微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

褚兆勇

(珠海優(yōu)特電力科技股份有限公司，廣東 珠海 519000)

微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

褚兆勇

(珠海優(yōu)特電力科技股份有限公司，廣東 珠海 519000)

針對目前電廠防誤裝置無法滿足防誤閉鎖要求及實際生產(chǎn)需求的現(xiàn)狀，通過分析發(fā)電企業(yè)電氣設(shè)備的應(yīng)用和組成特點，并結(jié)合目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微機(jī)防誤閉鎖技術(shù)的發(fā)展水平，提出了完善電廠防誤裝置的對策，為發(fā)電廠運行操作提供了全面的安全保障。

發(fā)電廠；電氣設(shè)備；“五防”系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)化防誤

0 引言

隨著自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，發(fā)電廠對電氣“五防”系統(tǒng)的要求越來越高，傳統(tǒng)機(jī)械式防誤閉鎖方式已不能滿足發(fā)電廠防誤閉鎖的要求及實際生產(chǎn)的需求。對于發(fā)電廠而言，在實現(xiàn)對全廠電氣設(shè)備“五防”功能的基礎(chǔ)上，組建網(wǎng)絡(luò)化防誤系統(tǒng)、完善防誤配套功能，是全面解決電氣設(shè)備運行安全的必要方式。

1 電廠防誤裝置的現(xiàn)狀

1.1 設(shè)備種類繁雜、閉鎖方式不一

發(fā)電廠作為能源的轉(zhuǎn)化基地和電能輸出源頭，其生產(chǎn)范圍內(nèi)電氣設(shè)備眾多，電壓等級從0.4-750 kV不等，開關(guān)柜設(shè)備覆蓋了發(fā)變組、升壓站、廠用電、脫硫、脫硝、輸煤、除灰等各個區(qū)域。就類型來講，戶內(nèi)、戶外分別采用不同型號和式樣的電氣設(shè)備。以戶內(nèi)設(shè)備為例，有GIS，HGIS組合電器，GG-1A，XGN，KYN等型號高壓開關(guān)柜，GCK，GCS，GGD，MNS等型號低壓配電柜等等。不同的電氣設(shè)備操作方式不同，其實現(xiàn)閉鎖的方式也截然不同，如電氣閉鎖、機(jī)械聯(lián)鎖、電磁閉鎖、機(jī)械程序鎖，也有混合方式和不帶閉鎖功能的。

1.2 閉鎖點位不全，防誤各自為陣

電氣“五防”要求為：

(1) 防止誤分、誤合斷路器；

(2) 防止帶負(fù)荷拉、合隔離開關(guān)或手車觸頭；

(3) 防止帶電掛(合)接地線(接地閘刀)；

(4) 防止帶接地線(接地刀閘)合斷路器(隔離開關(guān)）；

(5) 防止誤入帶電間隔。

對于“防止誤分、誤合斷路器”來說，任何開關(guān)柜、組合電器都無法滿足。因為對斷路器而言，只要兩側(cè)刀閘同分或同合即滿足操作條件，也就是說，在非檢修情況下的設(shè)備，斷路器都是已經(jīng)滿足操作條件的，只要運行人員走錯間隔，就會發(fā)生“誤分、誤合斷路器”事故。另外，對于目前使用的開關(guān)柜來說，閉鎖關(guān)系大多僅限于柜內(nèi)的斷路器、刀閘與接地刀閘這3類設(shè)備，網(wǎng)/柜門特別是開關(guān)柜的后柜門的閉鎖多是缺失的。對于發(fā)電廠整體來說，接地線的使用是不可或缺的，但是接地點不是開關(guān)柜、組合電器自帶的部分。閉鎖點的管理不在控制之內(nèi)，而且接地線會更多涉及到母線和變壓器，開關(guān)柜、組合電器都只能實現(xiàn)間隔內(nèi)的閉鎖，而無法實現(xiàn)間隔外設(shè)備、間隔與間隔之間的閉鎖，特別是復(fù)雜運行方式下的閉鎖功能。

