變電站主要“五防”技術(shù)的比較分析

韓成濤，劉 偉，經(jīng)翠英(.國網(wǎng)山東省電力公司惠民縣供電公司，山東 濱州 5700；.河北新興鑄管股份有限公司，河北 邯鄲 056000；.上海海靈電力科技有限公司，上海 0000)

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變電站主要“五防”技術(shù)的比較分析

韓成濤1，劉 偉2，經(jīng)翠英3
(1.國網(wǎng)山東省電力公司惠民縣供電公司，山東 濱州 251700；2.河北新興鑄管股份有限公司，河北 邯鄲 056000；3.上海海靈電力科技有限公司，上海 200001)

〔摘 要〕闡述了變電站“五防”技術(shù)的起源以及我國變電站“五防”技術(shù)發(fā)展歷程中各階段的防誤技術(shù)，分析比較了機械程序鎖、微機防誤、監(jiān)控防誤3種防誤技術(shù)方案，最后指出計算機監(jiān)控防誤技術(shù)將成為變電站“五防”技術(shù)的發(fā)展趨勢。

〔關(guān)鍵詞〕變電站；機械程序鎖；微機防誤；監(jiān)控防誤；“五防”技術(shù)

0 引言

自從電力系統(tǒng)要求高壓電氣設(shè)備必須安裝“五防”防誤裝置以來，我國電力行業(yè)先后采用了3種能夠完整實現(xiàn)“五防”功能的防誤裝置，分別為高壓開關(guān)設(shè)備用機械鎖(簡稱機械程序鎖)；微機型防止電氣誤操作系統(tǒng)(簡稱微機防誤)；變電站監(jiān)控系統(tǒng)防止電氣誤操作技術(shù)(簡稱監(jiān)控防誤)。隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化操作程度逐步提高，對電力系統(tǒng)防誤技術(shù)也提出了更新、更高的要求。因此，變電站“五防”技術(shù)也在經(jīng)歷一場革新。

1 “五防”技術(shù)發(fā)展歷程

1.1 “五防”技術(shù)起源

法國、美國、英國等發(fā)達國家在19世紀(jì)末到20世紀(jì)初就發(fā)明了機械程序鎖，又稱機械聯(lián)鎖，用于變電站防止電氣誤操作。

(1) 1894年，法國成立了賽特福安全聯(lián)鎖公司(SERV TRAYVOU INTERVERROUILLAGE以下簡稱STI)。STI是法國著名的安全聯(lián)鎖產(chǎn)品制造商，其安全聯(lián)鎖產(chǎn)品可通過機械裝置消除人為錯誤的可能性，使操作人員遵守規(guī)定的操作程序。

(2) 1917年，美國一位名叫柯克的工程師，也發(fā)明了機械聯(lián)鎖，采用程序鑰匙，實現(xiàn)了按順序開鎖和操作?？驴髓€匙聯(lián)鎖公司(Kirk Key)是安全聯(lián)鎖及其配套管理系統(tǒng)行業(yè)的領(lǐng)跑者和著名品牌。

(3) 1922年，英國的James Harry Castell創(chuàng)立了Castell安全國際有限公司，專業(yè)設(shè)計和制造世界上各式各樣的工業(yè)安全聯(lián)鎖及設(shè)備，并提供各類工業(yè)安全解決方案，是工業(yè)安全聯(lián)鎖、鑰匙聯(lián)鎖的領(lǐng)導(dǎo)者。

1.2 我國“五防”技術(shù)發(fā)展歷程

由于機械閉鎖方式簡單可靠，易于實現(xiàn)，我國的防止電氣誤操作裝置(系統(tǒng))技術(shù)在20世紀(jì)70年代也采用了機械程序鎖。但該方式實現(xiàn)跨間隔的閉鎖比較繁瑣，因此主要用于設(shè)備集中的間隔內(nèi)。

由于90年代電子技術(shù)、通訊技術(shù)和計算機技術(shù)在電力領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了微機防誤閉鎖，使得變電站的防誤閉鎖實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。它綜合了機械閉鎖、機械程序閉鎖、電氣閉鎖的優(yōu)點，通過軟件將現(xiàn)場操作順序變?yōu)殡娔X中的“五防”閉鎖規(guī)則庫，實現(xiàn)了防誤閉鎖的數(shù)字化，并可以實現(xiàn)以往不能實現(xiàn)或者是很難實現(xiàn)的防誤功能。

但隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)、智能變電站的運行，微機防誤閉鎖已無法適應(yīng)變電站的發(fā)展，一種新型的防誤技術(shù)——監(jiān)控防誤技術(shù)應(yīng)運而生。它將一體化微機防誤技術(shù)、在線式防誤技術(shù)、數(shù)字化變電站通信技術(shù)有機結(jié)合在一起，完全滿足了智能電網(wǎng)、智能變電站對防誤技術(shù)的要求。監(jiān)控防誤技術(shù)綜合了智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)和防誤系統(tǒng)的雙重功能。利用變電站監(jiān)控系統(tǒng)已采集的開關(guān)、刀閘、網(wǎng)門、臨時接地線等數(shù)字量信號，并以相關(guān)電壓、電流等模擬量作為邏輯閉鎖判據(jù)，使操作防誤功能更加完善，提高了電力系統(tǒng)運行檢修人員的工作效率，降低了勞動強度。

2 3種防誤裝置的技術(shù)方案

2.1 機械程序鎖

機械程序鎖是利用鑰匙隨操作程序傳遞或置換而達到先后開鎖操作的目的。其最大的優(yōu)點是鑰匙傳遞不受距離限制，應(yīng)用范圍較廣。機械程序鎖在操作過程中符合操作票中限定開鎖條件的操作順序要求，與操作票中規(guī)定的行走路線完全一致，故容易為操作人員接受。其缺點是操作人員在正常操作時，要按照固定的操作順序不斷使用程序鑰匙轉(zhuǎn)換位置或置換鑰匙，且鑰匙數(shù)量繁多，增加了正常操作的時間。機械程序鎖防誤技術(shù)方案如圖1所示。

2.2 微機防誤

20世紀(jì)90年代初，微機技術(shù)進入了電力行業(yè)防誤閉鎖領(lǐng)域。微機防誤閉鎖裝置是一種將計算機技術(shù)和通訊技術(shù)用于高壓開關(guān)設(shè)備防止電氣誤操作的裝置。該裝置一般以微型計算機和通訊適配器為核心設(shè)備，在裝置系統(tǒng)軟件中預(yù)先繪制了發(fā)電廠、變電站電氣一次系統(tǒng)接線模擬圖，并設(shè)置了所有一次設(shè)備倒閘操作的閉鎖邏輯，一次系統(tǒng)接線模擬圖通過監(jiān)控系統(tǒng)或電腦鑰匙得到現(xiàn)場設(shè)備的實際狀態(tài)。微機防誤技術(shù)方案如圖2所示。

圖2　微機防誤技術(shù)方案

當(dāng)操作人員在微機防誤模擬圖上按操作票順序進行模擬操作預(yù)演時，計算機就根據(jù)預(yù)先編寫好的規(guī)則對每一項操作進行判斷，將符合操作原則的正確模擬操作步驟按序記入數(shù)據(jù)庫。對不符合操作原則的模擬操作發(fā)出報警，提示操作人員模擬錯誤，錯誤的模擬操作步驟不記入數(shù)據(jù)庫。當(dāng)整個操作預(yù)演結(jié)束后，通過通訊適配器的傳輸口將預(yù)演正確的操作內(nèi)容傳輸?shù)诫娔X鑰匙中，操作人員根據(jù)電腦鑰匙到現(xiàn)場解鎖進行倒閘操作。

在實際操作時，操作人員按照操作票的順序，對應(yīng)電腦鑰匙上顯示的設(shè)備名稱，將電腦鑰匙插入相應(yīng)的編碼鎖內(nèi)，通過其探頭檢測操作的對象是否正確。若正確，則顯示正確的提示信息，同時開放其閉鎖回路或機構(gòu)，這時就可以進行倒閘操作了。操作結(jié)束后，電腦鑰匙將自動顯示下一項操作內(nèi)容，進行下一步操作。若錯誤，則不能進行開鎖操作，同時電腦鑰匙發(fā)出報警聲以提醒操作人員，從而達到強制閉鎖的目的。

2.3 監(jiān)控防誤

監(jiān)控防誤裝置主要由防誤鎖具、測控裝置、監(jiān)控防誤主機、通訊管理機及模擬操作系統(tǒng)、智能操作系統(tǒng)等組成。在防誤方面，其采用“計算機監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯閉鎖+本設(shè)備間隔電氣閉鎖”來實現(xiàn)防誤操作功能。在監(jiān)控方面，計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有全站性的邏輯閉鎖功能，除判別本間隔內(nèi)電氣回路的閉鎖條件外，還可對其他跨間隔的相關(guān)閉鎖條件進行判別，電氣閉鎖只完成本間隔內(nèi)的防誤閉鎖。

