變電站五防系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

夏志兵 王磊

摘要：微機(jī)五防系統(tǒng)在現(xiàn)代變電站中普遍使用，五防系統(tǒng)的完善與否大大影響著變電站的安全運(yùn)行。根據(jù)五防系統(tǒng)是否與變電站的自動化監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，目前廣泛使用的五防系統(tǒng)分為獨(dú)立五防、一體化五防和在線式五防三種方案。主要分析了這三種方案各自的優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)為一體化五防系統(tǒng)將逐步取代獨(dú)立五防體系，并最終向在線五防體系發(fā)展。

關(guān)鍵詞：變電站;微機(jī)五防;獨(dú)立五防;一體化五防;在線式五防

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）32-0188-02

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，變電站運(yùn)行管理方式也在不斷更新，從開始的“無人值班”、“少人值班”到后來的“集控站”方式，一直發(fā)展到目前系統(tǒng)內(nèi)正在推廣的“調(diào)控一體化加運(yùn)維操作站”的管理模式。新的運(yùn)行模式帶來提高勞動生產(chǎn)率、減人增效結(jié)果的同時，也對電力生產(chǎn)的安全運(yùn)行提出新的要求。由于變電站的電氣誤操作可能造成大面積停電、設(shè)備損壞、人身傷亡，甚至引起電網(wǎng)振蕩瓦解等嚴(yán)重后果。防止和控制電氣誤操作事故是電力行業(yè)反事故措施的一項重要內(nèi)容，是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件，防止電氣誤操作一直是變電運(yùn)行工作的重中之重，對于擔(dān)負(fù)著多個變電站操作任務(wù)的運(yùn)維站更不能忽視此項工作。

“五防”這一概念由此在行業(yè)內(nèi)得以開展。五防系統(tǒng)是防止電氣誤操作最直接也是最有效的技術(shù)措施，管理好“五防”系統(tǒng)的使用，能對各種系統(tǒng)方式改變，按照規(guī)則進(jìn)行判斷、推理，以確保倒閘操作的正確無誤，對防止誤操作、誤調(diào)度有重要作用，大大提高了調(diào)度自動化系統(tǒng)管理水平，保證了電網(wǎng)安全運(yùn)行。

一、五防系統(tǒng)的概述

1.發(fā)展歷程

電氣設(shè)備“五防”的要求于1990年在我國電力系統(tǒng)中提出，并以法規(guī)形式行文規(guī)定了電氣防誤的管理、運(yùn)行、設(shè)計和使用原則。按照規(guī)定，新建、擴(kuò)建、改造的工程未安裝防誤裝置，或者已安裝但驗收不合格的電氣設(shè)備不能投入運(yùn)行;項目管理單位在投運(yùn)前必須要督促施工單位對防誤閉鎖系統(tǒng)做到“三同時”;防誤裝置的設(shè)計應(yīng)遵循的原則是：凡有可能引起誤操作的高壓電氣設(shè)備均應(yīng)裝設(shè)防誤裝置和相應(yīng)的防誤電氣閉鎖回路。從這個原則出發(fā)，提出了“五防”規(guī)定：防止誤分、誤合斷路器;防止帶負(fù)荷拉合隔離開關(guān);防止帶電（掛）合接地線（開關(guān)）：防止帶接地線（開關(guān)）合斷路器（隔離開關(guān)）;防止誤入帶電間隔。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，五防的發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)械閉鎖、電磁閉鎖、電氣閉鎖、機(jī)械程序鎖和微機(jī)閉鎖幾個階段。但由于技術(shù)上的原因和防止誤操作設(shè)備可靠性不高，并未完全有效杜絕誤操作的發(fā)生。隨著計算機(jī)編碼技術(shù)、通信技術(shù)及控制技術(shù)的快速發(fā)展，微機(jī)防誤閉鎖技術(shù)得到了長足的發(fā)展。而近年來，隨著數(shù)字化變電站、智能變電站的投入使用，五防系統(tǒng)與變電站綜合自動化相結(jié)合日益突出。[1]