1.3 顯示信息短缺，操作預(yù)判受限

對于各控制室來說，電氣一次設(shè)備通過NCS(升壓站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng))、DCS(分布式控制系統(tǒng))、SIS(廠級監(jiān)控信息系統(tǒng))等系統(tǒng)來顯示當(dāng)前運行狀態(tài)，這些信息都可作為運行人員倒閘操作的依據(jù)。但是，對于任何電氣一次設(shè)備來說，其實際運行狀態(tài)能夠?qū)崟r顯示在監(jiān)視界面上，都需要由輔助接點傳回其位置信息。因此，對于無輔助接點的設(shè)備，其實際運行狀態(tài)與界面顯示狀態(tài)是否一致均無法確保，即使每次運行狀態(tài)改變后及時由人工進(jìn)行置位，也無法保證其置位的正確性。另外，對于任何一種開關(guān)柜或電氣連接方式，NCS，DCS，SIS系統(tǒng)所關(guān)注的電氣一次設(shè)備多為斷路器、刀閘、接地刀閘、小車等設(shè)備，所以在系統(tǒng)圖形界面上可顯示的也只有這幾類設(shè)備。

1.4 使用系統(tǒng)獨立、全面掌控不足

發(fā)電廠的規(guī)模龐大、設(shè)備種類繁多，要保證倒閘操作的安全，僅僅對所有與操作設(shè)備有關(guān)的位置進(jìn)行加鎖控制，在NCS，DCS，SIS等系統(tǒng)中增加操作點的圖形顯示，是無法解決問題的。部分電廠在對防誤系統(tǒng)改造后，局部(如升壓站或某個廠用部分)或全部使用了微機(jī)“五防”系統(tǒng)，預(yù)防電氣設(shè)備倒閘誤操作的發(fā)生，但是多以控制室為單位建設(shè)，沒有能夠直觀、全面地了解到全廠倒閘操作設(shè)備實時狀態(tài)的系統(tǒng)，對集中管理、統(tǒng)一調(diào)度不利。

1.5 實現(xiàn)“五防”功能、防誤仍需完善

“五防”是防止5種惡性誤操作事故，只通過對操作點的強(qiáng)制閉鎖、固化的邏輯關(guān)系實現(xiàn)基本“五防”是不夠的，還需通過技術(shù)手段對某些管理措施進(jìn)行完善，如對“五防”裝置解鎖使用的緊急解鎖鑰匙的管理、對接地線取用的強(qiáng)制管理、對電氣二次設(shè)備操作的防誤管理等。

2 完善電廠防誤裝置的對策

2.1 保留原閉鎖，增加覆蓋全廠的微機(jī)防誤閉鎖

根據(jù)DL/T 687—2010《微機(jī)型防止電氣誤操作系統(tǒng)通用技術(shù)條件》中“加裝防誤裝置時，應(yīng)優(yōu)先采用微機(jī)防誤裝置或電氣閉鎖方式”的要求，不論發(fā)電廠內(nèi)目前使用何種方式的電氣設(shè)備、開關(guān)柜、組合電器，均應(yīng)優(yōu)先采用微機(jī)防誤閉鎖方式，完善原有的電氣閉鎖及機(jī)械閉鎖所存在的不足之處。

微機(jī)型防止電氣誤操作系統(tǒng)是一種采用計算機(jī)技術(shù)、測控及通信等技術(shù)，用于高壓電氣設(shè)備及其附屬裝置防止電氣誤操作的系統(tǒng)，主要由主機(jī)、模擬終端、電腦鑰匙、通信裝置、機(jī)械編碼鎖、電氣編碼鎖、接地鎖和遙控閉鎖裝置等部件組成，對電氣操作實施強(qiáng)制閉鎖，以簡捷、實用、可靠的方式達(dá)到防止誤操作的目的。

