微機五防系統(tǒng)的發(fā)展與探討

蔡 菁，紀 陵

（1.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息與工程系，江蘇泰州 225300；2.國電南京自動化股份有限公司，江蘇南京 210003）

微機五防系統(tǒng)的發(fā)展與探討

蔡 菁1，紀 陵2

（1.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息與工程系，江蘇泰州 225300；2.國電南京自動化股份有限公司，江蘇南京 210003）

隨著變電站自動化技術(shù)的不斷發(fā)展、運行管理模式不斷進步，防誤閉鎖技術(shù)也有了很大的發(fā)展。作為變電站主流的微機防誤閉鎖技術(shù)在變電站實際生產(chǎn)運行中存在著一些問題，隨著這些問題的不斷提出，微機五防的一些新模式和新技術(shù)被提出來，并在實際工程中有所應(yīng)用。對微機五防三種模式的優(yōu)缺點進行了總結(jié)和探討，希望能對國內(nèi)微機五防系統(tǒng)的發(fā)展和實際系統(tǒng)五防模式的選型提供一些思路。

微機五防；獨立五防；一體化五防；在線式五防；智能化；發(fā)展

1 概述

1.1 五防的相關(guān)條例

電力系統(tǒng)歷來十分重視系統(tǒng)的安全，但每年總會發(fā)生因電氣誤操作而導(dǎo)致的事故，造成了許多不必要的損失。為了有效防止運行電氣設(shè)備的誤操作引發(fā)的人身和重大設(shè)備事故，我國早在1990年就提出了電氣設(shè)備“五防”的要求，并以法規(guī)的形式行文規(guī)定了電氣防誤的管理、運行、設(shè)計和使用原則。國電公司2000年發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》第二章第2.5條明確規(guī)定：采用計算機系統(tǒng)時，遠方、就地操作均應(yīng)具備防誤閉鎖功能[1]。2005年《廣東電網(wǎng)110kV-220kV變電站自動化系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中明確要求變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)用一體化五防系統(tǒng)，將五防功能作為子系統(tǒng)嵌入到監(jiān)控系統(tǒng)中，作為變電站綜合自動化系統(tǒng)功能之一。

1.2 五防系統(tǒng)的發(fā)展

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，防誤閉鎖系統(tǒng)也在不斷更新?lián)Q代。最早出現(xiàn)的閉鎖方式為機械閉鎖，隨后經(jīng)歷了機械程序閉鎖、電磁鎖和電氣聯(lián)鎖幾個時期，發(fā)展到今天廣泛應(yīng)用的是微機防誤閉鎖系統(tǒng)。早期的機械閉鎖只能用于機械一體化設(shè)備或成套開關(guān)柜中，經(jīng)常會出現(xiàn)機械卡死的問題，而采用電磁鎖和電氣聯(lián)鎖二次回路接線較復(fù)雜，上述閉鎖都很難實現(xiàn)全站閉鎖。微機五防系統(tǒng)是計算機及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用于變電站自動化的結(jié)果，該系統(tǒng)用于高壓開關(guān)設(shè)備防止電氣誤操作。通常主要由主機、電腦鑰匙、機械編碼鎖、電氣編碼鎖、模擬屏等功能元件組成。微機防誤閉鎖裝置的設(shè)備有四類：開關(guān)、刀閘、地線（接地刀閘）、遮網(wǎng)門（開關(guān)柜門），上述設(shè)備是通過微機鎖具（電編碼鎖和機械編碼鎖）實現(xiàn)閉鎖的，對上述設(shè)備須由軟件編寫操作閉鎖規(guī)則。

