張秀平，單文坤

（云南大唐國(guó)際李仙江流域水電開發(fā)有限公司，云南 昆明 650011）

0 引言

那蘭水電廠位于云南省紅河州金平縣境內(nèi)藤條江下游河段，為藤條江干流的最后一個(gè)梯級(jí)電站。電站總裝機(jī)容量3×5萬kW，于2006年6月1日全部投入投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。為確保電廠人身安全，操作可靠，設(shè)備安全穩(wěn)定，在那蘭水電廠新增一套帶有電氣一次系統(tǒng)圖模擬屏的“微功耗無線網(wǎng)在線微機(jī)五防閉鎖”系統(tǒng)。

1 目前操作系統(tǒng)存在的問題及研究的意義

1.1 存在問題

目前微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)普遍存在離線操作這一不足，即電腦鑰匙在接收到操作指令后只能嚴(yán)格按照既定的順序執(zhí)行，操作過程中系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備狀態(tài)若發(fā)生變化（該變化有可能對(duì)正在執(zhí)行的任務(wù)產(chǎn)生影響）鑰匙是無法獲知的，操作人員與主控室的信息交互脫節(jié)，給安全生產(chǎn)造成了隱患，這是離線系統(tǒng)的最大弱點(diǎn)；同時(shí)單一任務(wù)的所有步驟只能保存于同一把鑰匙按順序執(zhí)行，對(duì)于復(fù)雜的操作任務(wù)（如旁路代供等）將延長(zhǎng)操作等待時(shí)間，大大降低倒閘操作的效率。由于現(xiàn)場(chǎng)操作經(jīng)常交叉遙控操作和現(xiàn)場(chǎng)就地操作，導(dǎo)致操作人員經(jīng)常需要往復(fù)行走于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與主控室之間，致使勞動(dòng)強(qiáng)度增大，工作效率降低等。諸多不便，已對(duì)微機(jī)防誤系統(tǒng)提出了新的要求。對(duì)遙控操作的設(shè)備缺乏有效的防誤手段，對(duì)地線、網(wǎng)門等無法實(shí)時(shí)監(jiān)控的設(shè)備不能可靠的防誤，操作實(shí)時(shí)性不能保證，設(shè)備唯一操作權(quán)不能實(shí)現(xiàn)等，這些問題的存在，不能保證可靠的防止誤操作的發(fā)生。

1.2 問題提出的依據(jù)及意義

1.2.1 問題提出的依據(jù)

目前，電力系統(tǒng)正在推行變電站、發(fā)電廠“無人值班”或“少人值班”的運(yùn)行方式以及單人操作概念，在這種新的運(yùn)行模式帶來許多好處的同時(shí)，也對(duì)電力生產(chǎn)的安全運(yùn)行產(chǎn)生新的要求。表現(xiàn)之一就是對(duì)操作實(shí)時(shí)跟蹤、遠(yuǎn)方監(jiān)護(hù)的微機(jī)防誤要求。此外，國(guó)家電網(wǎng)公司在《防止電氣誤操作安全管理規(guī)定》中指出：

通過對(duì)受控站電氣設(shè)備位置信號(hào)采集，實(shí)現(xiàn)防誤裝置主機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)的一致性，主站遠(yuǎn)方遙控操作、就地操作實(shí)現(xiàn)“五防”強(qiáng)制閉鎖功能。

中央計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)防誤閉鎖功能應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)受控站電氣設(shè)備位置信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)防誤裝置主機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)的一致性。當(dāng)這些功能故障時(shí)應(yīng)發(fā)出告警信息。

操作控制功能可按遠(yuǎn)方操作、站控層、間隔層、設(shè)備級(jí)的分層操作原則考慮。無論設(shè)備處在哪一層操作控制,設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和選擇切換開關(guān)的狀態(tài)都應(yīng)具備防誤閉鎖功能。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有操作監(jiān)護(hù)功能，以允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上對(duì)操作實(shí)施監(jiān)護(hù)。

