宋占嶺，余 斌，王志林

(北京四方繼保自動(dòng)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(guó)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(yùn)行、設(shè)計(jì)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(dá)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(jī)械閉鎖、機(jī)械程序閉鎖、電氣閉鎖、微機(jī)五防、在線(xiàn)式五防等多種閉鎖形式，其中微機(jī)五防在自動(dòng)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(jī)五防與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)自動(dòng)化變電站已普遍建立起站控層防誤、間隔層防誤、過(guò)程層防誤的3層防誤操作體系，如圖1所示。

由五防機(jī)(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(jī)五防系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)站控層和過(guò)程層的防誤操作。五防機(jī)安裝防誤閉鎖軟件，通過(guò)監(jiān)控機(jī)獲取變電站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并為監(jiān)控機(jī)提供設(shè)備操作的閉鎖信息，實(shí)現(xiàn)站控層遙控操作的防誤閉鎖。五防機(jī)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(duì)過(guò)程層非遙控操作的防誤閉鎖。適配器連接五防機(jī)和電腦鑰匙，負(fù)責(zé)對(duì)電腦鑰匙電池充電和通信過(guò)程中的介質(zhì)轉(zhuǎn)換。

分布于間隔層的測(cè)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(wú)論是在監(jiān)控機(jī)上遙控操作還是在間隔層“就地”操作，均要經(jīng)過(guò)間隔層防誤閉鎖邏輯的校驗(yàn)。

五防系統(tǒng)正常工作時(shí)，五防機(jī)與間隔層防誤同時(shí)發(fā)揮作用；五防機(jī)因異常退出工作時(shí)，由測(cè)控單元擔(dān)負(fù)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(jìn)措施

計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為提高變電站自動(dòng)化水平提供了技術(shù)手段。通過(guò)優(yōu)化通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)、冗余配置監(jiān)控機(jī)等方式，計(jì)算機(jī)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(jī)冗余配置

目前，國(guó)內(nèi)220 kV及以上電壓等級(jí)變電站的監(jiān)控機(jī)均采用雙重化冗余配置。當(dāng)監(jiān)控主機(jī)出現(xiàn)異常，備機(jī)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)為主機(jī)接管變電站的監(jiān)控功能。但微機(jī)五防系統(tǒng)的五防機(jī)卻沒(méi)有雙重化冗余配置，因此，一旦五防機(jī)異常，將會(huì)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(dú)立，不存在主、備切換關(guān)系，當(dāng)一套五防系統(tǒng)工作異常時(shí)，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(lái)的五防監(jiān)控一體化技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“五防一體化”)，為解決五防機(jī)的互備問(wèn)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(shí)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(shí)時(shí)庫(kù)，每個(gè)監(jiān)控機(jī)都可兼做五防機(jī)使用，主、備機(jī)之間通過(guò)握手報(bào)文監(jiān)視對(duì)方的存在。主、備監(jiān)控機(jī)通過(guò)發(fā)布與同步機(jī)制實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)庫(kù)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(shí)，五防模塊在主機(jī)運(yùn)行，備機(jī)上的五防模塊處于備用狀態(tài)。主機(jī)異常退出時(shí)，備機(jī)自動(dòng)升級(jí)為主機(jī)，備機(jī)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(jī)采用了統(tǒng)一的實(shí)時(shí)庫(kù)和圖形界面，因此可以做到無(wú)縫切換，切換過(guò)程中不會(huì)丟失任何監(jiān)控和五防的運(yùn)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(chēng)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(duì)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(jī)中，間隔層的防誤規(guī)則分布于各個(gè)測(cè)控單元內(nèi)，間隔層與站控層防誤規(guī)則應(yīng)保持一致。對(duì)設(shè)備遙控操作時(shí)，需經(jīng)過(guò)站控層和間隔層的雙重五防校驗(yàn)，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(wú)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(guò)站內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，五防機(jī)自動(dòng)將防誤規(guī)則下裝到測(cè)控單元，形成測(cè)控單元的規(guī)則庫(kù)；測(cè)控單元也可將規(guī)則庫(kù)發(fā)送到五防機(jī)，供五防機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)。珠海110 kV蘭埔變電站采用這一規(guī)則下裝與校驗(yàn)技術(shù)，取得理想效果。