2 微機五防三種模式的探討

目前的微機五防主要有兩種運行模式，一種是獨立五防運行模式，一種是一體化五防運行模式。在綜合自動化變電站中普遍采用的是監(jiān)控系統(tǒng)與五防系統(tǒng)分別獨立運行的模式。隨著變電站自動化技術(shù)逐漸完善，將五防系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)合并，實現(xiàn)一體化五防系統(tǒng)已被寫入規(guī)范，將五防功能作為子系統(tǒng)嵌入到監(jiān)控系統(tǒng)中，作為變電站綜合自動化系統(tǒng)功能之一。但無論是獨立五防模式還是一體化五防模式，在實際五防系統(tǒng)中都還存在著諸如“走空程”、操作效率不高等問題。隨著計算機技術(shù)、通訊技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，一種新型的五防模式——在線式五防被提出來，并在逐步推廣應(yīng)用。

2.1 獨立五防模式

獨立五防是獨立于SCADA系統(tǒng)的微機五防，由后臺機、五防機、模擬屏、電腦鑰匙、機械編碼鎖、電氣編碼鎖等元件組成[2]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

這種方式下站控層操作的五防功能和開票功能由獨立于后臺系統(tǒng)的五防機實現(xiàn)。在后臺系統(tǒng)的操作員站上做遙控操作時，首先將操作設(shè)備號和操作請求傳入五防機，在五防機中作出五防規(guī)則判斷，然后將判斷結(jié)果傳回后臺系統(tǒng)，最后后臺系統(tǒng)根據(jù)傳回的判斷結(jié)果發(fā)出遙控命令或中止遙控操作。

采用獨立五防模式的微機五防系統(tǒng)，在使用中存在以下問題：

（1）由于絕大多數(shù)獨立五防機都采用Windows系統(tǒng)，機器易出現(xiàn)故障，相比較運行Unix操作系統(tǒng)的監(jiān)控后臺機而言，獨立五防機長期、穩(wěn)定、可靠運行的性能相對較差。

（2）獨立五防機要通過與監(jiān)控系統(tǒng)通訊才能獲得斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的實時狀態(tài)信息。因而，五防閉鎖結(jié)果的準確性依賴于網(wǎng)絡(luò)的可靠性，一旦后臺系統(tǒng)與五防機之間的網(wǎng)絡(luò)通訊出了問題，站控層五防和操作票功能將陷于癱瘓。

（3）在諸如檢修調(diào)試等非正常運行模式下，進行五防邏輯判斷時，獨立五防機無法清楚地區(qū)分，造成部分操作無法用電腦鑰匙進行解鎖，只能強制解鎖，很容易因走錯間隔而發(fā)生誤操作，造成對于無票操作和檢修人員的操作不能進行防誤閉鎖。

（4）五防機只實現(xiàn)了掛鎖聯(lián)鎖，沒有實現(xiàn)真正的電氣聯(lián)鎖，還不能真正地達到“全站五防”的目的。大多數(shù)編碼鎖在戶外，風吹日曬雨淋，容易生銹，維護量大，而且一旦鎖具進水生銹，強制解鎖也很困難，會延誤操作時間。

（5）獨立五防存在走空程的問題。當操作人持電腦鑰匙進行就地操作時，由于電腦鑰匙只能起到識別設(shè)備的作用，而無法對操作是否完成進行強制檢查，可能出現(xiàn)識別后操作并未完成但操作人員卻可持電腦鑰匙進行下一項操作，即出現(xiàn)“走空程”的問題。“走空程”的存在增加了出現(xiàn)誤操作的危險，須引起高度的重視。

（6）斷路器就地分合閘存在漏洞，編碼鎖串接于斷路器分合閘回路中，電腦鑰匙識別正確后接通回路，即可對斷路器進行分合操作。同樣，用簡單的導(dǎo)線即可插入鑰匙孔接通回路，對開關(guān)進行分合，從而不受防誤系統(tǒng)的約束[3]。

（7）在倒閘過程中，獨立五防不能實現(xiàn)實時監(jiān)視全站設(shè)備位置，實時進行五防判斷閉鎖的功能，一旦有參與防誤判斷的設(shè)備異常變位發(fā)生，由于電腦鑰匙存儲的操作票是根據(jù)設(shè)備變位前的狀態(tài)開出的，若此時不中止操作過程會引起誤操作。

