电力变压器继电保护设计的专家系统.pdf

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1、华北电力学院学报月呵侣曰刃卫男电力变压器继电保护设计的专家系统刘力丰高中德杨奇逊华北电力学院电力工程系佐佐木博司广岛大学工学部摘要利用飞专家系统开发工具,开发了一个支援变压器继电保护设计工作的专家系统 它提供了一系列的图形菜单与用户友好交互,可以实现保护系统配置、保护方式选择、保护装置选型以及继电器产品确定等功能关键词变压器继电保护设计专家系统中图分类号引言随着电力系统的扩大、大容量 发电机组不断增加,在电力系统元件上装设完善的继 电保护装置,不仅对电力系统的可靠运行有重大意义,而且对重要而昂贵的设备减少在各种短路和异常运行时造成的损坏,在经济效益上也有显著的效果。因此在主设备的保护设计中,应

2、要求保护在配置、原理接线和设备选型等方面根据主设备的运行工况及结构特点,达到可靠、灵敏、快速且有选择性的要求电力系统设备的重要性、复杂性及昂贵等特点使得元件保护设计变得非常谨慎、复杂而耗时目前除了其中的整定计算部分可由计算机编程处理外,其它大部分工作如保护方式选择、系统配置及保护设备选型等仍依靠设计人员的实践经验、设计手册 中的规程标准,根据预算计划进行人工设计一个优秀的设计人员的培养,需十几年甚至几十年 的时间。而随着人员,及技术不断更新,大量有价值的专家经验逐渐失存,严重影响着设计工作的效益与发展于是采用善于处理规则、经验、逻辑推理 的专家系统技术将成为解决这一困难的必然趋势专家系统能够存

3、贮大量优秀设计者的经验、手册及规程上的规则、数据,处理用其它常规程序语言不易处理 的工作它不仅能为初学设计者提供良好的培训环境、帮助缺乏经验 的设计者做出好的设计,还能为优秀的设计人员提供大量的数据资料及有益的咨询目前专家系统技术活跃在电力系统设计方面的有系统规划、变电所一次设备选择及布线而在继 电保护方面也主要是线路保护整定直到年月英国维多利亚大学入扭等人冈才首先提出了变压器保护设计专家系统的设想但它仅为一雏型系统,许多功能还不完收稿日期卯一一 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights re

4、served.http:/华北电力学院学报善,知识表达也不适于实际的设计工作。本文进一步扩充了设计功能,将保护系统 的知识以框架形式表示,为施工设计提供了优良的数据库我们还利用在日本期间所得到 的大量保护专著及设计手册例,根据日本的中国地区电力公司专家经验建立了一个从保护系统配置直至从东芝、日立、三菱等公司继 电器产品目录钊中选取合适继 电器的实用设计专家系统。变压器保护设计与线路保护相比,变压器故障率虽然较低,可 一旦故障就将损失严重,切除 时 间对变压器寿命也至关重要变压器的异常运行及停运不仅扰乱系统电力平衡,还危及系统稳定 变压器的故障种类繁多,因而其保护方式变化也多,大致根据如下条件而

5、定变压器 的类型、参数、结构及内部特性变压器在系统中的作用如发电升压用、传输用、配电降压用及设备用变压器一次系统主结线形式 如桥形接线,多角形接线、接地方式及断路器位置等。系统运行方式 如变压器并列运行、发变组方式、调压方式及相邻线路、母线保护的配置。变压器用户类型如一般用户、整流型用户、电炉型用户等等。在保护配置中,简单的如容量小的设备变器用熔断器即可解决问题,复杂的则须设置多种保护系统,甚至多重保护系统才能满足要求一般的保护设计流程如 图所示这里我们将运用专家系统完成从保护系统配置到继 电器产品确定的辅助设计任务一次系统分析保护系统配皿专家系统的构成保护方式选择我们采用微机是制一型,专家系

