徐輝明

（漳州電業(yè)局，福建 漳州 363000）

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)多層面防誤閉鎖方式的研究

徐輝明

（漳州電業(yè)局，福建 漳州 363000）

當(dāng)前變電站自動(dòng)化系統(tǒng)都不同程度地采用防誤閉鎖，其閉鎖方式和策略各不相同。論文對(duì)目前常見(jiàn)的防誤閉鎖方法進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)比分析，提出了在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的多個(gè)控制層面綜合采用多種防誤閉鎖方式的應(yīng)用策略。

變電站自動(dòng)化；防誤閉鎖；五防系統(tǒng)；多層面；IEC61131

安全生產(chǎn)是電力系統(tǒng)追求的基本目標(biāo)，盡管有著各種預(yù)防控制措施，但是誤操作事故仍然存在。誤操作不僅造成電氣設(shè)備的損壞、電網(wǎng)停電，甚至是帶來(lái)人員的傷亡。為此，我國(guó)在1990年提出了電氣設(shè)備防誤閉鎖操作的要求，并以法規(guī)形式規(guī)定了電氣防誤的管理、設(shè)計(jì)和使用原則，為有效防止誤操作引發(fā)的人身和重要設(shè)備事故起到了積極的作用。論文論述了如何在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的不同控制層面上如后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)、測(cè)控裝置和集控站系統(tǒng),分別采取不同的防誤閉鎖方式，多層面實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖的功能，從而達(dá)到電氣設(shè)備防誤閉鎖的要求，防止誤操作的發(fā)生，保障變電站系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

一、變電站防誤閉鎖原理和實(shí)現(xiàn)方式

變電站內(nèi)通常按照一定規(guī)律安裝布置了斷路器、隔離刀閘、接地刀閘等電氣設(shè)備，這些設(shè)備的不同狀態(tài)影響著電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式，設(shè)備之間存在著相互的邏輯關(guān)系，因此也就只能按照正確的先后順序來(lái)操作這些電氣設(shè)備。根據(jù)電力系統(tǒng)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，我們總結(jié)得出的“五防”就是指：防止誤分合斷路器，防止帶負(fù)荷拉刀閘，防止帶地刀(接地線(xiàn))合刀閘送電，防止帶電合地刀或掛接地線(xiàn)，防止誤入帶電間隔。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)防誤閉鎖就是采取各種手段，防止電氣設(shè)備的誤操作，最早采用的就是在一次設(shè)備的二次操作回路中設(shè)置電氣防誤閉鎖方法。應(yīng)該說(shuō)電氣防誤在實(shí)際運(yùn)行中確實(shí)起到了很重要的作用，但是這種方法需要接入大量的二次電纜，接線(xiàn)方式復(fù)雜，容易出錯(cuò)，運(yùn)行維護(hù)困難，加上先天原因，部分設(shè)備存在防誤閉鎖的盲區(qū)。

隨著自動(dòng)化系統(tǒng)在變電站的應(yīng)用和不斷發(fā)展，防誤閉鎖又有了新的方法。當(dāng)前，面向間隔、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的分層分布式的自動(dòng)化系統(tǒng)已成為變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展主流。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,各種測(cè)控裝置都具有以太網(wǎng)絡(luò)接口,可以直接接入站內(nèi)局域網(wǎng)交換機(jī)，與站控層的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信,而不再需要通過(guò)通信層的通信控制器與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信。因此,我們可以將傳統(tǒng)分層分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為兩層：站控層、間隔層。不同的層面完成其相應(yīng)的不同功能，“站控層”主要由計(jì)算機(jī)組成，包括服務(wù)器、工作站等，負(fù)責(zé)對(duì)裝置采集上送的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、顯示，完成各種分析、打印等，能夠?qū)﹂g隔層設(shè)備實(shí)施在線(xiàn)組態(tài)、修改定值、在線(xiàn)維護(hù)、操作閉鎖控制等功能，為操作人員提供友好的人機(jī)接口；“間隔層”主要包括保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波等智能電子設(shè)備(IED)，負(fù)責(zé)收集本間隔實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，對(duì)一次設(shè)備執(zhí)行保護(hù)控制功能，完成與站控層的網(wǎng)絡(luò)通信。