1.2.2 研究的意義

通過微功耗無線網(wǎng)絡(luò)搭建，采用較低的成本就能將原本離線式微機(jī)防誤系統(tǒng)改造成在線防誤綜合操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)完備的防誤功能為集控自動(dòng)化改造建立堅(jiān)實(shí)的單站自動(dòng)化實(shí)時(shí)防誤系統(tǒng)基礎(chǔ)。解決現(xiàn)有離線五防系統(tǒng)的諸多問題，是一種投入最少，收益更多的解決方案。其合理性、實(shí)用性確定了本系統(tǒng)將會(huì)成為全面推廣的新型防誤綜合操作系統(tǒng)。

系統(tǒng)從根本上解決了目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有微機(jī)防誤系統(tǒng)存在的技術(shù)難題和應(yīng)用問題，引入了短距微功耗無線網(wǎng)絡(luò)、遙控閉鎖等創(chuàng)新概念及先進(jìn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)倒閘操作過程全程在線監(jiān)控、支持在線解鎖、無線操作，混合操作等多種操作模式，將是全新一代的完整的防誤操作系統(tǒng)解決方案，將現(xiàn)有的微機(jī)防誤技術(shù)提高到一個(gè)新的水平。系統(tǒng)將給我們帶來以下獨(dú)有特點(diǎn)，極大地滿足了現(xiàn)代化變電站的使用要求：

實(shí)時(shí)監(jiān)控，即時(shí)跟蹤；

避免操作往復(fù)行走，提高工作效率；

就地遙控，提高操作安全性；

實(shí)時(shí)邏輯判斷，拒絕防誤盲區(qū)；

突破常規(guī)理念，掛鎖即可防空程；

系統(tǒng)接地冷閉鎖，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性，解鎖狀態(tài)仍防誤，安全操作全程化。

2 研究項(xiàng)目及方法

2.1 研究項(xiàng)目

所需硬件設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)控制器、分布式控制器、遙控閉鎖繼電器、無線路由器、無線通訊電腦鑰匙、軟件系統(tǒng)：實(shí)時(shí)防誤軟件。

技術(shù)關(guān)鍵：

（1）引入了微功耗無線網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)操作終端等創(chuàng)新概念及先進(jìn)技術(shù)。

（2）實(shí)時(shí)在線電腦鑰匙，主系統(tǒng)與電腦鑰匙實(shí)時(shí)信息交互。

（3）實(shí)現(xiàn)電動(dòng)設(shè)備遠(yuǎn)動(dòng)操作的強(qiáng)制性閉鎖。

（4）有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)雙網(wǎng)互備，功能相互不足，滿足靈活多樣的操作情況。

2.2 研究方法及相關(guān)技術(shù)

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司在《防止電氣誤操作安全管理規(guī)定》相關(guān)文件精神，結(jié)合操作人員的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)流程，采用計(jì)算機(jī)信息化管理要求，分析當(dāng)前微機(jī)防誤系統(tǒng)存在的問題、解決問題的難點(diǎn)，設(shè)計(jì)出本系統(tǒng)的科學(xué)管理方法。

微功耗無線網(wǎng)絡(luò)是由無線網(wǎng)絡(luò)控制器、無線路由器、無線電腦鑰匙構(gòu)成的無線蜂窩局域網(wǎng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠。電腦鑰匙作為一個(gè)無線節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)內(nèi)漫游，實(shí)現(xiàn)操作終端與主控室之間的實(shí)時(shí)信息交互。無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于實(shí)時(shí)防誤綜合操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)邏輯判斷，防誤主機(jī)與無線電腦鑰匙、鎖具隨時(shí)數(shù)據(jù)交換，構(gòu)筑了全方位防誤網(wǎng)絡(luò)。

微功耗：無線網(wǎng)絡(luò)為微功耗環(huán)保網(wǎng)絡(luò)，發(fā)射功率小于1 mW，是手機(jī)功耗的1/1 000，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于“無線電管理委員會(huì)”規(guī)定的超過100 mW要申報(bào)的規(guī)定，不會(huì)對(duì)變電站其他設(shè)備的正常運(yùn)行和工作人員的健康產(chǎn)生不良影響。輻射騷擾檢驗(yàn)數(shù)據(jù)：450 MHz～2 404 MHz 0.000 015 7 V/m～0.019 275 2 V/m。備注：500 kV變電所保護(hù)和控制設(shè)備抗擾度要求(GB/1 17626.3):80 Hz～1 000 MHz l0 V/m。

