微機(jī)五防系統(tǒng)的發(fā)展與探討

蔡 菁，紀(jì) 陵

（1.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息與工程系，江蘇泰州 225300；2.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇南京 210003）

微機(jī)五防系統(tǒng)的發(fā)展與探討

蔡 菁1，紀(jì) 陵2

（1.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息與工程系，江蘇泰州 225300；2.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇南京 210003）

隨著變電站自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展、運(yùn)行管理模式不斷進(jìn)步，防誤閉鎖技術(shù)也有了很大的發(fā)展。作為變電站主流的微機(jī)防誤閉鎖技術(shù)在變電站實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中存在著一些問題，隨著這些問題的不斷提出，微機(jī)五防的一些新模式和新技術(shù)被提出來，并在實(shí)際工程中有所應(yīng)用。對(duì)微機(jī)五防三種模式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和探討，希望能對(duì)國(guó)內(nèi)微機(jī)五防系統(tǒng)的發(fā)展和實(shí)際系統(tǒng)五防模式的選型提供一些思路。

微機(jī)五防；獨(dú)立五防；一體化五防；在線式五防；智能化；發(fā)展

1 概述

1.1 五防的相關(guān)條例

電力系統(tǒng)歷來十分重視系統(tǒng)的安全，但每年總會(huì)發(fā)生因電氣誤操作而導(dǎo)致的事故，造成了許多不必要的損失。為了有效防止運(yùn)行電氣設(shè)備的誤操作引發(fā)的人身和重大設(shè)備事故，我國(guó)早在1990年就提出了電氣設(shè)備“五防”的要求，并以法規(guī)的形式行文規(guī)定了電氣防誤的管理、運(yùn)行、設(shè)計(jì)和使用原則。國(guó)電公司2000年發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》第二章第2.5條明確規(guī)定：采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，遠(yuǎn)方、就地操作均應(yīng)具備防誤閉鎖功能[1]。2005年《廣東電網(wǎng)110kV-220kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中明確要求變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用一體化五防系統(tǒng)，將五防功能作為子系統(tǒng)嵌入到監(jiān)控系統(tǒng)中，作為變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)功能之一。

1.2 五防系統(tǒng)的發(fā)展

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，防誤閉鎖系統(tǒng)也在不斷更新?lián)Q代。最早出現(xiàn)的閉鎖方式為機(jī)械閉鎖，隨后經(jīng)歷了機(jī)械程序閉鎖、電磁鎖和電氣聯(lián)鎖幾個(gè)時(shí)期，發(fā)展到今天廣泛應(yīng)用的是微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)。早期的機(jī)械閉鎖只能用于機(jī)械一體化設(shè)備或成套開關(guān)柜中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)機(jī)械卡死的問題，而采用電磁鎖和電氣聯(lián)鎖二次回路接線較復(fù)雜，上述閉鎖都很難實(shí)現(xiàn)全站閉鎖。微機(jī)五防系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用于變電站自動(dòng)化的結(jié)果，該系統(tǒng)用于高壓開關(guān)設(shè)備防止電氣誤操作。通常主要由主機(jī)、電腦鑰匙、機(jī)械編碼鎖、電氣編碼鎖、模擬屏等功能元件組成。微機(jī)防誤閉鎖裝置的設(shè)備有四類：開關(guān)、刀閘、地線（接地刀閘）、遮網(wǎng)門（開關(guān)柜門），上述設(shè)備是通過微機(jī)鎖具（電編碼鎖和機(jī)械編碼鎖）實(shí)現(xiàn)閉鎖的，對(duì)上述設(shè)備須由軟件編寫操作閉鎖規(guī)則。

2 微機(jī)五防三種模式的探討

目前的微機(jī)五防主要有兩種運(yùn)行模式，一種是獨(dú)立五防運(yùn)行模式，一種是一體化五防運(yùn)行模式。在綜合自動(dòng)化變電站中普遍采用的是監(jiān)控系統(tǒng)與五防系統(tǒng)分別獨(dú)立運(yùn)行的模式。隨著變電站自動(dòng)化技術(shù)逐漸完善，將五防系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)合并，實(shí)現(xiàn)一體化五防系統(tǒng)已被寫入規(guī)范，將五防功能作為子系統(tǒng)嵌入到監(jiān)控系統(tǒng)中，作為變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)功能之一。但無論是獨(dú)立五防模式還是一體化五防模式，在實(shí)際五防系統(tǒng)中都還存在著諸如“走空程”、操作效率不高等問題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，一種新型的五防模式——在線式五防被提出來，并在逐步推廣應(yīng)用。

2.1 獨(dú)立五防模式

獨(dú)立五防是獨(dú)立于SCADA系統(tǒng)的微機(jī)五防，由后臺(tái)機(jī)、五防機(jī)、模擬屏、電腦鑰匙、機(jī)械編碼鎖、電氣編碼鎖等元件組成[2]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

