馮勇

(云南電網(wǎng)公司電力研究院，昆明 650217)

變電站在線(xiàn)式一體化五防技術(shù)

馮勇

(云南電網(wǎng)公司電力研究院，昆明 650217)

分析了在線(xiàn)式一體化五防模式的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)及原理，指出了當(dāng)前變電站五防和監(jiān)控系統(tǒng)各自獨(dú)立的弊端.最后探討了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)化在線(xiàn)式一體化五防模式的主要特點(diǎn)。

變電站；在線(xiàn)式一體化五防；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

0 前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展及智能變電站的推廣應(yīng)用，如今的微機(jī)五防系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)各自獨(dú)立的模式已不能滿(mǎn)足電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行需要，從而也對(duì)防誤閉鎖技術(shù)提出了更高的要求。由于長(zhǎng)期以來(lái)電力系統(tǒng)往往都是先有一、二次設(shè)備，然后才考慮閉鎖的問(wèn)題，導(dǎo)致微機(jī)五防系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一直是獨(dú)立發(fā)展和使用的，在應(yīng)用中存在無(wú)法克服的缺點(diǎn)。本文重點(diǎn)分析了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和微機(jī)五防系統(tǒng)各自獨(dú)立的弊端及在線(xiàn)式一體化五防系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，并探討了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)化在線(xiàn)式一體化五防系統(tǒng)的應(yīng)用前景。

1 獨(dú)立式微機(jī)五防系統(tǒng)的特點(diǎn)

目前在云南電網(wǎng)綜合自動(dòng)化變電站中普遍采用的是監(jiān)控與五防系統(tǒng)分別獨(dú)立的運(yùn)行模式，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和微機(jī)五防系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)行程序，二者通過(guò)通訊和軟件鏈接的方式共同實(shí)現(xiàn)監(jiān)控防誤功能，是一種實(shí)現(xiàn)二者完全融合的過(guò)渡模式。獨(dú)立式微機(jī)五防系統(tǒng)有如下不可避免的缺點(diǎn)：

1)對(duì)于獨(dú)立式微機(jī)五防系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，設(shè)備相對(duì)獨(dú)立，兩者之間僅依靠一根通信線(xiàn)纜實(shí)現(xiàn)正常通信，從而造成了資源上的浪費(fèi)。雖然近期出現(xiàn)的離線(xiàn)式一體化五防技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)和五防系統(tǒng)的融合，也由于同樣不能實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備狀態(tài)、在線(xiàn)跟蹤操作執(zhí)行結(jié)果、鎖具的式樣繁多、不能有效防止 “走空程”等原因限制了發(fā)展[1]。

2)兩者之間通信的可靠性將直接影響五防系統(tǒng)的可用性。雖然目前這兩個(gè)系統(tǒng)也有較好的連接，并取得了良好的應(yīng)用效果，但卻存在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作復(fù)雜、對(duì)人員素質(zhì)情況要求較高和工作量較大等不利因素。

3)兩者之間出現(xiàn)通信故障時(shí)，作為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)人員一般只能排除兩者之間通信線(xiàn)纜的故障，而由于其他原因造成的通信故障對(duì)于運(yùn)行人員來(lái)說(shuō)就無(wú)能為力，這也容易出現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)廠家和五防廠家互相扯皮的現(xiàn)象，對(duì)用戶(hù)極為不利。

4)嚴(yán)格意義上講，離線(xiàn)的邏輯判斷不能實(shí)現(xiàn)真正的防誤閉鎖功能，其操作過(guò)程中一次設(shè)備狀態(tài)變位有可能導(dǎo)致后續(xù)的操作步驟不再滿(mǎn)足防誤要求，而常規(guī)防誤系統(tǒng)不具備相應(yīng)的辨識(shí)功能。

5)與變電站控制技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化以及一體化共享的發(fā)展模式不相適應(yīng)。

2 在線(xiàn)式一體化五防系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.1 在線(xiàn)式一體化五防系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

在線(xiàn)式一體化五防系統(tǒng)是在現(xiàn)有的微機(jī)五防系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立的基礎(chǔ)上，將五防閉鎖功能直接融入到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，共享各種硬件和軟件資源。從硬件上看，減少了五防主機(jī)配置；在軟件部分將防誤模塊嵌入到監(jiān)控系統(tǒng)中，使該微機(jī)既可作為監(jiān)控系統(tǒng)的后臺(tái)機(jī)，又可作為防誤系統(tǒng)的主機(jī)。

在線(xiàn)式一體化五防模式下五防系統(tǒng)由站控層防誤閉鎖、間隔層防誤閉鎖和現(xiàn)場(chǎng)布線(xiàn)式電氣閉鎖三級(jí)防誤閉鎖構(gòu)成，系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖1。在線(xiàn)式一體化五防系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：

1)站控層是變電站五防系統(tǒng)使用最頻繁的防誤層，其特點(diǎn)是閉鎖可靠性高、覆蓋面廣，閉鎖范圍涵蓋全站的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀閘、網(wǎng)門(mén)和接地線(xiàn)，能有效防止人為誤操作事故的發(fā)生。