6、统开发工具是。是一种通用的知识表示语言,不严格倾向特定的领域因此比起骨架系统来,用户可以更自由地描述各 自领域的知识。此外它还有速度高、语言简洁及易于与其它语言连接的特点资料【分析表明,、飞,等通用工具在美国、日本有将成为主流 的趋势但也正是 因为的通用性,要找到适合某一特定领域的知识表示方法仍感困难但对于变压器保护设计,本文总结出一套知识表示方法,有效地解决了这一问题本系统结构如图所示,包括知识库其中含有数据库与规则库数据库分事实数据库与目标数据库事实数据包括所有决定保护系统构成 的变压 器保护装且选型图变压器保护设计流程 1994-2009 China Academic Journal E

7、lectronic Publishing House.All rights reserved.http:/电力 变压器继电保护设计的专家系统及一次系统的结构、参数这部分多为简单事实,故多采用谓词表示法表示而目标数据库存放推理过程 中保护设计的每一步结果,这些结果成树状关系,所以用框架结构来表示,详细说明见下节。一知识库 数据库变压器及一次系统参数、事实数据库保护系统目标数据库”一压到人人人人知识工程师师机机机机机机机机机机界界界界用户户面面面面面图变压器保护设计系统结构图伪 规则库分保护设计知识规则库和推理控制规则库。前者是从设计手册、专家经验提取 而来后者是为了控制设计步骤和 进行人机互交编

8、制的邢提供了标准的规则库形式,全部采用正一产生式规则邢外壳它带有一个具有丰富推理机制的推理机,可根据用户的要求,自由设定解决规则冲突集的方式本推理机最擅 长前向推理,这正适合保护设计 问题,即由变压器等事 实数据条件,经正向推理,得保护系统 的各种目标参数如 图所示还备有各种调试手段,为知识工程师在开发时提供了友好 的调试环境事实数据条件实例规则目标数据结果如如果是设备变压器器且且用户为型流型型则则主保护选过流保护护图前向推理过程工作存贮器们。用来存贮推理机在推理过程中涉及到的各种状态信息,它们先被设置成,随着系统的执行,被动态地加人中或从 中删除,用于知识库、推理 机、外部软件及用户间的信息

9、交流、查询。1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力学院学报变压器保护设计的知识及规则表示我们将保护系统数据库的结构设置成图分层框架表现形式整个系统根据类属分成五层,每一层都有一批 框架,其属性 继承了上 一 层框架 的性质而 每个框 架都有 自己的侧面、槽,可填写自己的特性 这样很清晰地表示 出系统中各框架之间的关系可以看出,每一层框架都对应着保护设计推理过程的一步保保护系统统相相间保护护护后备保护护差差动方式式式式式式式式式式式式过过过过流速断方式式

10、电电磁型半导体型保护系统配置保护方式选择继电保护装置类型选择继电器产品型号确定图保护系统框架表示与推理过程推理首先从根框架开始,然后逐步进行保护系统配置、方式选择、装置类型选择及设备产品确定的推理 每一步推理根据上层框架及一次系统参数条件,得 出的目标结果就 构成了本层框架。这样就将保护系统的数据库与推理过程有机地结合起来由于每层 的框架之间在推理上还有关系,所以我们采用宽度优先搜索法,即完成了一步的全部推理后,才转向下一步推理搜索。下面我们举日本电力系统一简单实例,以说明的推理过程 及规则表示图是一水力发电机一变压器组,现配合图说明变压器保护设计 的一些推理过程决定保护系统配置的规则变压器保

11、护系统包括 相 间短路等主保护、后备保护、零序保护、过负荷保护、瓦斯保护、过激磁保护及调 压装置保护等在 初始化的程序中,实际上已设置了以上所有目标,而在第一步的推理中根据变压器及一次结线的情况排除某些不同的保护配置,本例 中将去掉过激磁保护图厂用电实例主接线 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/电力变压器继 电保护设计的专家系统及调压器保护知识如果变压器的电压等级在以下则不设过激磁保护睡、二。哪。印。刚妙戊川是规则名,箭头左式相 当于正条件,其中包含着个变

