變電站微機五防可靠性分析及改進

宋占嶺，余 斌，王志林

(北京四方繼保自動化股份有限公司，北京 100085)

為了有效防止電氣設(shè)備誤操作而引發(fā)的人身和重大設(shè)備事故，我國早在1990年就提出了電力系統(tǒng)“五防”的要求，并以法規(guī)形式規(guī)定了管理、運行、設(shè)計和使用的原則，要求高壓帶電設(shè)備必須安裝防誤閉鎖裝置，以期達到防誤操作的目的。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，防誤操作技術(shù)也不斷提高，先后出現(xiàn)了機械閉鎖、機械程序閉鎖、電氣閉鎖、微機五防、在線式五防等多種閉鎖形式，其中微機五防在自動化變電站應(yīng)用最多，在變電站防誤操作中一直占據(jù)著統(tǒng)治地位。

1 變電站五防系統(tǒng)的構(gòu)成

結(jié)合微機五防與計算機監(jiān)控系統(tǒng)，國內(nèi)自動化變電站已普遍建立起站控層防誤、間隔層防誤、過程層防誤的3層防誤操作體系，如圖1所示。

由五防機(或模擬屏)、電腦鑰匙、適配器、編碼鎖及其安裝附件組成的微機五防系統(tǒng)，實現(xiàn)對站控層和過程層的防誤操作。五防機安裝防誤閉鎖軟件，通過監(jiān)控機獲取變電站的實時數(shù)據(jù)，并為監(jiān)控機提供設(shè)備操作的閉鎖信息，實現(xiàn)站控層遙控操作的防誤閉鎖。五防機生成的操作票，傳輸?shù)诫娔X鑰匙，由電腦鑰匙和編碼鎖共同完成對過程層非遙控操作的防誤閉鎖。適配器連接五防機和電腦鑰匙，負責(zé)對電腦鑰匙電池充電和通信過程中的介質(zhì)轉(zhuǎn)換。

分布于間隔層的測控單元，內(nèi)置本間隔一次設(shè)備的操作邏輯，組成了間隔層防誤體系。無論是在監(jiān)控機上遙控操作還是在間隔層“就地”操作，均要經(jīng)過間隔層防誤閉鎖邏輯的校驗。

五防系統(tǒng)正常工作時，五防機與間隔層防誤同時發(fā)揮作用；五防機因異常退出工作時，由測控單元擔(dān)負的間隔層防誤仍具有防誤閉鎖的作用。

2 五防可靠性分析及改進措施

計算機技術(shù)、自動化技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為提高變電站自動化水平提供了技術(shù)手段。通過優(yōu)化通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)、冗余配置監(jiān)控機等方式，計算機監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性得到顯著提高，而與之密切相關(guān)的五防設(shè)備的可靠性卻常常被忽視。

2.1 五防機冗余配置

目前，國內(nèi)220 kV及以上電壓等級變電站的監(jiān)控機均采用雙重化冗余配置。當監(jiān)控主機出現(xiàn)異常，備機會自動轉(zhuǎn)為主機接管變電站的監(jiān)控功能。但微機五防系統(tǒng)的五防機卻沒有雙重化冗余配置，因此，一旦五防機異常，將會影響全站的安全操作。一些重要的變電站出于確保五防可靠性的考慮，配備了2套五防系統(tǒng)，但這2套五防系統(tǒng)完全獨立，不存在主、備切換關(guān)系，當一套五防系統(tǒng)工作異常時，需要人工干預(yù)，才能使另一套五防系統(tǒng)投入工作。

近幾年，以監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的五防監(jiān)控一體化技術(shù)(以下簡稱“五防一體化”)，為解決五防機的互備問題提供了可能。五防一體化是指將五防閉鎖軟件作為監(jiān)控軟件的內(nèi)嵌模塊，在監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)五防功能，并將五防軟件納入監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一管理的防誤閉鎖技術(shù)。五防一體化系統(tǒng)中，五防與監(jiān)控共用圖形和實時庫，每個監(jiān)控機都可兼做五防機使用，主、備機之間通過握手報文監(jiān)視對方的存在。主、備監(jiān)控機通過發(fā)布與同步機制實現(xiàn)實時庫和圖形界面的一致性，軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。五防一體化系統(tǒng)正常時，五防模塊在主機運行，備機上的五防模塊處于備用狀態(tài)。主機異常退出時，備機自動升級為主機，備機上的五防模塊由備用狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)。由于主、備機采用了統(tǒng)一的實時庫和圖形界面，因此可以做到無縫切換，切換過程中不會丟失任何監(jiān)控和五防的運行信息。

2.2 站控層與間隔層防誤規(guī)則的一致性

防誤操作的基礎(chǔ)是設(shè)備閉鎖邏輯，也稱為防誤規(guī)則。防誤閉鎖軟件根據(jù)防誤規(guī)則和相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)，判斷是否可對一次設(shè)備解除閉鎖狀態(tài)。圖1所示的五防結(jié)構(gòu)體系中，站控層和間隔層各有一套防誤規(guī)則。站控層的防誤規(guī)則集中在五防機中，間隔層的防誤規(guī)則分布于各個測控單元內(nèi)，間隔層與站控層防誤規(guī)則應(yīng)保持一致。對設(shè)備遙控操作時，需經(jīng)過站控層和間隔層的雙重五防校驗，如果站控層和間隔層防誤規(guī)則不一致，就可能造成遙控操作無法正確執(zhí)行。

保證間隔層與站控層防誤規(guī)則一致的較好做法是，通過站內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，五防機自動將防誤規(guī)則下裝到測控單元，形成測控單元的規(guī)則庫；測控單元也可將規(guī)則庫發(fā)送到五防機，供五防機進行校驗。珠海110 kV蘭埔變電站采用這一規(guī)則下裝與校驗技術(shù)，取得理想效果。