站控層防誤模式下，模塊化的五防軟件和操作票系統(tǒng)作為監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這種模塊化軟件配置不受操作系統(tǒng)是 Windows、Linus還是Unix的限制，比較靈活。防誤閉鎖軟件與自動(dòng)化系統(tǒng)具有統(tǒng)一的畫(huà)面編輯，可以直接采用自動(dòng)化系統(tǒng)的畫(huà)面作為五防的畫(huà)面，不用重新制作，而只是根據(jù)五防系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)界面的不同特點(diǎn)對(duì)相應(yīng)的圖元進(jìn)行分層處理和顯示。五防系統(tǒng)通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)庫(kù)，獲取相關(guān)設(shè)備的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)全站設(shè)備的五防功能。一次設(shè)備的后臺(tái)遙控操作可以憑借與五防模塊的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享與交換可靠地實(shí)現(xiàn)邏輯閉鎖功能。

2)間隔層防誤依托間隔層測(cè)控裝置與變電站內(nèi)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，借助管理軟件按照微機(jī)五防系統(tǒng)的五防邏輯將閉鎖邏輯下裝到測(cè)控裝置，實(shí)現(xiàn)在測(cè)控裝置操作的邏輯五防功能[2]。間隔層的測(cè)控單元也可互相通訊，實(shí)現(xiàn)間隔層全站五防，當(dāng)滿(mǎn)足閉鎖要求時(shí)測(cè)控單元開(kāi)出的五防閉鎖硬節(jié)點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)全站設(shè)備的綜合五防功能，同時(shí)具備應(yīng)急解鎖功能，在測(cè)控屏上的每個(gè)間隔對(duì)應(yīng)設(shè)置相關(guān)的解鎖開(kāi)關(guān)。

3)站控層防誤與間隔層防誤均能獨(dú)立完成相應(yīng)功能，兩者閉鎖邏輯應(yīng)保持一致。

4)現(xiàn)場(chǎng)布線(xiàn)式電氣閉鎖是通過(guò)二次電纜連接，將間隔內(nèi)關(guān)聯(lián)電氣設(shè)備位置狀態(tài)轉(zhuǎn)化為對(duì)電氣設(shè)備操作流程進(jìn)行閉鎖。這種依靠電氣設(shè)備本身的位置狀態(tài)進(jìn)行閉鎖的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，使用方便；缺點(diǎn)是需敷設(shè)大量電纜，施工工作量大，輔助接點(diǎn)可靠性差導(dǎo)致閉鎖穩(wěn)定性不高。

圖1 在線(xiàn)式一體化五防系統(tǒng)三級(jí)防誤示意圖

2.2 在線(xiàn)式一體化五防系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

變電站防誤操作系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)、方便操作，而且最好是 “在線(xiàn)判別系統(tǒng)”。好的防誤系統(tǒng)應(yīng)該是讓操作人員感覺(jué)不到防誤系統(tǒng)的存在，而防誤系統(tǒng)卻在實(shí)時(shí)起著作用。在線(xiàn)式一體化防誤與獨(dú)立在線(xiàn)式微機(jī)防誤、獨(dú)立微機(jī)防誤(帶電腦鑰匙)的比較見(jiàn)下表1。

項(xiàng)目 監(jiān)控防誤(在線(xiàn)式一體化防誤) 獨(dú)立在線(xiàn)式微機(jī)防誤 獨(dú)立微機(jī)防誤(帶電腦鑰匙)防誤系統(tǒng)在線(xiàn)實(shí)時(shí)邏輯判別 系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行邏輯判別。 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)情況下的防誤操作. 無(wú)此項(xiàng)功能。位置檢測(cè) 全部設(shè)備實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè) 全部設(shè)備實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)。 形成虛遙信息傳回給主機(jī)。遠(yuǎn)方監(jiān)控 操作信息可傳給調(diào)度集控中心。 操作信息可傳給調(diào)度、集控中心。 無(wú)此項(xiàng)功能。防走空程序具有正反雙向閉鎖功能，解鎖后，設(shè)備操作到位時(shí)，狀態(tài)才進(jìn)行更新，保證了邏輯判別的真實(shí)性和實(shí)時(shí)性。電控鎖具有位置識(shí)別功能，只有單接點(diǎn)信號(hào)進(jìn)入防誤主機(jī)。單元控制器易受干擾，可靠性不高。易出現(xiàn) “走空程”現(xiàn)象。模擬量采集 能采集應(yīng)用電壓、電流模擬量。 無(wú)此項(xiàng)功能 無(wú)此項(xiàng)功能升級(jí)與維護(hù) 易于升級(jí)、維護(hù)，成本較低。 維護(hù)量大、升級(jí)成本高； 維護(hù)量大，成本很高。智能化程度 智能化程度高。 智能化高，但穩(wěn)定性、可靠性差。 智能化程度低

