變電站自動化改造中的五防與遙控的探討

李鑫

（重慶市電力公司檢修分公司，重慶 400039）

1 防誤操作設(shè)備現(xiàn)狀

1.1 防誤操作設(shè)備

防誤操作閉鎖裝置的“五防”功能是指：防止誤分、誤合斷路器；防止帶負荷分、合隔離開關(guān)；防止帶電掛接地線（合接地閘刀）；防止帶接地線（接地閘刀）合閘；防止誤入帶電間隔。五防設(shè)備通過對操作過程和行為的約束達到防誤操作的目的，與自動化設(shè)備同步發(fā)展：

1.1.1 機械閉鎖。在較近距離的開關(guān)和刀閘上（如一體化設(shè)備），通過連桿、鎖卡或者其他機械結(jié)構(gòu)傳動實現(xiàn)的機構(gòu)之間的閉鎖。在遠距離設(shè)備上可通過程序化鎖具，實現(xiàn)操作步驟的限定。機械聯(lián)鎖裝置原理簡單可靠，在實現(xiàn)不同回路設(shè)備之間的聯(lián)鎖時有成功案例。機械的可靠性高，但邏輯靈活性不強，受距離限制應(yīng)用范圍有限。

1.1.2 電氣閉鎖。一般用開關(guān)和刀閘的輔助接點閉鎖電動機構(gòu)的操作回路，而電磁閉鎖用輔助節(jié)點閉鎖電磁元件，主要針對柜門等非電動操作的設(shè)備。電氣閉鎖能實現(xiàn)不同回路間較遠距離的閉鎖，其故障主要來自于惡劣環(huán)境下的輔助接點（真空開關(guān)型輔助節(jié)點可靠性較好）；安裝調(diào)試工作量大，對二次接線依賴程度較高，投運后的改造繁雜，錯誤不易發(fā)現(xiàn)。

1.1.3 微機五防閉鎖。將安全約束引入操作邏輯算法，利用電腦鑰匙對編碼芯片依次解鎖，實現(xiàn)嚴格的操作步驟限制。電編碼鎖可對控制屏上把手和按鈕進行閉鎖；對于手動設(shè)備，依靠機械編碼鎖對一次設(shè)備鎖止和遙信返回（如地線樁、網(wǎng)門）。統(tǒng)計結(jié)果表明，誤操作事故主要來源于手動操作。不管是何種變電站，必須能對電動和手動操作設(shè)備同時“完備”閉鎖。實際應(yīng)用時，根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)計各種鎖具，達到閉鎖接地樁、二次空開、巡視點等特殊設(shè)備及操作行為的目的。

監(jiān)控系統(tǒng)也可直接整合五防模塊，其具備較好的軟硬件基礎(chǔ)和信息優(yōu)勢，在部分地區(qū)有所應(yīng)用，但由于歷史的和管理的原因在重慶電網(wǎng)采用較少。

1.1.4 遠程五防系統(tǒng)。無人站的增多給遠程操作安全性和及時性提出更高要求，接入五防主站的遠控系統(tǒng)可以閉鎖站間聯(lián)絡(luò)線，更好的兼顧安全和效率。部分較早實現(xiàn)集控中心或調(diào)控一體的地區(qū)，也有采用EMS五防模塊實現(xiàn)的案例。

實際運行中，機械防誤主要應(yīng)用在成套開關(guān)設(shè)備上，電氣防誤主要應(yīng)用在關(guān)聯(lián)設(shè)備（如同一母線的刀閘和地刀）的電操回路閉鎖上，作為現(xiàn)場防誤的最后一道防線，是當前運行場站中的基礎(chǔ)配置，而微機防誤因為站控層全面閉鎖的特性，是當前的主流配置。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)

在不同時期投運的變電站，自動化系統(tǒng)、五防裝置和保護裝置等二次設(shè)備的配備方式不盡相同：

1.2.1 部分較早投運的變電站無遠動設(shè)備，僅有控制屏，現(xiàn)場一次設(shè)備防誤裝置較少。或多或少具備機械閉鎖裝置和電磁閉鎖回路，通過后期加裝不斷完善，加裝獨立的微機五防系統(tǒng)成為此類變電站標準設(shè)施。

1.2.2 變電站內(nèi)有遠動設(shè)備但遙信不轉(zhuǎn)發(fā)，獨立的五防裝置記憶鑰匙狀態(tài)，據(jù)此進行操作邏輯判斷。

1.2.3 五防設(shè)備具備規(guī)約解釋功能的，能與監(jiān)控實時對位，進行倒閘邏輯的在線判斷。

1.2.4 五防發(fā)送邏輯判斷結(jié)果，部分型號的監(jiān)控裝置可接受五防遙控解鎖命令，結(jié)合操作票依次開放控制權(quán)限。實現(xiàn)對后臺和集控等遠方遙控的閉鎖，正逐步發(fā)展為集控五防系統(tǒng)。遠程五防系統(tǒng)極大的節(jié)約操作時間，可解決聯(lián)絡(luò)線閉鎖問題，但專用通道和閉鎖的聯(lián)調(diào)步驟較多。