2.獨(dú)立五防、一體化五防以及在線式五防方案比較

目前新建和改造變電站時均采用微機(jī)五防系統(tǒng)，而微機(jī)五防系統(tǒng)依照是否與變電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，分為獨(dú)立五防和一體化五防兩種方案。[3]

（1）獨(dú)立五防系統(tǒng)。獨(dú)立五防系統(tǒng)是指微機(jī)五防系統(tǒng)獨(dú)立于變電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)。在設(shè)置五防系統(tǒng)之初，五防生產(chǎn)廠商依據(jù)五防原則設(shè)置完整的全站電氣設(shè)備閉鎖功能，當(dāng)遠(yuǎn)方操作時可以通過專用的微機(jī)五防系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)全站的五防功能，在現(xiàn)場操作時則由電腦鑰匙和機(jī)械鎖具實(shí)現(xiàn)閉鎖功能，在受控設(shè)備的操作回路中串入間隔的閉鎖回路，從而可靠地實(shí)現(xiàn)五防閉鎖功能，由于此系統(tǒng)有著良好的可靠性、便捷性，成本相對低廉，目前成為東麗供電公司轄區(qū)內(nèi)28所變電站的主流五防閉鎖系統(tǒng)。

獨(dú)立五防系統(tǒng)技術(shù)趨于成熟，且成本相對較低，目前廣為運(yùn)用，此外，它還有著如下優(yōu)點(diǎn)：一是功能完整性。獨(dú)立五防系統(tǒng)由主機(jī)、機(jī)械編碼鎖、電腦鑰匙、模擬盤、電氣編碼鎖等功能元件組成，是一個完整的五防系統(tǒng)，在編制系統(tǒng)軟件時可以僅僅依靠閉鎖邏輯和現(xiàn)場鎖具來實(shí)現(xiàn)對全站電氣設(shè)備的閉鎖。二是安全性高。由于獨(dú)立五防系統(tǒng)與變電站后臺監(jiān)控相對獨(dú)立，五防系統(tǒng)不會受到后臺機(jī)運(yùn)行方式的干擾，獨(dú)立完成五防閉鎖功能，具有很好的安全性能。三是操作便捷。由于獨(dú)立五防系統(tǒng)采用獨(dú)立的主機(jī)，在功能上可以依據(jù)操作需要對多個不相關(guān)聯(lián)的設(shè)備進(jìn)行操作，從而大大提高工作效率。此外，運(yùn)行人員可以依照變電站現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況來對待操作設(shè)備進(jìn)行人工定位，五防系統(tǒng)僅完成對其邏輯上的判斷，功能性明確簡單，使用維護(hù)方便，操作簡便。

獨(dú)立五防系統(tǒng)有著以上諸多優(yōu)點(diǎn)，然而隨著變電站綜自水平日益提高，獨(dú)立五防也暴露不足之處：存在資源浪費(fèi)，獨(dú)立五防系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫、畫面等都不能與變電站后臺自動化監(jiān)控系統(tǒng)通用，每投運(yùn)一所變電站就需要重新制作，大大增加了維護(hù)工作量和使用的復(fù)雜性，且獨(dú)立五防和自動化系統(tǒng)有著各自的主機(jī)，存在資源浪費(fèi)，增加成本。

（2）一體化五防系統(tǒng)。隨著自動化水平的日益提高，新技術(shù)越來越多地應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，綜合自動化系統(tǒng)在數(shù)字化變電站、智能變電站應(yīng)用趨于普及，它將變電站的各種模擬量信息采集到自動化系統(tǒng)的中央處理器中，系統(tǒng)利用這些信息，通過防誤邏輯判斷編制程序，從而實(shí)現(xiàn)防誤判斷。將邏輯判斷結(jié)果通過控制軟件輸出實(shí)現(xiàn)正常操作。一體化五防系統(tǒng)就是建立在獨(dú)立五防系統(tǒng)基礎(chǔ)上，取消獨(dú)立五防，將五防系統(tǒng)嵌入監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，合二為一，實(shí)現(xiàn)高度的自動控制，從而實(shí)現(xiàn)提高資源使用效率和資源信息高度共享。