因?yàn)樽詣?dòng)化系統(tǒng)各個(gè)層面自身的特性和完成的功能不同，造就了防誤閉鎖在不同層面實(shí)現(xiàn)的不同方式。在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，防誤閉鎖就可以結(jié)合不同的控制層面得到實(shí)現(xiàn)。

二、基于后臺(tái)系統(tǒng)的防誤閉鎖

變電站當(dāng)?shù)厮械目刂撇僮髅疃际菑暮笈_(tái)系統(tǒng)發(fā)出，我們可以在站控層中安裝后臺(tái)防誤系統(tǒng)，每次控制操作開(kāi)始時(shí)都經(jīng)由后臺(tái)防誤系統(tǒng)進(jìn)行閉鎖邏輯規(guī)則的判斷，從而保證控制操作命令的正確性。后臺(tái)防誤系統(tǒng)根據(jù)電氣防誤操作的原則設(shè)計(jì)，與監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)通訊，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)，并根據(jù)設(shè)備狀態(tài)和倒閘操作防誤閉鎖的要求，按照閉鎖規(guī)則進(jìn)行判斷，最后才由操作票專(zhuān)家系統(tǒng)生成倒閘操作票，并將操作票傳送到電腦鑰匙。操作員在工作站上進(jìn)行的每一步操作都必須通過(guò)防誤閉鎖專(zhuān)家系統(tǒng)的規(guī)則判斷，只有判斷正確后才能將操作命令發(fā)出；如果所要操作的設(shè)備被五防系統(tǒng)判斷為不符合防誤閉鎖要求時(shí)，則本次操作被閉鎖取消。另外，操作員還可以帶上已經(jīng)傳有正確操作票的電腦鑰匙到設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)對(duì)開(kāi)關(guān)、刀閘、地刀等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)對(duì)位及操作。

后臺(tái)防誤系統(tǒng)主要包括五防主機(jī)、模擬屏（或模擬操作機(jī)）、電腦鑰匙、電編碼鎖、機(jī)械編碼鎖和其他輔助部件。①五防主機(jī)主要完成與站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)通信、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、控制操作防誤、操作票管理等。②模擬操作機(jī)主要完成開(kāi)關(guān)對(duì)位，檢查模擬圖與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)是否一致；檢驗(yàn)操作票，按操作票內(nèi)容進(jìn)行預(yù)演操作，根據(jù)預(yù)先儲(chǔ)存的規(guī)則對(duì)每一項(xiàng)操作進(jìn)行判斷；并將正確的操作票內(nèi)容傳送到電腦鑰匙中以進(jìn)行解鎖、倒閘操作。③電腦鑰匙用于接收模擬操作機(jī)發(fā)來(lái)的操作票，然后按照操作票內(nèi)容逐項(xiàng)對(duì)編碼鎖進(jìn)行解鎖操作，具備按照操作票逐項(xiàng)解鎖操作、中斷操作、檢修操作和非正常跳步操作，并具有音響提示、操作票瀏覽、操作追憶等功能。④電編碼鎖具有電接點(diǎn)和編碼片，通過(guò)接通或斷開(kāi)電氣控制回路，對(duì)電氣設(shè)備操作進(jìn)行閉鎖，主要用于對(duì)操作地點(diǎn)不在主控室的開(kāi)關(guān)、刀閘等設(shè)備的電氣控制回路。操作時(shí)將電腦鑰匙插入電編碼鎖，若兩者的編號(hào)一致，則電腦鑰匙內(nèi)部操作回路接通、閉鎖解除，允許進(jìn)行操作。一旦操作人員走錯(cuò)位置，電腦鑰匙將檢測(cè)出錯(cuò)誤，操作回路無(wú)法接通，閉鎖操作并發(fā)出報(bào)警語(yǔ)音。⑤機(jī)械編碼鎖具有機(jī)械閉鎖和編碼片，通過(guò)打開(kāi)或閉鎖電氣設(shè)備的機(jī)械操作機(jī)構(gòu)，對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行閉鎖。主要適用于需要機(jī)械操作的刀閘、地刀、接地線(xiàn)、網(wǎng)門(mén)的閉鎖。⑥輔助部件包括閉鎖盒、驗(yàn)電器和接地樁等，主要為了某些特殊位置的防誤需要。