1.2.5 部分地區(qū)的監(jiān)控整合五防。直接將操作邏輯寫入各回路監(jiān)控單元，在操作回路中串聯(lián)閉鎖電路，一體化實施、聯(lián)合運行。對非電控類設(shè)備，用電磁鎖等方法擴展并不現(xiàn)實，補充機械鎖具實現(xiàn)全部設(shè)備“完全性”閉鎖。

一體化設(shè)備改造時需同時修改關(guān)聯(lián)間隔的參數(shù)，存在大量維護“陷阱”。由于閉鎖節(jié)點和信號節(jié)點由同一設(shè)備提供，監(jiān)控系統(tǒng)故障時存在較大誤動風險。因此，相對安全的五防工作站模式采用較多。作為監(jiān)控系統(tǒng)的站控層模塊存在，工作站能完成獨立微機五防的所有功能，與系統(tǒng)的其他功能互不影響，具備獨立運行能力。

2 五防配置原則

根據(jù)與監(jiān)控組合的方式，五防可分為一體化和獨立配置兩種。獨立的五防設(shè)備操作盤面清晰直觀，運行人員執(zhí)行簡單不易錯誤；安裝和維護工作界面明晰，改造施工的安全性高。

五防和監(jiān)控合一是未來發(fā)展方向，《華中電網(wǎng)有限公司500kV變電站自動化系統(tǒng)管理規(guī)范》（以下簡稱管理規(guī)范）規(guī)定“采用間隔層電氣防誤閉鎖加微機‘五防’的方案”，能發(fā)揮監(jiān)控系統(tǒng)的實時信息優(yōu)勢；算法方面，能利用圖論拓撲算法等成熟的調(diào)度主站技術(shù)，進行各種在線的和帶拓撲的邏輯判斷，實現(xiàn)運行設(shè)備實時閉鎖；能利用監(jiān)控現(xiàn)有回路直接閉鎖刀閘操作電源，節(jié)省解鎖操作時間；監(jiān)控設(shè)備防誤功能失靈時，具備應(yīng)急解鎖功能。一體化五防的內(nèi)部通訊接口可靠性好，但由于設(shè)備改造的維護工作量和實際應(yīng)用推廣等問題，與現(xiàn)有管理制度存在矛盾，監(jiān)控設(shè)備廠家并不主動。

《管理規(guī)范》規(guī)定微機五防需滿足如下要求：對自動化系統(tǒng)防誤閉鎖；實時自動對位；程序可靠，可脫開自動化系統(tǒng)獨立運行；可編制操作票；可模擬操作。作為運行安全的重要防線，五防裝置現(xiàn)場運行可靠性的要求甚至高于監(jiān)控系統(tǒng)，《管理規(guī)范》甚至規(guī)定“五防主機宜獨立設(shè)置”，間隔層電氣防誤閉鎖作為補充。國網(wǎng)公司出版了《輸變電工程典型設(shè)計》，從前后版本技術(shù)要求的變化可以看出五防仍處在不斷發(fā)展成熟階段。不論是獨立或一體化，在典型設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，新投運或舊站改造的五防裝置還需滿足以下條件：

2.1 五防與監(jiān)控功能互不影響。特別是對一體化五防設(shè)備，必須使五防模塊與監(jiān)控模塊相對獨立。在對側(cè)設(shè)備故障或通道脫開的特殊情況下，孤立部分具備持續(xù)運行能力。

2.2 能同時實現(xiàn)近端和遠端遙控閉鎖，包括操作把手、后臺遙控和集控中心遙控等模式。當前主要是無人值班改造變電站，且集控中心遙控閉鎖水平參差不齊，必須針對多種操作方式分別閉鎖。

2.3 具備互操作解鎖和撤銷功能。

2.4 應(yīng)采用無風扇單片機等工業(yè)級系統(tǒng)，具備條件的可采用非WINDOWS系統(tǒng)，實現(xiàn)較高的整體可靠性。實踐證明，帶風扇的硬件和WINDOWS軟件系統(tǒng)不能適應(yīng)惡劣工況，保持長期穩(wěn)定運行能力較差。

2.5 具備較好的人機界面，操作熟悉難度不大于當前的運行系統(tǒng)。防誤操作本身原理清晰，技術(shù)進步不能加大學習難度。

2.6 增加遙信識別功能，在鑰匙回傳的信息與遠動設(shè)備信息不統(tǒng)一時立即告警。

建議實現(xiàn)冗余傳輸通道，以配合監(jiān)控系統(tǒng)中的雙網(wǎng)互備模式。穩(wěn)定可靠運行是系統(tǒng)改造的目的，特別對于防誤操作系統(tǒng)，單純追求技術(shù)先進的改造升級不可提倡。

3 變電站自動化改造

3.1 控制回路的調(diào)試

出于安全可靠性和技術(shù)分工的原因，在較低等級變電站中一般配置綜自系統(tǒng)，110kV以上級別的保護和監(jiān)控分開設(shè)置。原來的遙控功能主要配置在繼電保護屏柜或關(guān)聯(lián)設(shè)備上，自動化技術(shù)的進步和無人值班管理的要求使遙控功能逐漸向監(jiān)控設(shè)備轉(zhuǎn)移。