一體化五防克服了獨(dú)立五防資源浪費(fèi)的問題，將自動化后臺監(jiān)控與微機(jī)五防相結(jié)合，使二者實(shí)現(xiàn)資源的實(shí)時共享，且監(jiān)控畫面實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一，便于運(yùn)行人員更加熟練地掌握和操作。

同樣，一體化五防也有著其相對欠缺的地方：一是可靠性不夠。由于監(jiān)控系統(tǒng)與防誤裝置來自不同的廠商，目前沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計上各自為政，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)和防誤閉鎖裝置不能很好地融合，致使部分功能缺少。且對于通信及時的要求也更加苛刻。二是運(yùn)行維護(hù)困難。一體化五防系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)與五防系統(tǒng)的融合，不僅具有監(jiān)控的功能，還得有遙控功能，此外還得具備防誤功能，這些必然導(dǎo)致在一次系統(tǒng)圖上界面趨于復(fù)雜，由此產(chǎn)生的設(shè)備調(diào)試、維護(hù)工作大大增加，且在產(chǎn)品升級換代時也會產(chǎn)生諸多不便，給運(yùn)行維護(hù)帶來不便。

（3）在線式五防系統(tǒng)。隨著變電站技術(shù)逐漸向網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化以及一體化共享模式發(fā)展，結(jié)合數(shù)字化變電站的新理論、新技術(shù)，在線式五防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三點(diǎn)：一是防誤閉鎖軟件與自動化系統(tǒng)具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，五防模塊與自動化系統(tǒng)的其他應(yīng)用模塊一樣從同一個實(shí)時庫獲得數(shù)據(jù)。二是防誤閉鎖軟件與自動化系統(tǒng)具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫組態(tài)，五防數(shù)據(jù)直接從自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)中挑選測點(diǎn)，編輯五防屬性，如合分規(guī)則、操作術(shù)語等。三是防誤閉鎖軟件與自動化系統(tǒng)具有統(tǒng)一的畫面編輯，可以直接采用自動化系統(tǒng)的畫面作為五防的畫面。同時，它能很好地適應(yīng)于當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)正在推廣的“調(diào)控一體化加運(yùn)維操作站”的管理模式，能較好地解決在地域上涉及幾所變電站的倒閘操作情況。為同時在地域上分散的變電站之間的倒閘操作提供很好的安全屏障，實(shí)現(xiàn)站間閉鎖功能。[2]

基于以上硬件基礎(chǔ)，在線式五防系統(tǒng)具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：

（1）實(shí)時性。由于在線式五防模塊與自動化系統(tǒng)的應(yīng)用模塊一樣從同一個實(shí)時庫獲得數(shù)據(jù)，保證倒閘操作一次設(shè)備之間的實(shí)時對應(yīng)關(guān)系，這一點(diǎn)對于目前系統(tǒng)內(nèi)普遍實(shí)行的調(diào)控一體和運(yùn)維一體化有著很重要的作用。眾所周知，在目前廣泛實(shí)行的運(yùn)維一體化背景下，一個操作隊所管轄的變電站可達(dá)十余座，通常會存在其中的幾座變電站出線會作為其他幾所變電站的電源進(jìn)線，在這種情況下，電源出線故障或者檢修必然會涉及到其下屬變電站運(yùn)行方式的變化，這時，在線式五防就能及時顯示此時倒閘操作所涉及變電站的一次設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行方式，并能隨各變電站實(shí)時自動更新，以保證運(yùn)維站防誤工作站與子站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一致性，從而能在變電站層面上更好地實(shí)現(xiàn)五防功能，這樣在進(jìn)行子站開票、模擬預(yù)演、五防閉鎖邏輯判斷上不僅僅只是有調(diào)控人員把握抉擇，而多了一層五防系統(tǒng)判斷，實(shí)現(xiàn)集控層、站控層、間隔層的多彩次防誤閉鎖，從而大大提高系統(tǒng)運(yùn)行安全行。