盡管后臺(tái)防誤系統(tǒng)具備了模擬邏輯預(yù)演、邏輯閉鎖控制和生成操作票等各種功能，但是該類(lèi)系統(tǒng)仍然存在不足：首先，系統(tǒng)采用商業(yè)計(jì)算機(jī)，其可靠性無(wú)法完全達(dá)到工業(yè)控制要求；其次，遠(yuǎn)方調(diào)度系統(tǒng)大多與總控單元進(jìn)行通信，調(diào)度下發(fā)遙控命令時(shí)要將命令轉(zhuǎn)發(fā)給后臺(tái)防誤系統(tǒng)才能進(jìn)行防誤閉鎖判斷，增加了中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，容易因?yàn)橥ㄐ艈?wèn)題影響遠(yuǎn)方調(diào)度命令的執(zhí)行；最后，后臺(tái)防誤系統(tǒng)大多采用Windows操作系統(tǒng)，其安全性有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

三、基于測(cè)控單元的間隔邏輯閉鎖

現(xiàn)代緊湊型變電站自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)簡(jiǎn)化集成為間隔層和站控層兩個(gè)層次，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)大多采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，將變電站內(nèi)的線(xiàn)路、主變各側(cè)、主變本體、母線(xiàn)、母聯(lián)、旁路等電氣設(shè)備定義為單獨(dú)的監(jiān)視控制對(duì)象，采用獨(dú)立的測(cè)控裝置對(duì)其進(jìn)行監(jiān)視和控制。測(cè)控裝置位于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的間隔層，負(fù)責(zé)對(duì)應(yīng)間隔遙信、遙測(cè)信號(hào)的采集、處理和控制命令的執(zhí)行。在間隔層測(cè)控裝置中實(shí)現(xiàn)防誤操作最突出的優(yōu)點(diǎn)就是實(shí)時(shí)性，因?yàn)槿颈O(jiān)控信息的數(shù)據(jù)全都來(lái)源于測(cè)控裝置。在間隔層增加一層防護(hù)措施將會(huì)更加安全可靠，可以說(shuō)，在測(cè)控裝置上實(shí)現(xiàn)針對(duì)本間隔內(nèi)設(shè)備的防誤閉鎖是一種理想的選擇。目前，一次設(shè)備正在不斷向智能化方向發(fā)展，集成開(kāi)關(guān)設(shè)備系統(tǒng)智能化的重要表現(xiàn)之一就是實(shí)現(xiàn)間隔內(nèi)五防功能，這也對(duì)測(cè)控裝置提出了更高的功能要求，在間隔層測(cè)控裝置中實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)之一。

要在間隔層測(cè)控裝置中實(shí)現(xiàn)防誤操作，必須先解決以下問(wèn)題：（1）如何建立和驗(yàn)證防誤規(guī)則庫(kù)；（2）如何配置防誤聯(lián)鎖裝置的信息；（3）如何管理防誤規(guī)則庫(kù)。這些問(wèn)題在防誤后臺(tái)系統(tǒng)中都很容易解決，但是對(duì)于只有簡(jiǎn)單液晶顯示和少量功能按鍵鍵盤(pán)的測(cè)控裝置就變得比較困難。

目前測(cè)控裝置實(shí)現(xiàn)邏輯閉鎖的方法都是采用基于IEC61131標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的閉鎖邏輯軟件，通過(guò)安裝在后臺(tái)機(jī)的可視化軟件定義本間隔的邏輯閉鎖規(guī)則，經(jīng)過(guò)編譯將邏輯閉鎖規(guī)則轉(zhuǎn)換為測(cè)控裝置硬件可以直接執(zhí)行的可執(zhí)行代碼，然后下裝到對(duì)應(yīng)的測(cè)控裝置。間隔層每個(gè)測(cè)控裝置的防誤規(guī)則庫(kù)正是站控層防誤系統(tǒng)規(guī)則庫(kù)的子集，防誤規(guī)則的可執(zhí)行代碼按照遙控通道為索引存儲(chǔ)在裝置的Flash存儲(chǔ)器中。測(cè)控裝置在每次進(jìn)行控制操作都要先檢查閉鎖邏輯，只有條件滿(mǎn)足時(shí)才允許執(zhí)行控制，否則就閉鎖控制操作。