首先，采用編碼鎖對所有設(shè)備的操作點進(jìn)行閉鎖。對手動操作的設(shè)備(電動刀閘的手動操作點、網(wǎng)門、柜門、臨時接地點等)采用機(jī)械鎖及相應(yīng)的閉鎖附件實現(xiàn)閉鎖；對電動操作的設(shè)備(斷路器、電動刀閘等)采用電氣編碼鎖或是盒式閉鎖器進(jìn)行閉鎖。每個鎖具都具有與其他鎖具不同的ID身份編碼，在設(shè)備未經(jīng)授權(quán)充許、編碼鎖未解鎖的情況下，任何設(shè)備不能操作。

然后，將設(shè)備的操作規(guī)則以數(shù)字方式通過每個控制室配置的上位機(jī)軟件編輯實現(xiàn)。通過上位機(jī)固化的操作規(guī)則生成操作序列(操作票)，運行人員由手持終端接收后到現(xiàn)場執(zhí)行解鎖操作。操作過程中需對鎖具的ID身份編碼驗證，與操作當(dāng)前步驟相同則解鎖，否則語音提示告警并拒絕解鎖。

所有操作步驟完成后手持終端會將操作后的狀態(tài)回傳至上位機(jī)，通過輔助接點實時采集和手持終端記憶回傳方式，使控制室可以了解到現(xiàn)場設(shè)備的實時狀態(tài)。因微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)本身所具備的規(guī)則編輯的靈活性，使其很容易滿足主變投切、倒母線、旁母代路等復(fù)雜條件下邏輯規(guī)則的實現(xiàn)。

所以，對于目前發(fā)電廠而言，可以保留原有電氣設(shè)備、開關(guān)柜、組合電器內(nèi)部自帶的電氣閉鎖和機(jī)械閉鎖，在微機(jī)防誤系統(tǒng)補(bǔ)充對缺失閉鎖點的強(qiáng)制閉鎖，然后實現(xiàn)覆蓋所管轄控制室設(shè)備的閉鎖邏輯來實現(xiàn)防止電氣誤操作事故發(fā)生的目的。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化防誤，實現(xiàn)信息的集中管理

在各控制室微機(jī)防誤系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加集控中心“五防”服務(wù)器，借用廠內(nèi)原有的光纖以太網(wǎng)通道，建立以集控中心“五防”服務(wù)器為主、以各控制室“五防”為客戶端的網(wǎng)絡(luò)化微機(jī)防誤操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化防誤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

網(wǎng)絡(luò)化防誤系統(tǒng)下，集控中心和各受控控制室設(shè)備信息與狀態(tài)信息同步，這樣不僅將原來以控制室為單位的孤島信息實現(xiàn)共享，還可在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)不同控制室之間聯(lián)絡(luò)線設(shè)備操作時的防誤閉鎖功能。通過系統(tǒng)配置可以為集控室/網(wǎng)控室的值長或其他廠級管理人員安裝客戶端，以便值長和廠級管理人員可以全面、直觀、便捷地了解到全廠各個區(qū)域電氣設(shè)備的運行工況。網(wǎng)絡(luò)化防誤系統(tǒng)的使用還可實現(xiàn)操作票、操作任務(wù)的集中管理、統(tǒng)一編制，所有的操作任務(wù)集中儲存在“五防”服務(wù)器中，可根據(jù)要求實現(xiàn)全廠統(tǒng)一編號，也可以按照要求各受控控制室分別編號。在使用網(wǎng)絡(luò)化防誤系統(tǒng)的前提下，還可實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集中維護(hù)，通過權(quán)限管理，可以在任意客戶端維護(hù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，然后同步至所有客戶端。

圖1 網(wǎng)絡(luò)化防誤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3 配套模塊化、防誤功能擴(kuò)展延伸