（2）防誤主站既可以監(jiān)護(hù)子站的開票過程，也可以跟蹤操作過程，一旦發(fā)現(xiàn)操作有誤可以在主站端停止開票或終止操作。

（3）支持站間閉鎖功能。由于在線式五防能夠從主站端準(zhǔn)確地檢測到各子站的運(yùn)行方式，從而主站能夠?qū)崿F(xiàn)子站間的邏輯條件閉鎖，防止誤操作的發(fā)生，可以防止站與站之間聯(lián)絡(luò)線上設(shè)備的閉鎖，防止兩個有邏輯閉鎖的設(shè)備之間發(fā)生惡性誤操作。

（4）多任務(wù)操作功能?？梢栽谖宸老到y(tǒng)上同時進(jìn)行多個操作任務(wù)，有多位運(yùn)行人員進(jìn)行不同的操作任務(wù)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的唯一操作權(quán)，設(shè)備在每次操作前，子站設(shè)備都必須向集控中心防誤系統(tǒng)主站申請操作權(quán)。不同子站可以同時向主站申請到操作權(quán)，對本站進(jìn)行模擬預(yù)演并操作，但當(dāng)子站獲得操作權(quán)后，主站系統(tǒng)則不能對相應(yīng)的子站進(jìn)行開票。同理，當(dāng)主站獲得某個子站的操作權(quán)后，相應(yīng)的子站也不能再對本站進(jìn)行開票，這樣確保了操作權(quán)的唯一性，提高了集控系統(tǒng)操作的安全性。

目前，在線式五防系統(tǒng)負(fù)荷是目前運(yùn)維站的運(yùn)行管理模式，可以加大推廣，但在線式五防系統(tǒng)的推廣還需要在以下幾方面加以改進(jìn)提高：

（1）在線式五防對于通訊的依賴程度很大，不能及時反饋系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行方式，在線式五防將不能正常工作，甚至還可能引發(fā)誤操作。

（2）在線式五防系統(tǒng)的靈活運(yùn)用需要運(yùn)行人員具有相應(yīng)的五防閉鎖的相關(guān)知識，這就需要加大對人員的培訓(xùn)力度，提高運(yùn)行人員的業(yè)務(wù)水平。五防系統(tǒng)能否在生產(chǎn)中起到應(yīng)有的作用在很大程度上決定于運(yùn)行值班人員運(yùn)用的熟練程度，因此，對于人員的培訓(xùn)需要極大加強(qiáng)，加快對系統(tǒng)的熟悉程度，從而使系統(tǒng)能夠最大程度發(fā)揮其功能。

（3）由于在線式五防系統(tǒng)涉及到不同的站端，因此，在進(jìn)行變電站建設(shè)、改造過程都需要納入在線式五防系統(tǒng)的邏輯判斷，做好五防系統(tǒng)的相應(yīng)變更，使改造完的五防系統(tǒng)與一次設(shè)備同時投運(yùn)，從而有效提高變電站安全操作和運(yùn)行管理水平。

二、結(jié)語

隨著計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，變電所自動化技術(shù)對電氣五防系統(tǒng)要求進(jìn)一步提高，傳統(tǒng)電氣防誤閉鎖方式已不能滿足要求，而作為變電所自動化運(yùn)用發(fā)展方向的在線式五防系統(tǒng)，在功能上還有待進(jìn)一步完善和提高。從東麗電網(wǎng)目前的運(yùn)行情況來看，為了安全可靠起見，在大力推廣應(yīng)用微機(jī)五防系統(tǒng)的同時，已經(jīng)著手開展將五防系統(tǒng)融入到變電站自動化系統(tǒng)一體化建設(shè)中的試點(diǎn)工作，將五防體系作為變電站自動化系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，這樣整個變電站自動化系統(tǒng)的防誤功能將更為強(qiáng)大和完善。正如變電站發(fā)展方向是數(shù)字化、智能化一樣，筆者認(rèn)為與之配套的五防系統(tǒng)也必然是一體化、實(shí)時在線的。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈燁，宋祉明，高曉敏，等.變電站五防系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)措施[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2012，30（3）：67.

[2]翟永成.變電站自動化系統(tǒng)的在線式五防技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)[J].電工研究，2013，（1）：57.

[3]莫鎮(zhèn)光.微機(jī)五防系統(tǒng)在變電站的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2012，（26）：106-107.

（責(zé)任編輯：王祝萍）