2.3 微機(jī)五防的通信

微機(jī)五防系統(tǒng)中，五防機(jī)與監(jiān)控機(jī)之間，五防機(jī)與電腦鑰匙之間，信息的交互主要通過(guò)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(wèn)題時(shí)有發(fā)生。由于RS232串口只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，對(duì)于雙重化配置的監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)連接五防機(jī)的監(jiān)控機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，另一臺(tái)監(jiān)控機(jī)無(wú)法立即與微機(jī)五防通信。目前，一些高端機(jī)型已不提供RS232通信接口，為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與五防通信，計(jì)算機(jī)不得不外擴(kuò)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(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，被廣泛用于變電站監(jiān)控系統(tǒng)，以太網(wǎng)接口已成為計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與五防機(jī)之間以及五防機(jī)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(shí)現(xiàn)一臺(tái)五防機(jī)對(duì)多臺(tái)監(jiān)控機(jī)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(jī)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(shí)時(shí)庫(kù)，監(jiān)控系統(tǒng)可直接得到五防的閉鎖信息，微機(jī)五防的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和閉鎖數(shù)據(jù)可靠性更高。

2.4 對(duì)五防關(guān)鍵設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)視

變電站一次設(shè)備的工作狀況正逐步納入自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控范圍，但對(duì)微機(jī)五防設(shè)備工況的監(jiān)視卻一直被忽視，使微機(jī)五防成為自動(dòng)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(wú)法及時(shí)被發(fā)現(xiàn)。一些變電站往往要到設(shè)備操作時(shí)才發(fā)現(xiàn)五防設(shè)備無(wú)法正常工作，影響了安全操作。因此，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)五防設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)視，做到有問(wèn)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(duì)于微機(jī)五防的關(guān)鍵部件，五防機(jī)、電腦鑰匙、通信適配器，可采用如下所述方式在線(xiàn)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(cè)結(jié)果告知五防機(jī)；五防機(jī)將測(cè)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(jìn)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(jí)的信號(hào)上送都是借助于變電站已有的通信鏈路實(shí)現(xiàn)的，在信息逐級(jí)上送過(guò)程中，每一級(jí)都將自身的工作狀態(tài)加入到上送信息中。

2.5 對(duì)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(gè)到幾百個(gè)不等。電腦鑰匙通過(guò)正確識(shí)別編碼鎖來(lái)保證正確的操作流程。如果電腦鑰匙無(wú)法正確識(shí)別編碼鎖，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤閉鎖或開(kāi)鎖的情況，影響安全操作。

近幾年，電腦鑰匙無(wú)法正常對(duì)編碼鎖采碼已成為影響開(kāi)鎖的主要原因。通過(guò)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(wèn)題，以便對(duì)問(wèn)題鎖具及時(shí)更換。具體做法如下所述。

在五防機(jī)中，“鎖具—設(shè)備對(duì)應(yīng)表”是五防軟件數(shù)據(jù)庫(kù)的一部分，它記錄了每個(gè)一次設(shè)備對(duì)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(kù)存儲(chǔ)到FLASH中。變電站檢修人員持電腦鑰匙定期對(duì)全站編碼鎖進(jìn)行“巡視”，當(dāng)電腦鑰匙采集到鎖碼信息后，與存儲(chǔ)在FLASH中的“鎖具—設(shè)備對(duì)應(yīng)表”進(jìn)行匹配，如果找到匹配項(xiàng)，則顯示鎖碼及對(duì)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(shí)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(shuō)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?！版i具巡視”流程如圖4所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

充分利用自動(dòng)化系統(tǒng)所提供的硬件、軟件環(huán)境及數(shù)據(jù)信息，對(duì)微機(jī)五防進(jìn)行改進(jìn)，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(xiàn)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(duì)相關(guān)軟件進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)通信規(guī)約進(jìn)行擴(kuò)展即可實(shí)現(xiàn)。

1 黃文龍，程 華，梅 峰，等. 變電站五防一體化在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(23)：112-115.

2 顧擁軍，皮衛(wèi)華，楊乘勝，等. 變電站防誤閉鎖應(yīng)用分析[J].繼電器，2005，33(2)：66-70.

3 智全中，秦廣召，婁 偉，等. 五防系統(tǒng)在智能化變電站中應(yīng)用分析[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(23)：108-111.

4 楊震強(qiáng)，王志林.變電站在線(xiàn)式一體化防誤操作閉鎖系統(tǒng)技術(shù)研究[J]. 電網(wǎng)與清潔能源，2009，25(8)：32-36.

5 孫一民，侯 林，揭 萍，等. 間隔層保護(hù)測(cè)控裝置防誤操作實(shí)現(xiàn)方法[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30(11)：81-84.

6 駱海濤. 集控站微機(jī)防誤系統(tǒng)改造[J]. 內(nèi)蒙古電力，2009，27(3)：37-38.