測(cè)控裝置的防誤閉鎖分為間隔內(nèi)閉鎖和間隔間聯(lián)合閉鎖。以帶有間隔間聯(lián)鎖的遙控為例，其遙控過(guò)程為：遙控選擇命令到達(dá)測(cè)控裝置；檢查該遙控通道防誤閉鎖軟壓板是否投入，有投入才需要閉鎖邏輯驗(yàn)證，未投入則不需判斷；CPU從Flash存儲(chǔ)器調(diào)取對(duì)應(yīng)遙控通道的防誤規(guī)則可執(zhí)行代碼；判斷是否有聯(lián)鎖，如果有聯(lián)鎖則需要先啟動(dòng)聯(lián)鎖通信，獲取聯(lián)鎖裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，沒(méi)有則可直接進(jìn)入下一步；利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，按照防誤規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果回送遙控返校成功或失敗的信息。

為了滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，提高控制的可靠性，測(cè)控裝置的所有模塊器件都要達(dá)到工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)，全部經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的電磁兼容試驗(yàn)等項(xiàng)目的測(cè)試。為了滿(mǎn)足裝置間相互通信獲取連鎖信息的實(shí)時(shí)性要求，若間隔層采用工業(yè)以太網(wǎng)為主的通信方案，則采用UDP協(xié)議而不是TCP協(xié)議。

四、基于集控站（運(yùn)維站）模式的防誤閉鎖系統(tǒng)

隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，110kV及以下電壓等級(jí)的變電站大多實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，220kV變電站也開(kāi)始了無(wú)人值守試點(diǎn)工作。為了保證對(duì)無(wú)人值守變電站的全面有效管理，在電網(wǎng)調(diào)度層和無(wú)人值守站之間設(shè)置集控站，以保證電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。最新的發(fā)展趨勢(shì)是在地區(qū)級(jí)調(diào)度中心設(shè)置調(diào)度監(jiān)控中心，在220kV樞紐變電站設(shè)置運(yùn)維站。運(yùn)維站類(lèi)似于原有的集控站，除了不需要監(jiān)盤(pán)外，仍然負(fù)責(zé)附近所轄變電站的日常維護(hù)、倒閘操作等工作。論文討論的防誤閉鎖系統(tǒng)在集控站模式下和在將來(lái)的運(yùn)維站模式下，其主要功能應(yīng)該是沒(méi)有差別的，以下統(tǒng)一稱(chēng)其為集控站防誤閉鎖系統(tǒng)。

目前已經(jīng)投運(yùn)的集控站自動(dòng)化系統(tǒng)大致可以分為分級(jí)管理和集中管理兩種模式：①分級(jí)管理模式下變電站向集控站傳送本站的全部監(jiān)控信息，集控站則只向調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)其所需的部分信息；調(diào)度員只向集控站下達(dá)各種操作命令，對(duì)變電站的各種控制操作則由集控站完成。②集中控制模式只是在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的局域網(wǎng)上加裝集控站工作站，變電站的監(jiān)控信息全部直接送往調(diào)度端系統(tǒng)，調(diào)度端系統(tǒng)直接控制變電站。通過(guò)比較分析知道，分級(jí)管理模式下變電站采用兩級(jí)控制，信息流向清晰，可靠性高，是目前的主流方式。在設(shè)計(jì)防誤閉鎖系統(tǒng)，特別是老集控站新增或改造防誤閉鎖系統(tǒng)時(shí)，需要充分考慮如何利用集控站的原有信息資源，無(wú)縫地融入集控站自動(dòng)化系統(tǒng)。

集控站防誤系統(tǒng)主要功能包括五防閉鎖、模擬預(yù)演、操作票管理及五防專(zhuān)家系統(tǒng)。防誤系統(tǒng)完成對(duì)各獨(dú)立變電站一次設(shè)備五防閉鎖系統(tǒng)的邏輯判斷，在集控站的模擬操作屏上對(duì)下轄變電站的操作任務(wù)進(jìn)行模擬預(yù)演、操作票的檢驗(yàn)，每一步操作都需要通過(guò)集控中心五防專(zhuān)家系統(tǒng)的“五防”邏輯判斷，只有判斷正確后才輸出操作程序給監(jiān)控系統(tǒng)，完成遙控操作。同時(shí)可以將操作票傳輸給電腦鑰匙，由操作人員帶著電腦鑰匙到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。操作完成后，電腦鑰匙可將操作任務(wù)完成的信息回傳到站內(nèi)五防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和集控站五防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)信息的自動(dòng)同步刷新。

［1］韓學(xué)軍,姜志臣.基于專(zhuān)家系統(tǒng)的變電站防誤系統(tǒng)［J］.吉林電力，2003，（10）.

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