抗干擾：采用“直序擴(kuò)頻，相干解調(diào)”技術(shù)，無線網(wǎng)絡(luò)抗干擾性能強(qiáng)。

安全性好：采用128位加密算法（AES-128）技術(shù)，無線網(wǎng)絡(luò)安全性好。

可自愈無線網(wǎng)絡(luò)：?jiǎn)蝹€(gè)無線基站覆蓋范圍的最小半徑在70 m以上，具備故障自愈功能，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)通訊故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可自行排除該節(jié)點(diǎn)，通過其它節(jié)點(diǎn)重新建立連接，使網(wǎng)絡(luò)不會(huì)因某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障而癱瘓。

智能組網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)具備智能動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的特點(diǎn)，架構(gòu)選用星形或網(wǎng)狀等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用碰撞避免機(jī)制，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃赃m應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)男枰?/p>

網(wǎng)絡(luò)容量大：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可擴(kuò)展達(dá)6萬余個(gè)，滿足大容量需求。

網(wǎng)絡(luò)控制器：網(wǎng)絡(luò)控制器接收防誤主機(jī)下達(dá)的操作信息，通過分布式控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)遙控閉鎖繼電器在線閉鎖鎖具的操作控制，同時(shí)完成電氣設(shè)備狀態(tài)信息的采集和上傳。具備無線、有線網(wǎng)絡(luò)同時(shí)管理，資源分配功能。

分布式控制器：分布式控制器管理下轄的遙控閉鎖繼電器，可以實(shí)現(xiàn)遙控閉鎖采集并控制其解/閉鎖及自檢。分布式控制器的供電系統(tǒng)由防誤主機(jī)自動(dòng)控制供給,當(dāng)系統(tǒng)有操作任務(wù)或定期自檢時(shí)才會(huì)對(duì)其加電，其余時(shí)間處于“冷接地”狀態(tài),增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性。

無線路由器：內(nèi)嵌微功耗無線網(wǎng)絡(luò)基站模塊，建立蜂窩式短距無線網(wǎng)絡(luò)。

無線通訊電腦鑰匙：在具有雙無技術(shù)的電腦鑰匙基礎(chǔ)上升級(jí)，增加微功耗無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，使其具有實(shí)時(shí)在線通訊功能。

遙控閉鎖繼電器：可實(shí)現(xiàn)對(duì)遙控和就地操作單獨(dú)閉鎖或共同閉鎖，與就地操作的電編碼鎖一體化設(shè)計(jì)，不必額外安裝電編碼鎖，閉鎖方式靈活多樣。

無線網(wǎng)絡(luò)的布網(wǎng)建設(shè)非常簡(jiǎn)單，并易于擴(kuò)展。只需在合適的地點(diǎn)放置無線路由器并提供220 V電源，同時(shí)提供一條雙絞總線連接主站即可。

3 研究成果

實(shí)時(shí)在線防誤綜合操作系統(tǒng)對(duì)以上硬件設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)管理，以先進(jìn)的“五層防線”為設(shè)計(jì)理念，五層防線的定義是：為防止電氣誤操作，在人和設(shè)備之間，用技術(shù)措施筑起的五層防線。這一新的理念是對(duì)傳統(tǒng)五防概念的擴(kuò)展和跨越，在涵蓋傳統(tǒng)五防概念的基礎(chǔ)上，從設(shè)備操作過程全程防誤的角度出發(fā)，采用不同的技術(shù)措施，從根本上杜絕電氣誤操作的發(fā)生。五層防線結(jié)構(gòu)示意圖如圖1：

各層的具體定義為：

（1）權(quán)限管理層：該層進(jìn)行權(quán)限定義，管理及分配系統(tǒng)中各用戶的權(quán)限，保證只有具備系統(tǒng)定義的權(quán)限的人，才有對(duì)應(yīng)的設(shè)備的使用權(quán)及操作過程的相應(yīng)控制權(quán)。防止越權(quán)行為產(chǎn)生的誤操作。權(quán)限管理不僅包括設(shè)備正常操作權(quán)限，還包括操作過程的各控制權(quán)，異常操作（如解鎖操作等）權(quán)限的管理。