現(xiàn)場的前期調(diào)試主要分為裝置校驗和設(shè)備聯(lián)調(diào)。控制回路調(diào)試分為開關(guān)本體調(diào)試、保護整組試驗和監(jiān)控系統(tǒng)試驗，存在的多種閉鎖方式須要依次實驗：開關(guān)就地閉鎖、保護屏把手閉鎖（或控制屏）、監(jiān)控屏把手閉鎖、監(jiān)控屏壓板閉鎖、監(jiān)控屏五防鎖閉鎖、后臺五防閉鎖、遠程五防系統(tǒng)閉鎖。部分防誤閉鎖元件存在多種操作和解鎖方式，如電編碼鎖可從鑰匙和后臺解鎖，驗收時容易遺漏。

3.2 一次設(shè)備改造

舊站改造時一次設(shè)備的安裝和運轉(zhuǎn)精度通常不能完全滿足固定式鎖具的要求，包含地線、手車、手動刀閘等大量手動設(shè)備，一般采用帶編碼掛鎖形式，是實際運用中最為可靠的閉鎖方式。文獻提出基于間隔內(nèi)網(wǎng)絡(luò)鎖控器的系統(tǒng)，能在事故和檢修狀態(tài)對設(shè)備分區(qū)閉鎖；實際上，任何元件、電源和通訊回路的增加都會影響場站的系統(tǒng)可靠性，網(wǎng)絡(luò)鎖控制器也存在類似問題。

電動刀閘等一次設(shè)備遙控操作可靠性不高，始終未滿足100%，一直是運行部門最為擔心的問題，現(xiàn)行運規(guī)規(guī)定運行人員操作后必須現(xiàn)場確認實際位置。改造后的監(jiān)控系統(tǒng)一般都具備刀閘遙控功能，等待一次設(shè)備遙控可靠性提高和遙視輔助系統(tǒng)投用等時機成熟后可試運行。

3.3 過渡運行和竣工驗收

改造前五防為獨立系統(tǒng)的，施工期間則依據(jù)記憶鑰匙狀態(tài)判斷邏輯；改造前與監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)互聯(lián)的，需要將五防通訊斷開改為記憶鑰匙運行模式，實現(xiàn)簡單，但實際銜接時易產(chǎn)生現(xiàn)場管理漏洞。文獻[5]提出的新裝置可對檢修和故障設(shè)備單獨閉鎖，解決了此類問題。利用五防鎖芯的通用性，也可直接對改造間隔的五防鎖進行替換，依次實現(xiàn)新舊監(jiān)控無縫對接。但當改造涉及一次設(shè)備的電氣主接線改變時，必須重作五防程序。

在發(fā)生涉及一次和二次設(shè)備的變動后，重新進行防誤閉鎖操作驗收：微機五防先進行內(nèi)部邏輯判斷，模擬操作和解鎖閉鎖試驗，再進行帶一次設(shè)備操作。包含電氣閉鎖的，必須操作相關(guān)回路進行實際驗證。但由于設(shè)備部分運行，常常不具備全站閉鎖試驗要求，因此僅進行部分（如檢修回路、備用回路）設(shè)備操作實驗，此種情況需要做規(guī)約測試并核對所有五防實時遙信，并核對五防遙信和遙控解鎖點表。對于存在間隔層閉鎖設(shè)備的[8]，難以進行完整的閉鎖邏輯驗收。漏核遙信或者不完全核對閉鎖邏輯是實際發(fā)生較多的問題。

結(jié)語

控制回路的改造是變電站自動化改造最為重要的內(nèi)容，本文討論變電站改造過程中防誤操作設(shè)備和遙控相關(guān)的多種問題。

監(jiān)控技術(shù)的逐漸成熟促進遙控功能的逐步過渡，推動變電站無人值班和電網(wǎng)自動化、智能化發(fā)展。平穩(wěn)安全過渡，提高調(diào)度運行水平，促進電網(wǎng)安全穩(wěn)定是自動化升級改造的最終目的。

[1]袁大陸.DL/T687-1999《微機型防止電氣誤操作裝置統(tǒng)一技術(shù)條件》編制說明[J].電力標準化與計量,2000,33(3)∶.9-10.

[2]雷春明,范滿元.廠用電系統(tǒng)的機械五防閉鎖原理及其方法.電力建設(shè)[J].2008,29(6)∶76-78.

[3]黃文龍,程華,梅峰,等.變電站五防一體化在線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2009,37(23)∶112-115.

[4]郭銘桂.淺談南寧區(qū)域控制中心的防誤閉鎖系統(tǒng)[J].廣西電力,2008,(3)∶44-47.

[5]管保安,周軍.基于大網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)+間隔內(nèi)閉鎖設(shè)思想的網(wǎng)絡(luò)型微機防誤閉鎖系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2009,37(17)∶93-96.