為了更加有效地防止電氣誤操作事故的發(fā)生，配套設(shè)備的選用也必不可少。

首先，作為一種閉鎖裝置，在其自身出現(xiàn)故障時就必須采用緊急解鎖操作，而隨意使用緊急解鎖鑰匙會產(chǎn)生安全隱患，所以要對緊急解鎖鑰匙采用管理器鎖定管理。由更高管理權(quán)限的人員通過授權(quán)卡、GSM短信息、以太網(wǎng)、密碼等方式對管理器授權(quán)解鎖后，運行人員才可使用解鎖鑰匙進(jìn)行解鎖，即運行人員的解鎖操作需在管理人員的約束下進(jìn)行。

其次，接地線使用中的事故率始終居5種惡性誤操作事故之首。據(jù)國家電網(wǎng)公司統(tǒng)計，與接地線有關(guān)的電氣誤操作事故占誤操作事故總數(shù)的60 %，故對于接地線的管理，除將其現(xiàn)場臨時接地點標(biāo)準(zhǔn)化后加裝鎖具閉鎖、將掛接操作納入防誤閉鎖規(guī)則約束外，還需對臨時接地線在工器具室存放加強(qiáng)管理，對接地線身份采用ID編碼唯一標(biāo)識，使用檢測閉鎖設(shè)備將其閉鎖管理。只有經(jīng)過對地線管理器刷卡授權(quán)或通過“五防”上位機(jī)模擬預(yù)演下發(fā)解鎖指令，臨時接地線才允許被取走使用，從而有效地避免接地線的隨意使用。

再次，在一次設(shè)備防誤管理和技術(shù)手段不斷完善的同時，近些年對二次設(shè)備的防誤操作也作出了管理要求，如《防止電氣誤操作安全管理規(guī)定》中要求“壓板操作、電流端子操作、切換開關(guān)操作、插拔操作、二次開關(guān)操作、按鈕操作、定值更改等繼電保護(hù)操作，應(yīng)制定正確操作要求和防止電氣誤操作措施”。隨著管理制度的出臺，技術(shù)措施也相應(yīng)跟進(jìn)，國家電網(wǎng)公司下屬變電站已對該技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，是通過非電量接觸技術(shù)對壓板的投退狀態(tài)進(jìn)行檢測，并根據(jù)操作規(guī)則將壓板狀態(tài)納入防誤邏輯約束條件中，使防誤從一次設(shè)備延伸至二次設(shè)備領(lǐng)域。發(fā)電廠的壓板數(shù)量少則近千、多則數(shù)千，實現(xiàn)對壓板狀態(tài)集中監(jiān)視、異常變位告警、操作指令提示等功能，可有效避免運行人員對壓板的誤操作。

隨著科技水平的不斷提高，防誤產(chǎn)品的延伸范圍也在不斷擴(kuò)展，發(fā)電廠也需要將這些新的技術(shù)不斷引入，以提高運行操作安全指數(shù)。

3 結(jié)束語

微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)在發(fā)電廠的應(yīng)用，特別是網(wǎng)絡(luò)化微機(jī)防誤閉鎖的組建及防誤配套產(chǎn)品的使用，將全面提升發(fā)電廠運行安全水平，系統(tǒng)、完善、科學(xué)地解決電氣設(shè)備誤操作問題，為發(fā)電廠運行操作提供全面的安全保障，有效減少因誤操作帶來的經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡、電網(wǎng)震蕩瓦解等事故。

1 國家能源局．DL/T 687—2010微機(jī)型防止電氣誤操作系統(tǒng)通用技術(shù)條件[S]．北京：中國電力出版社，2010.

2 國家電網(wǎng)公司．防止電氣誤操作安全管理規(guī)定[M]．北京：中國電力出版社，2006.

3 譚躍凱，李勝利．集控站微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)的應(yīng)用探討[J]．高壓電器，2002，38(8):31-33．

2016-06-18。

褚兆勇(1979-)，男，工程師，主要從事微機(jī)防誤閉鎖產(chǎn)品新技術(shù)的探索及應(yīng)用推廣工作，email:13823009190@163.com。