（8）在有多操作任務(wù)需要執(zhí)行時，由于電腦鑰匙解鎖方式的局限性，不能實現(xiàn)多個任務(wù)同步執(zhí)行。

（9）由于監(jiān)控后臺和微機五防系統(tǒng)不是同一個廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，設(shè)備更新的綜合自動化改造和微機五防閉鎖通信往往不能同步進行，造成個別間隔失去五防閉鎖把關(guān)。

2.2 一體化五防模式

一體化五防系統(tǒng)由后臺機、電腦鑰匙、機械編碼鎖、電氣編碼鎖等功能元件組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

一體化五防子系統(tǒng)將五防軟件嵌入進SCADA系統(tǒng)，硬件上減少了五防機，節(jié)約了成本，而且操作人員只要在監(jiān)控系統(tǒng)的一臺操作員工作站上即可完成開票、五防、監(jiān)控功能，大大方便了操作。因此，將五防子系統(tǒng)整合進后臺監(jiān)控系統(tǒng)是站控層五防發(fā)展的方向。

和獨立五防相比一體化五防有如下優(yōu)點：

（1）在一體化五防系統(tǒng)應(yīng)用中，以往在獨立五防中經(jīng)常出現(xiàn)的五防系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)通訊的故障已不再出現(xiàn)，且整個一體化系統(tǒng)具有操作簡單，響應(yīng)速度快等優(yōu)點。

（2）一體化五防系統(tǒng)日常維護主要有系統(tǒng)軟件和現(xiàn)場電腦鑰匙及鎖具的維護，五防系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)一體化后，由于兩個系統(tǒng)均使用同一數(shù)據(jù)庫、同一圖形界面，五防系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護工作量大大減少而變得簡單。此外，五防系統(tǒng)作為監(jiān)控系統(tǒng)的子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)維護和鎖具維護得到了專業(yè)班組的專門維護，改變了以往五防系統(tǒng)分工不明確的局面，五防系統(tǒng)的運行可靠性也得到了進一步提高[4]。

（3）目前獨立五防還基本不具備跨平臺和混合平臺的產(chǎn)品，而跨平臺/混合平臺的監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品已逐步在廠站監(jiān)控系統(tǒng)中大量應(yīng)用，因此集成在監(jiān)控系統(tǒng)之上的一體化五防系統(tǒng)自然也就具備了完善的跨平臺/混合平臺的能力，從而大大增強了五防系統(tǒng)的可靠性和完全防護等級。

（4）一體化五防系統(tǒng)能充分結(jié)合后臺監(jiān)控系統(tǒng)檢修、掛牌等應(yīng)用功能，將這些應(yīng)用和五防功能融合在一起，從而使廠站系統(tǒng)的檢修維護等日常工作納入到防誤閉鎖系統(tǒng)內(nèi)，使整個系統(tǒng)生產(chǎn)、維護、運行更加安全可靠。

（5）一體化五防嵌入到監(jiān)控系統(tǒng)平臺中能夠充分利用監(jiān)控系統(tǒng)平臺多機進程容錯的功能，在監(jiān)控系統(tǒng)的任何一臺機器上面都能實現(xiàn)五防和操作票的功能，大大提高了整個五防系統(tǒng)的容錯能力，保證了不因一臺機器出現(xiàn)故障而使整個五防系統(tǒng)都陷入癱瘓，大大提高了整個系統(tǒng)運行的可靠性。

當然，對于完全實現(xiàn)開關(guān)、刀閘遠方操作的廠站，部分操作仍需要電腦鑰匙或機械鎖就地進行解鎖操作，獨立五防存在的“走空程”問題，鎖具的損壞及日常維護，事故緊急處理的速度，倒閘過程中因設(shè)備發(fā)生變位而引發(fā)的誤操作以及電腦鑰匙解鎖的局限性等在獨立五防中存在的問題在一體化五防也依然存在。另外，如網(wǎng)門、接地線、驗電、保險等部分信號仍無法采集，仍需要通過電腦鑰匙進行回傳，影響了一體化五防邏輯判斷的實時性、快速性和準確性。

