失灵两种，动作结果均为跳开母线所连的所有开关。母线保护可用如下形式描述：
　　busprot(所在厂站，母线名称，保护名称表)
　　在报警信息生成时，应跳闸的开关可通过网络拓扑搜索来确定。

3　电网接线分析

　　电网接线分析的任务是，根据开关、刀闸状态和电网拓扑数据库，自动划分发电厂、变电站的计算用节点，自动搜索各节点之间的连接支路，从而形成电网的正、负、零序网络，并计算各序网络参数。
　　在电力网络中，电气设备一般是通过变电站的母线相互连接在一起的，变电站内的不同母线之间通过母联开关连接，变电站之间则通过输电线路或联络变压器连接(在本文的电网结构知识表示［2］中，将实际变电站的不同电压等级按不同的变电站来处理)。由此，可以将电网的拓扑结构分成两层：上层是以变电站为节点、以输电线路和联络变压器为支路的网络层，下层是变电站内部的站内层。
　　本文的电网接线分析方法，正是基于上述电网结构分层的思想，利用人工智能的搜索技术和推理技术，从两个层次进行的：
　　a.站内接线分析。其任务是分析每个变电站由闭合开关连接成多少个计算用节点，从而形成整个电网的计算用节点，并统计节点数，对于连接发电机的变电站，还要检查每个发电机的状态，确定其连接节点，归算其各序参数；
　　b.网络接线分析。其任务是分析整个网络的输电线路和联络变压器的状态，计算支路的各序参数，并统计支路数。

4　短路计算

　　本文采用常规的短路计算方法［3］，不考虑正常时的负荷，并认为发电机次暂态电动势″的幅值的标幺值为1，相角为0。故障类型有单相接地短路、两相短路、两相短路接地和三相短路4种。短路计算的原始数据包括：网络节点数、网络支路数、发电机台数、各支路数据及各发电机数据，这些数据是由电网接线分析模块形成的。短路计算的结果包括：各节点的序电压和相电压，各支路的序电流和相电流。

5　报警信息生成

　　通过短路计算，计算出电网中各节点电压和各支路电流后，就可以从保护数据库中逐个取出每套保护，比较其整定值和测量值(即短路计算值)的大小，若满足动作条件，则该保护动作，经过整定的动作时间后，跳开保护作用的所有开关。然后再从自动装置数据库中逐个取出每套自动装置，检验其动作条件，若条件满足，则该自动装置动作，执行其相应的操作。
　　由于一个电网的保护数据库相当庞大，如果对每套保护都进行整定值与测量值的比较，既费时又没有必要。我们知道，电网中的保护是具有选择性的，保护的选择性可由整定值、动作时间及适当的保护装置来实现。当电网中的某个元件发生短路故障时，并不是所有保护都动作，而只是故障元件附近的一些保护动作。首先是主保护(如母线的差动保护、变压器的差动和速断保护、线路的Ⅰ段和Ⅱ段保护)动作，并使开关跳闸，当有开关拒动时，再启动后备保护。
　　基于上述考虑，本文的报警信息生成系统采用人工智能的广度优先搜索技术，从故障元件出发，逐层向外扩展，检查搜索过程中遇到的所有保护的动作条件，启动满足条件的保护并使开关跳闸，最终切除故障元件。
　　另外，为了使模拟系统更加逼真，本系统利用随机数发生器模拟开关的拒动。当有开关设为拒动时，故障元件没有被切除，需要向外扩展，搜索下一级开关并检查其保护。

6　结语

　　本文提出的基于保护整定值判别的电网故障自动生成系统，克服了基于保护范围的表示方法的不足，能够准确地模拟保护的动作情况，使仿真效果更加逼真。在报警信息生成模块里，采用了从故障元件出发，应用广度优先搜索技术，逐层向外扩展的方法，从而实现了快速搜索动作保护和跳闸开关。采用PROLOG语言和FORTRAN语言混合编程，以一实际电网为例，实现了该系统。

作者简介：盛四清，男，1965年生，博士研究生，讲师，主要从事电力系统故障诊断和处理、专家系统和人工神经网络在电力系统中的应用等方面的工作。
作者单位：盛四清：华北电力大学电力系　071003　保定
　　　　　魏建英：河北省电力技术开发中心　050011　石家庄
　　　　　张文勤　杨以涵：华北电力大学电力系　071003　保定

参考文献

［1］盛四清，顾雪平，刘　艳，等.调度员模拟培训专家系统.电力系统自动化，1997，21(8)
［2］盛四清，张文勤，顾雪平，等.用于事故处理的电网结构知识通用表示方法.保定：华北电力大学学报，1996，23(1)
［3］陈亚民.电力系统计算程序及其实现.北京：水利电力出版社，1995