2.3 微機五防的通信

微機五防系統(tǒng)中，五防機與監(jiān)控機之間，五防機與電腦鑰匙之間，信息的交互主要通過RS232串口方式完成。串口通信速率不高，易受電磁干擾，因干擾造成通信不暢而導(dǎo)致的防誤閉鎖問題時有發(fā)生。由于RS232串口只能實現(xiàn)點對點通信，對于雙重化配置的監(jiān)控系統(tǒng)，當連接五防機的監(jiān)控機出現(xiàn)問題時，另一臺監(jiān)控機無法立即與微機五防通信。目前，一些高端機型已不提供RS232通信接口，為實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與五防通信，計算機不得不外擴串口通信卡。

可采用以下2種措施提高通信環(huán)節(jié)的可靠性。

(1) 用以太網(wǎng)代替串口通信。工業(yè)以太網(wǎng)因其速率高、抗干擾能力強的優(yōu)勢，被廣泛用于變電站監(jiān)控系統(tǒng)，以太網(wǎng)接口已成為計算機的標準配置。通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與五防機之間以及五防機與電腦鑰匙之間的信息交換，不僅提高了通信速度，而且容易實現(xiàn)一臺五防機對多臺監(jiān)控機的通信，使通信可靠性得到改善。

(2) 采用五防一體化技術(shù)。五防一體化系統(tǒng)取消了五防機與監(jiān)控的通信環(huán)節(jié)，將五防與監(jiān)控合一，五防所需要的設(shè)備位置信息直接取自監(jiān)控系統(tǒng)實時庫，監(jiān)控系統(tǒng)可直接得到五防的閉鎖信息，微機五防的實時數(shù)據(jù)和閉鎖數(shù)據(jù)可靠性更高。

2.4 對五防關(guān)鍵設(shè)備的在線監(jiān)視

變電站一次設(shè)備的工作狀況正逐步納入自動化系統(tǒng)的監(jiān)控范圍，但對微機五防設(shè)備工況的監(jiān)視卻一直被忽視，使微機五防成為自動化系統(tǒng)監(jiān)視的盲區(qū)，導(dǎo)致五防設(shè)備存在的缺陷無法及時被發(fā)現(xiàn)。一些變電站往往要到設(shè)備操作時才發(fā)現(xiàn)五防設(shè)備無法正常工作，影響了安全操作。因此，如何實現(xiàn)對五防設(shè)備的在線監(jiān)視，做到有問題早發(fā)現(xiàn)、早解決，是保證五防設(shè)備正常工作的關(guān)鍵。

對于微機五防的關(guān)鍵部件，五防機、電腦鑰匙、通信適配器，可采用如下所述方式在線監(jiān)視：電腦鑰匙和通信適配器應(yīng)具備自檢功能，并將自測結(jié)果告知五防機；五防機將測試結(jié)果連同自身的工作狀況發(fā)送到監(jiān)控系統(tǒng)；監(jiān)控系統(tǒng)收到五防設(shè)備的工作狀況后，可根據(jù)需要將信息進一步上送到調(diào)度中心。信息流程如圖3所示，圖3中每一級的信號上送都是借助于變電站已有的通信鏈路實現(xiàn)的，在信息逐級上送過程中，每一級都將自身的工作狀態(tài)加入到上送信息中。

2.5 對編碼鎖的定期巡視

變電站規(guī)模不同，編碼鎖的數(shù)量從幾十個到幾百個不等。電腦鑰匙通過正確識別編碼鎖來保證正確的操作流程。如果電腦鑰匙無法正確識別編碼鎖，就會出現(xiàn)錯誤閉鎖或開鎖的情況，影響安全操作。

近幾年，電腦鑰匙無法正常對編碼鎖采碼已成為影響開鎖的主要原因。通過在電腦鑰匙中增加“鎖具巡視”功能，可盡早發(fā)現(xiàn)因采碼造成的鎖具問題，以便對問題鎖具及時更換。具體做法如下所述。

在五防機中，“鎖具—設(shè)備對應(yīng)表”是五防軟件數(shù)據(jù)庫的一部分，它記錄了每個一次設(shè)備對應(yīng)的編碼鎖，將這張表下裝到電腦鑰匙中，并作為電腦鑰匙的數(shù)據(jù)庫存儲到FLASH中。變電站檢修人員持電腦鑰匙定期對全站編碼鎖進行“巡視”，當電腦鑰匙采集到鎖碼信息后，與存儲在FLASH中的“鎖具—設(shè)備對應(yīng)表”進行匹配，如果找到匹配項，則顯示鎖碼及對應(yīng)的設(shè)備信息。檢修人員據(jù)此信息判斷鎖具的安裝位置是否與實際的一次設(shè)備符合，如果不符合，則需要更換鎖具或鎖碼。如果電腦鑰匙未采集到有效鎖碼，則提示“未找到匹配信息”，說明鎖具的鎖碼可能因老化或疲勞失效，需要更換鎖具或鎖碼。“鎖具巡視”流程如圖4所示。

3 結(jié)束語

充分利用自動化系統(tǒng)所提供的硬件、軟件環(huán)境及數(shù)據(jù)信息，對微機五防進行改進，以提高其可靠性。一些提高五防可靠性的方法，如五防一體化技術(shù)、以太網(wǎng)通信技術(shù)，已在部分變電站采用，取得了理想效果。五防關(guān)鍵設(shè)備的在線監(jiān)視和編碼鎖的定期巡視，不用增加任何硬件資源，只需對相關(guān)軟件進行改進，對通信規(guī)約進行擴展即可實現(xiàn)。

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