盡管一體化五防還存在著一些問題，但相比較獨立五防，一體化五防仍有很多優(yōu)點，它代表了廠站自動化五防系統(tǒng)發(fā)展的方向。

2.3 在線式五防模式

目前微機五防在各個場合中都得到了廣泛的應(yīng)用，對各個等級變電站的防誤操作起到了十分重重的作用，但目前無論是采用獨立五防還是采用一體化五防在實際應(yīng)用中都還存在著一些問題。為了解決這些問題，進一步提高廠站監(jiān)控五防系統(tǒng)的自動化程度，提高日常操作的安全性和效率，防誤系統(tǒng)應(yīng)充分利用計算機、通訊和微電子等領(lǐng)域的新技術(shù)，開發(fā)出一種新的防誤閉鎖控制模式，以解決存在的問題并適應(yīng)新的發(fā)展需求。正是在這種情況下，一種新的微機遠程控制的防誤閉鎖系統(tǒng)，即在線式微機五防逐漸進入了實際應(yīng)用領(lǐng)域。

在線式防誤閉鎖系統(tǒng)充分發(fā)揮了計算機的通訊和控制功能以及微控制器的邏輯判斷功能，將微機和現(xiàn)場防誤閉鎖鎖具連成網(wǎng)絡(luò)綜合防誤系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)采集現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)和執(zhí)行解鎖命令，將操作人員從繁雜的閉鎖裝置操作中解脫出來，從而高效準確地完成日常操作。在線式防誤操作閉鎖系統(tǒng)綜合了現(xiàn)有防誤系統(tǒng)的優(yōu)點，并在一體化五防進一步發(fā)展的基礎(chǔ)上提出來。

在線式五防由監(jiān)控系統(tǒng)主機、網(wǎng)絡(luò)控制器、工業(yè)現(xiàn)場局域網(wǎng)、間隔控制節(jié)點和各種間隔內(nèi)的防誤鎖具構(gòu)成在線式綜合測控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)主機和現(xiàn)場間隔控制節(jié)點構(gòu)成了一個分布式的防誤閉鎖網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場的每個節(jié)點既能通過通訊將現(xiàn)場電磁鎖及開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)信息實時傳送給監(jiān)控主機，供監(jiān)控主機遠方操縱時的實時邏輯閉鎖判斷，同時就地各節(jié)點也能通過與主機之間的通信，自動實時接收主機發(fā)過來的接閉鎖命令，從而實現(xiàn)了就地操作的全站實時防誤閉鎖。由于每一個節(jié)點都是一個微控制器，各節(jié)點間也能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、信息交互、邏輯判斷和閉鎖控制，從而保證了在監(jiān)控主機故障時在就地操作仍能實現(xiàn)五防閉鎖，保證了操作的正確與可靠性。另外，整個在線式五防系統(tǒng)既自成體系又是一個開發(fā)的系統(tǒng)，可與變電站綜合自動化系統(tǒng)第三方設(shè)備連接，實現(xiàn)信息共享，還可利用站際光纖通道，實現(xiàn)集控主站與子站的通訊，便于工作人員在主站監(jiān)視多個子站的倒閘操作過程和設(shè)備狀態(tài)的變化，構(gòu)成集控化管理的變電站倒閘防誤操作模式。

在線式五防系統(tǒng)采用了先進的通訊技術(shù)、傳感技術(shù)和計算機技術(shù)，具有以往的防誤系統(tǒng)所沒有的特點：

（1）在線式防誤閉鎖系統(tǒng)最大程度地縮減了人為干預(yù)的因素，接閉鎖操作完全由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自動控制，大大提高了操作的安全可靠性和自動化程度。