（2）唯一操作權(quán)層：對(duì)于任何設(shè)備，在任意時(shí)刻，應(yīng)確保只有唯一的人員可以取得該設(shè)備操作權(quán)。該人員取得操作權(quán)后，任何其他人員，都不能操作該設(shè)備和相關(guān)的設(shè)備，只有該工作人員工作結(jié)束，釋放操作權(quán)，或主動(dòng)將該操作權(quán)轉(zhuǎn)移，其他人員才有可能對(duì)該設(shè)備及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行操作。確保操作人員和被操作設(shè)備的安全。

圖1 五層防線結(jié)構(gòu)圖

（3）模擬預(yù)演層：對(duì)經(jīng)過批準(zhǔn)的各類操作票，在執(zhí)行操作前，通過模擬預(yù)演，使用五防閉鎖邏輯規(guī)則庫進(jìn)行正確性確認(rèn)，確保操作項(xiàng)符合電力系統(tǒng)的安全規(guī)定及運(yùn)行要求。并且依據(jù)正確的判斷結(jié)果生成操作解鎖的步驟。

（4）實(shí)時(shí)邏輯層：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)遙信，遙測(cè)值及閉鎖元件的狀態(tài)，通過閉鎖邏輯判斷、拓?fù)溟]鎖邏輯分析，操作過程狀態(tài)跟蹤分析等方法形成多項(xiàng)判據(jù)，實(shí)現(xiàn)操作過程實(shí)時(shí)解、閉鎖，確保當(dāng)前設(shè)備的操作過程滿足安全規(guī)定及運(yùn)行要求。通過實(shí)時(shí)邏輯層可有效地解決“空程序”問題，實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作實(shí)時(shí)驗(yàn)電、鎖具實(shí)時(shí)閉鎖、多任務(wù)操作相互閉鎖、鎖具實(shí)時(shí)自檢等功能。

（5）閉鎖元件層：針對(duì)不同電氣設(shè)備，不同操作方式（遠(yuǎn)方/就地、電動(dòng)/手動(dòng)），不同操作地點(diǎn)采用可靠的強(qiáng)制閉鎖方式和鎖具，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制閉鎖。

4 結(jié)束語

微功耗無線網(wǎng)在線微機(jī)五防閉鎖研究成果在運(yùn)用過程中的效果：

（1）開發(fā)出一套全新概念、性價(jià)比高、實(shí)用性強(qiáng)的在線式綜合防誤操作系統(tǒng)。

（2）成功引進(jìn)微功耗無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)，為將來微功耗無線技術(shù)的跨平臺(tái)應(yīng)用開創(chuàng)國(guó)內(nèi)歷史先河。

（3）引進(jìn)遙控閉鎖技術(shù)，使電動(dòng)遙控操作加入強(qiáng)制閉鎖范疇，提高五防實(shí)用范圍，建立完備的防誤操作系統(tǒng)。

[1]國(guó)家電網(wǎng)公司.防止電氣誤操作安全管理規(guī)定[S].

[2]云南大唐國(guó)際電力有限公司.那蘭水電廠運(yùn)行規(guī)程[Z].

[3]張小鋼,孫保紅.無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃原理與實(shí)踐[M].人民郵電出版社,2005.

[4]防止電力生產(chǎn)重大事故的要求與措施[Z].

[5]郭創(chuàng)新,朱傳柏,丁煥玉,等.集控站自動(dòng)化模式及綜合防誤操作系統(tǒng)研究[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2001，（11）.

[6]袁大陸,杜彥明.電力系統(tǒng)的防誤操作情況及防誤操作裝置的應(yīng)用 [J].高壓電器，2002，（5）.

[7]劉道萬.一種新型防誤閉鎖系統(tǒng)在變電站的應(yīng)用 [J].廣東輸電與變電技術(shù)，2004，（3）：46-48.