背景

一直以来，采用智能决策支持系统辅助或替代调度员处理电网中发生的故障，快速确定故障设备以提高故障处理的效率，是电网故障诊断研究的方向。

自20 世纪80 年代专家系统开始用于电网故障诊断之后，电网故障诊断的研究逐步深入，发展至今除了方法层面积累了丰富的成果外，还在复杂问题处理、信息融合、规则挖掘、在线电网故障诊断系统的信息获取等诸多方面展开研究，并在实践运行中积累了一定的经验。

当前电网故障诊断的研究成果日趋丰硕，但专门研究地区级电网并不多见。而作为电网基础调管单位的地区级电网，担负着大电网运行的基础职能，其管辖范围从10 kV 至220 kV 甚至更高，电气设备和保护装置相对多样，电网调度对于故障诊断的需求更为强烈。

地区电网故障时电网结构变化模式

相对于正常操作，地区电网发生故障时电气设备失电过程有所不同，在一个短时间间隔内1 台或多台断路器动作导致局部网架结构发生较大变化，并影响到网架上的潮流分布。因此，通过确定断路器分闸导致的电网结构变化模式可以发现电网内故障的发生。

故障时电网结构的异常变化其实是继电保护跳闸逻辑的间接体现，其基本变化模式可以分为以下几类：

1）模式1，故障电气设备的完全隔离。即设备所连的断路器在故障过程中全部分闸，见图1 模式1 中的T1。这一模式包括以下设备故障形式：主变、电抗器、母线、装设全线速动保护装置的线路、为带有备自投装置的110 kV 终端变电站供电的线路。

2）模式2，带有备自投装置的变电站母线故障模式。此时除了原有供电线路已经被完全断开，备用电源线路的电源侧开关也会跳闸，形成多个失电区域，见图1 模式2，当故障设备为B1 或B2 时，会形成L1 以及由L2、B1、B2 和下级变压器构成的2 个失电区域。

3）模式3，220 kV 及以上电压等级母线保护动作模式。此时不仅故障母线所连断路器需要跳闸，而且需要母线所连线路的对侧断路器速动跳闸，形成了多个设备所连的断路器被全部断开的情况，如图1 模式3 中B1 故障所导致的L1 和B1 所连断路器全部分闸。这一模式主要包含非一台半断路器接线的220 kV 及以上电压等级母线故障及其母线保护死区故障。

4）模式4，负荷线路故障模式。在地区级电网调度模型上35 kV 及以下线路以单端元件显示，被定义为负荷。这类单端元件的故障依靠单个断路器的分闸无法直接判定是故障还是正常的倒闸操作，因此必须依赖于潮流分析。

在考虑正常操作前的负荷转移前提下，如果此时由断路器断开的功率大于0.6 倍的正常负荷即判断为故障。正常负荷可以根据本线路的负荷曲线进行计算，如果断路器分闸前本线路所带负荷大小低于其负荷相似日内同时刻负荷大小的0.6 倍，则可认为此时在负荷对侧的用电设备已经进行电源切换等相关操作，断路器跳闸为正常操作。

5）模式5，充电设备故障模式。电气设备充电过程中充电保护动作将导致1 台断路器分闸和1 个电气设备失电，对电网影响最小；但仅凭断路器分闸信息无法区分其与正常倒闸操作的区别，需要依赖充电保护动作信息才能确定这种故障模式。

6）模式6，区域失电模式，被断路器分割的不是单个电气设备，而是一个停电区域。造成这种模式的原因如下：110 kV 母线未采用双母线接线方式时无需装设母线保护，由上级线路近后备保护；电网内110 kV 以下母线无需装设母线保护，故障时依靠变压器后备保护切除；保护或断路器拒动所导致的区域性停电。前2 类是由于保护配置原则所造成，而保护和断路器拒动则是一种复杂故障模式，必须依赖保护信息才能确定。

根据以上电网故障变化模式，利用网络拓扑及结线分析，可以得到断路器分闸引起的电网结构变化模式类型，快速识别出系统中是否发生故障，定位故障区域或初步确定故障设备。

采用基于网架变化模式匹配的方法缺乏对故障过程的分析，不能重构故障过程并判断故障中保护和断路器的动作行为是否正确，无法完全满足电网故障诊断的要求。要实现对于故障过程的分析，还需要对二次系统的动作行为进行详细的分析。

采用动态故障树的电气二次系统模型