12、量即个并列条件其中是控制条件变量,负责有秩序地进行各步推理是保护系统变量,含有某保护系统的各个框架。是变压器或主接线的各种事实,箭头右侧是规则的结论本条规则将得到删除过激磁保护系统的结论决定保护方式 的规则每个保护系统 中都有可选择的几种保护方式 如相间保护中可选择差动方式,电流速断方式、瓦斯保护方式等知识如果是 发电机一变压器组,并且发电机、变压器之间有断路器,则变压器应单设差动保护川叩渊。印长爪二一二刃,“式中是断路器符号,是 由日本电机工业会统一规定的差动继电器编 号卫包含各层的框架,但有时需要在一些框架腼皿的槽里填写一些侧面,如知识如果是绕组水电升压变压器,且变压器需单设差动保护,则选

13、用一绕组差动继 电器如为火电则选绕组继电器巧盼印 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/为华北电力学院学报皿峪二优一迈二保护装置类型的选择规则每一种保护方式都 由一种或几种继 电器组成,根据系统对保护的要求不同,继电器的选型也不同。例如差动继 电器有 电磁型、晶体管型和整流型的。从原理上也可分 为二 次谐波制动式的、鉴别涌流间断角式 的、带磁制动特性式的等等。知识如果是发电升压变压器,且单设差动保护,则选用高速二次谐波制动式品体管型差动继 电器闹二、二似、二件

14、继电器产品型号选择规则同样功能的继 电器,各厂家都有 自己的型号。设计规程规定,在某一保护设计 中,尽可能选用同一厂家的产品,以便配套。而各设计部 门都有 自己偏爱的厂家。所以本系 统可装入不同的厂家产品型号,以供用户选择。知识如果差动继 电器需要双绕组结构,且需要二次谐波制动式品体管型,则可选用东芝公司的产品型差动继电器。沈。二落仍,。,、二令撇二二仁二沟邝以。、妙二二欧二、二二州二二卫扭。1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/电力变压器继电保护设计的专家系

15、统到此为止我们已将一个具体的继电器型号选了出来整个推理过程,从用户的角度来看是这样的 系统开始运行后,先显示一系列菜单供用户选择,然后将推理过程中共用 的事实条件输进去随着各层推理 的深人,时常进行人机交互,输人必要 的信息,逐步将各保护系 统配置、保护方式、继电器统一编号等确定下来,最后将所有继 电器从东芝、日立等公司产品 目录,上选择出来应当指 出,本系统虽然比在数据库结构及功能上有了较大改善,但实际的保护设计工作还有许多领域待开发如绘制原理图、展开 图、屏 面布置 图及端子排 图等等虽然目前已有一些绘图工具软件,但仍属于在计算机上进行人工绘图,工作量仍很大,易出错,所以用专家系统来进行智

16、能绘图将是一个新的方向结论保护设计工作是一项复杂耗时的工作,这涉及多方面的工程知识本文就变压器保护研制了一个支持设计的专家系统,可以根据变压器、主结线及用户的要求自动配置保护,并从厂家产品目录中选取合适的继 电器,为下一步施工设计建立 了优良的数据库 这里用开发了这一系统,大大缩短 了设计周期 今后我们将进一步开发适于 国内保护设计的专家系统,并扩充其绘图、解释、计算等功能,实现保护设计智能化参考文献女山堪戊详成”忱仍币祀由女山嗯姚沁”忱正宽块七 祀甲哭刃汉山几初罗且洲分岁斑刀”沁仆汀丫旧姐岛叭祀,岁记几男张晓帆等专家系统及其专家系统开发工具 新疆文学出版社,卯拍乏七力。任污。义口沈而几面。川。论 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/