綜上所述，在線(xiàn)式一體化五防正是具備如下的諸多優(yōu)點(diǎn)而成為防誤閉鎖技術(shù)的發(fā)展方向：

1)能夠在線(xiàn)檢測(cè)全部設(shè)備的位置信息，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)情況下的防誤操作，實(shí)時(shí)性強(qiáng)；

2)多層級(jí)防誤閉鎖相結(jié)合，可靠性高，可操作性強(qiáng)；

3)可以使操作時(shí)間大大減少，不管是正常操作還是事故處理都更加方便和快捷；

4)具備完善的五防邏輯判別，將實(shí)時(shí)采集的模擬量信息和開(kāi)關(guān)量信息作為雙重判據(jù)，并可將臨時(shí)接地線(xiàn)和高壓帶電顯示裝置的信號(hào)接入整個(gè)防誤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全站性的防誤操作；

5)不增加經(jīng)濟(jì)成本，系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)方便，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)的防誤要求。

3 網(wǎng)絡(luò)化在線(xiàn)式一體化五防模式

采用IEC 61850變電站的通信網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)協(xié)議的數(shù)字化變電站，其所采用的GOOSE網(wǎng)絡(luò)非常適合進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的間隔層防誤。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放性、互操作性和基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的面向通用對(duì)象的變電站事件 (GOOSE)快速傳輸機(jī)制為間隔層設(shè)備之間的信息共享提供了前提保障，是防誤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，該防誤系統(tǒng)是在線(xiàn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，充分利用站內(nèi)設(shè)備，不需要額外的設(shè)備投資，并且具有智能程度高、方便、無(wú)延時(shí)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)[3]。

網(wǎng)絡(luò)化在線(xiàn)式一體化五防系統(tǒng)的基本架構(gòu)見(jiàn)圖2。網(wǎng)絡(luò)化在線(xiàn)式一體化五防模式下，五防所需的遙信數(shù)據(jù)可以通過(guò)GOOSE機(jī)制從過(guò)程層的智能操作箱獲取，模擬量通過(guò)過(guò)程層的合并單元獲得。全站數(shù)據(jù)經(jīng)開(kāi)放的GOOSE通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送，每臺(tái)間隔層設(shè)備均能及時(shí)獲得所需數(shù)據(jù)，并應(yīng)用于本間隔的控制閉鎖邏輯判別，從而實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于五防主站的間隔層的邏輯閉鎖。網(wǎng)絡(luò)化五防系統(tǒng)將大量的底層網(wǎng)絡(luò)信息，通過(guò)運(yùn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)識(shí)別及邏輯綜合判斷決策，在網(wǎng)絡(luò)底層實(shí)現(xiàn)變電站完整的五防邏輯閉鎖，取代了常規(guī)專(zhuān)用電氣編碼鎖，省去了專(zhuān)用五防系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間繁雜的信息校驗(yàn)。智能化變電站間隔層設(shè)備與過(guò)程層設(shè)備之間、間隔層設(shè)備與間隔層設(shè)備之間均通過(guò)GOOSE機(jī)制實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的采集與控制見(jiàn)圖2。

網(wǎng)絡(luò)化在線(xiàn)式一體化五防系統(tǒng)具有可靠性強(qiáng)、智能化程度高、可用性強(qiáng)、投資少和實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)。隨著IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)和智能化變電站技術(shù)的逐步推廣，基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)化在線(xiàn)式一體化五防防誤系統(tǒng)將具有廣泛的應(yīng)用前景。

圖2 網(wǎng)絡(luò)化在線(xiàn)式一體化五防系統(tǒng)的基本架構(gòu)

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合以上分析可知，在線(xiàn)式一體化五防以其無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)必將獲得更多的關(guān)注和應(yīng)用。目前常規(guī)綜合自動(dòng)化變電站的在線(xiàn)式一體化五防技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在全國(guó)很多地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)化在線(xiàn)式一體化五防技術(shù)也已經(jīng)逐步走向成熟，相信隨著智能化變電站技術(shù)的不斷推廣，基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)化在線(xiàn)式一體化五防系統(tǒng)將有更廣闊的應(yīng)用空間。

[1] 黃文龍，程華，梅峰，等.變電站五防一體化在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37 (23).

[2] 張鵬征，王鳳，蘇生平，等.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)間隔層邏輯五防技術(shù)的應(yīng)用 [J].青海電力，2009，28(4).

[3] 唐成虹，宋斌，胡國(guó)，等.基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的新型變電站防誤系統(tǒng) [J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，33(5).

Discussion on Online Five-prevention Integration System in Substation

FENG Yong
(Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217)

This paper analyses the feature，superiority and principle of online five-prevention integration system，points out many disadvantages of the independent of five-prevention system and computer monitoring system.In the end，this paper discusses the main features of the networked online five-prevention integration system.

substation；online five-prevention integration system；computer monitoring system

TM76

B

1006-7345(2014)04-0087-04

2014-02-08

馮勇 (1980)，男，碩士，工程師，云南電網(wǎng)公司電力研究院，從事變電站綜合自動(dòng)化及配網(wǎng)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) (e-mail) 69369359＠qq.com。