（2）防誤裝置具有自診斷功能，防誤主機能實時監(jiān)視所有防誤裝置的工作狀態(tài)，能及時發(fā)現(xiàn)和報告裝置異常信息，盡早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行的異常情況，確保了系統(tǒng)可靠運行。

（3）在線式五防能夠在線獲得包括地線、網(wǎng)門在內(nèi)的廠站各設(shè)備狀態(tài)的實時變位信息，為防誤系統(tǒng)邏輯判斷提供可靠的實時數(shù)據(jù)，有效地防止了“走空程”的發(fā)生。

（4）操作時間短，有利于倒閘操作及一些事故緊急處理的快速完成。解鎖命令的執(zhí)行通過網(wǎng)絡(luò)和微控制器實現(xiàn)，命令的執(zhí)行時間可達毫秒級，大大優(yōu)于采用電腦鑰匙的人工操作閉鎖。并且可以同時執(zhí)行多個操作任務(wù)，縮短了操作時間，提高了工作效率[5]。

當然，在線式五防模式在建立分布式控制系統(tǒng)的線纜敷設(shè)、采集設(shè)備節(jié)點位置、鎖具節(jié)點狀態(tài)、遠程控制設(shè)備的供電和鎖具的可靠性等方面仍存在一些問題需要進一步的解決和進步。隨著數(shù)字化變電站技術(shù)的不斷發(fā)展，微機五防應(yīng)能更好地借鑒和利用數(shù)字化變電站的先進技術(shù)解決現(xiàn)有存在的部分問題，并朝著智能化五防的方向發(fā)展。

3 結(jié)語

防誤操作閉鎖功能是廠站自動化電氣操作中十分重要的功能，對保證安全生產(chǎn)和人員的生命安全有著舉足輕重的作用。伴隨著監(jiān)控系統(tǒng)五防子系統(tǒng)專業(yè)化的不斷改進和完善，微機五防系統(tǒng)正經(jīng)歷著由獨立五防模式向一體化五防模式推廣的過程。隨著防誤操作的要求越來越高，系統(tǒng)運行自動化水平和可靠性要求越來越高，結(jié)合了獨立五防和一體化五防優(yōu)點的在線式五防會逐步成為廠站監(jiān)控五防系統(tǒng)發(fā)展的方向。

[1]顧擁軍,皮衛(wèi)華,楊承勝,等.變電站防誤閉鎖應(yīng)用分析[J].繼電器,2005,33(2):66-67.

[2]邵宇.五防一體化系統(tǒng)及其在廠站中的應(yīng)用[J].江西電力, 2008,32(4):15-17,21.

[3]孔召賢.綜合自動化變電站微機五防系統(tǒng)應(yīng)注意的問題[J].電氣應(yīng)用,2007,26(10):46-47.

[4]伍商星.變電站一體化五防系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].電工技術(shù), 2008,(6):9-10.

[5]吳二宅.在線式防誤閉鎖系統(tǒng)的研究[D].保定:華北電力大學(xué),2006.

Computerized Five-prevention System Developmentand Discussion

CAIJing1，JILing2
(1.TaizhouPolytechnicCollege,TaizhouJiangsu225300,China;2.GuodianNanjingAutomationCo,Ltd., NanjingJiangsu210003,China)

With the continuous development of substation automation technology and operation management advances in anti-locking technology is greatly development.As a substation operation Lockingmainstream computer technology in substation actual production there are also some problems.With these issues been raised againstsome new models and technologies of the computerized five-prevention arementioned and in the practicalengineering applied.Threemodels of the computerized five-prevention are summarized and discussed the advantages and disadvantages.Hoping against Computerized five-prevention system developmentand system selection of themode of five-prevention to provide some ideas.

computerized five-prevention;independent five-prevention;integration of five-prevention;on-line five-prevention;intelligentized;develop

TM76

B

1671-0142（2011）03-0098-04

蔡菁（1982-），女，江蘇泰州人，碩士，工程師。

（責任編輯 李冠楠）