運行于監(jiān)控防誤主機的防誤操作主控軟件是整個系統(tǒng)的控制核心，監(jiān)控防誤主機中設(shè)有變電站全站的防誤閉鎖邏輯，具有模擬操作、智能開票等功能。以變電站一次主接線圖為主要人機界面，變電站的一次設(shè)備通過圖形在主機顯示器上直觀顯示，并通過防誤鎖具對現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)進行實時在線采集。監(jiān)控和防誤功能相輔相成，徹底摒棄了電腦鑰匙，將防誤系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合為統(tǒng)一整體，實時在線進行變電站的監(jiān)控操作和防誤操作。

3 “五防”技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，變電站的監(jiān)控功能逐步由計算機監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)，并逐步實現(xiàn)了無人值班。變電站的實際運行和防誤操作發(fā)生了改變，需要新的防誤技術(shù)以適應(yīng)實際需要。

為了適應(yīng)變電站的實際運行和防誤操作要求，廠家對微機防誤系統(tǒng)進行了改進，一種是在原微機防誤系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加與計算機監(jiān)控系統(tǒng)的通訊功能，實現(xiàn)對電動設(shè)備（開關(guān)、電動刀閘）的防誤操作。模擬預(yù)演由微機防誤系統(tǒng)實現(xiàn)，實際操作控制由計算機監(jiān)控系統(tǒng)完成。另一種是采用在線式微機防誤系統(tǒng)，實現(xiàn)所有“五防”功能，但電力行業(yè)不允許防誤系統(tǒng)對電動設(shè)備（開關(guān)、電動刀閘）進行直接操作控制。所以，在線式微機防誤系統(tǒng)也只能增加與計算機監(jiān)控系統(tǒng)的通訊功能，間接實現(xiàn)對電動設(shè)備（開關(guān)、電動刀閘）的防誤操作。模擬預(yù)演由微機防誤系統(tǒng)實現(xiàn)，實際操作控制由計算機監(jiān)控系統(tǒng)完成。在線式微機防誤技術(shù)方案如圖3所示。

圖3　在線式微機防誤技術(shù)方案

以上改進措施只是在防誤系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間增加了通訊環(huán)節(jié)，微機防誤的電腦鑰匙還需要人工操作。在線式微機防誤系統(tǒng)采用的PLC等設(shè)備，在變電站現(xiàn)場使用時抗干擾性能差，不能保證正常通訊，致使防誤設(shè)備故障頻發(fā)，實際操作時間驟增。

為此，根據(jù)電力行業(yè)用戶的要求，防誤廠家紛紛研制新的防誤技術(shù)與解決方案。而將微機防誤系統(tǒng)和計算機監(jiān)控系統(tǒng)合二為一，即計算機監(jiān)控防誤技術(shù)成為“五防”技術(shù)的發(fā)展趨勢。計算機監(jiān)控防誤技術(shù)方案如圖4所示。

從實際運行情況看，計算機監(jiān)控防誤技術(shù)不僅能夠完全解決以上問題，適應(yīng)變電站無人值班的運行模式，而且能滿足變電站智能化發(fā)展的要求，實現(xiàn)程序化操作。在保障變電站安全運行的同時，節(jié)省了工作人員的操作時間，降低了工作人員的勞動強度，提高了變電站自動化程度。

圖4　計算機監(jiān)控防誤技術(shù)方案

參考文獻：

1 全國高壓開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會．JB/T8455—1996高壓設(shè)備用機械鎖通用技術(shù)條件[S]．北京：機械工業(yè)出版社，1997．

2 國家能源局．DL/T687—2010微機型防止電氣誤操作裝置通用技術(shù)條件[S]．北京：中國電力出版社，2011．

3 國家能源局．DL/T1404—2015變電站監(jiān)控系統(tǒng)防止電氣誤操作技術(shù)規(guī)范[S]．北京：中國電力出版社，2015．

4 國家能源局．NB/T25022—2014核電廠全廠電氣設(shè)備機械聯(lián)鎖技術(shù)規(guī)范[S]．北京：中國電力出版社，2014．

5 段新輝，高新華．變電站在線式五防技術(shù)與應(yīng)用[J]．北京：中國電力出版社，2010．

6 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．

韓成濤(1982-)，男，工程師，主要從事電力設(shè)備的運行和檢修工作，email：Woyzbwoyzb@126．com。

劉 偉(1977-)，男，工程師，主要從事冶金行業(yè)電力系統(tǒng)高壓電氣設(shè)備的運行和管理工作。

經(jīng)翠英(1968-)，女，工程師，主要從事高壓電力設(shè)備的設(shè)計工作。

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《電力安全技術(shù)》編輯部

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收稿日期：2015-10-26。