這種方式下站控層操作的五防功能和開票功能由獨(dú)立于后臺(tái)系統(tǒng)的五防機(jī)實(shí)現(xiàn)。在后臺(tái)系統(tǒng)的操作員站上做遙控操作時(shí)，首先將操作設(shè)備號(hào)和操作請(qǐng)求傳入五防機(jī)，在五防機(jī)中作出五防規(guī)則判斷，然后將判斷結(jié)果傳回后臺(tái)系統(tǒng)，最后后臺(tái)系統(tǒng)根據(jù)傳回的判斷結(jié)果發(fā)出遙控命令或中止遙控操作。

采用獨(dú)立五防模式的微機(jī)五防系統(tǒng)，在使用中存在以下問題：

（1）由于絕大多數(shù)獨(dú)立五防機(jī)都采用Windows系統(tǒng)，機(jī)器易出現(xiàn)故障，相比較運(yùn)行Unix操作系統(tǒng)的監(jiān)控后臺(tái)機(jī)而言，獨(dú)立五防機(jī)長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的性能相對(duì)較差。

（2）獨(dú)立五防機(jī)要通過與監(jiān)控系統(tǒng)通訊才能獲得斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。因而，五防閉鎖結(jié)果的準(zhǔn)確性依賴于網(wǎng)絡(luò)的可靠性，一旦后臺(tái)系統(tǒng)與五防機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通訊出了問題，站控層五防和操作票功能將陷于癱瘓。

（3）在諸如檢修調(diào)試等非正常運(yùn)行模式下，進(jìn)行五防邏輯判斷時(shí)，獨(dú)立五防機(jī)無法清楚地區(qū)分，造成部分操作無法用電腦鑰匙進(jìn)行解鎖，只能強(qiáng)制解鎖，很容易因走錯(cuò)間隔而發(fā)生誤操作，造成對(duì)于無票操作和檢修人員的操作不能進(jìn)行防誤閉鎖。

（4）五防機(jī)只實(shí)現(xiàn)了掛鎖聯(lián)鎖，沒有實(shí)現(xiàn)真正的電氣聯(lián)鎖，還不能真正地達(dá)到“全站五防”的目的。大多數(shù)編碼鎖在戶外，風(fēng)吹日曬雨淋，容易生銹，維護(hù)量大，而且一旦鎖具進(jìn)水生銹，強(qiáng)制解鎖也很困難，會(huì)延誤操作時(shí)間。

（5）獨(dú)立五防存在走空程的問題。當(dāng)操作人持電腦鑰匙進(jìn)行就地操作時(shí)，由于電腦鑰匙只能起到識(shí)別設(shè)備的作用，而無法對(duì)操作是否完成進(jìn)行強(qiáng)制檢查，可能出現(xiàn)識(shí)別后操作并未完成但操作人員卻可持電腦鑰匙進(jìn)行下一項(xiàng)操作，即出現(xiàn)“走空程”的問題。“走空程”的存在增加了出現(xiàn)誤操作的危險(xiǎn)，須引起高度的重視。

（6）斷路器就地分合閘存在漏洞，編碼鎖串接于斷路器分合閘回路中，電腦鑰匙識(shí)別正確后接通回路，即可對(duì)斷路器進(jìn)行分合操作。同樣，用簡(jiǎn)單的導(dǎo)線即可插入鑰匙孔接通回路，對(duì)開關(guān)進(jìn)行分合，從而不受防誤系統(tǒng)的約束[3]。

（7）在倒閘過程中，獨(dú)立五防不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視全站設(shè)備位置，實(shí)時(shí)進(jìn)行五防判斷閉鎖的功能，一旦有參與防誤判斷的設(shè)備異常變位發(fā)生，由于電腦鑰匙存儲(chǔ)的操作票是根據(jù)設(shè)備變位前的狀態(tài)開出的，若此時(shí)不中止操作過程會(huì)引起誤操作。

（8）在有多操作任務(wù)需要執(zhí)行時(shí)，由于電腦鑰匙解鎖方式的局限性，不能實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)同步執(zhí)行。

（9）由于監(jiān)控后臺(tái)和微機(jī)五防系統(tǒng)不是同一個(gè)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，設(shè)備更新的綜合自動(dòng)化改造和微機(jī)五防閉鎖通信往往不能同步進(jìn)行，造成個(gè)別間隔失去五防閉鎖把關(guān)。

2.2 一體化五防模式

一體化五防系統(tǒng)由后臺(tái)機(jī)、電腦鑰匙、機(jī)械編碼鎖、電氣編碼鎖等功能元件組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

一體化五防子系統(tǒng)將五防軟件嵌入進(jìn)SCADA系統(tǒng)，硬件上減少了五防機(jī)，節(jié)約了成本，而且操作人員只要在監(jiān)控系統(tǒng)的一臺(tái)操作員工作站上即可完成開票、五防、監(jiān)控功能，大大方便了操作。因此，將五防子系統(tǒng)整合進(jìn)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)是站控層五防發(fā)展的方向。

和獨(dú)立五防相比一體化五防有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）在一體化五防系統(tǒng)應(yīng)用中，以往在獨(dú)立五防中經(jīng)常出現(xiàn)的五防系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)通訊的故障已不再出現(xiàn)，且整個(gè)一體化系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

（2）一體化五防系統(tǒng)日常維護(hù)主要有系統(tǒng)軟件和現(xiàn)場(chǎng)電腦鑰匙及鎖具的維護(hù)，五防系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)一體化后，由于兩個(gè)系統(tǒng)均使用同一數(shù)據(jù)庫、同一圖形界面，五防系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護(hù)工作量大大減少而變得簡(jiǎn)單。此外，五防系統(tǒng)作為監(jiān)控系統(tǒng)的子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)維護(hù)和鎖具維護(hù)得到了專業(yè)班組的專門維護(hù)，改變了以往五防系統(tǒng)分工不明確的局面，五防系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性也得到了進(jìn)一步提高[4]。

（3）目前獨(dú)立五防還基本不具備跨平臺(tái)和混合平臺(tái)的產(chǎn)品，而跨平臺(tái)/混合平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品已逐步在廠站監(jiān)控系統(tǒng)中大量應(yīng)用，因此集成在監(jiān)控系統(tǒng)之上的一體化五防系統(tǒng)自然也就具備了完善的跨平臺(tái)/混合平臺(tái)的能力，從而大大增強(qiáng)了五防系統(tǒng)的可靠性和完全防護(hù)等級(jí)。

（4）一體化五防系統(tǒng)能充分結(jié)合后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)檢修、掛牌等應(yīng)用功能，將這些應(yīng)用和五防功能融合在一起，從而使廠站系統(tǒng)的檢修維護(hù)等日常工作納入到防誤閉鎖系統(tǒng)內(nèi)，使整個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)、維護(hù)、運(yùn)行更加安全可靠。

（5）一體化五防嵌入到監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)中能夠充分利用監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)多機(jī)進(jìn)程容錯(cuò)的功能，在監(jiān)控系統(tǒng)的任何一臺(tái)機(jī)器上面都能實(shí)現(xiàn)五防和操作票的功能，大大提高了整個(gè)五防系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，保證了不因一臺(tái)機(jī)器出現(xiàn)故障而使整個(gè)五防系統(tǒng)都陷入癱瘓，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

當(dāng)然，對(duì)于完全實(shí)現(xiàn)開關(guān)、刀閘遠(yuǎn)方操作的廠站，部分操作仍需要電腦鑰匙或機(jī)械鎖就地進(jìn)行解鎖操作，獨(dú)立五防存在的“走空程”問題，鎖具的損壞及日常維護(hù)，事故緊急處理的速度，倒閘過程中因設(shè)備發(fā)生變位而引發(fā)的誤操作以及電腦鑰匙解鎖的局限性等在獨(dú)立五防中存在的問題在一體化五防也依然存在。另外，如網(wǎng)門、接地線、驗(yàn)電、保險(xiǎn)等部分信號(hào)仍無法采集，仍需要通過電腦鑰匙進(jìn)行回傳，影響了一體化五防邏輯判斷的實(shí)時(shí)性、快速性和準(zhǔn)確性。

盡管一體化五防還存在著一些問題，但相比較獨(dú)立五防，一體化五防仍有很多優(yōu)點(diǎn)，它代表了廠站自動(dòng)化五防系統(tǒng)發(fā)展的方向。

2.3 在線式五防模式

目前微機(jī)五防在各個(gè)場(chǎng)合中都得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)各個(gè)等級(jí)變電站的防誤操作起到了十分重重的作用，但目前無論是采用獨(dú)立五防還是采用一體化五防在實(shí)際應(yīng)用中都還存在著一些問題。為了解決這些問題，進(jìn)一步提高廠站監(jiān)控五防系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，提高日常操作的安全性和效率，防誤系統(tǒng)應(yīng)充分利用計(jì)算機(jī)、通訊和微電子等領(lǐng)域的新技術(shù)，開發(fā)出一種新的防誤閉鎖控制模式，以解決存在的問題并適應(yīng)新的發(fā)展需求。正是在這種情況下，一種新的微機(jī)遠(yuǎn)程控制的防誤閉鎖系統(tǒng)，即在線式微機(jī)五防逐漸進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。

在線式防誤閉鎖系統(tǒng)充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的通訊和控制功能以及微控制器的邏輯判斷功能，將微機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)防誤閉鎖鎖具連成網(wǎng)絡(luò)綜合防誤系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)和執(zhí)行解鎖命令，將操作人員從繁雜的閉鎖裝置操作中解脫出來，從而高效準(zhǔn)確地完成日常操作。在線式防誤操作閉鎖系統(tǒng)綜合了現(xiàn)有防誤系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并在一體化五防進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)上提出來。

在線式五防由監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)控制器、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)、間隔控制節(jié)點(diǎn)和各種間隔內(nèi)的防誤鎖具構(gòu)成在線式綜合測(cè)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)間隔控制節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了一個(gè)分布式的防誤閉鎖網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)既能通過通訊將現(xiàn)場(chǎng)電磁鎖及開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)傳送給監(jiān)控主機(jī)，供監(jiān)控主機(jī)遠(yuǎn)方操縱時(shí)的實(shí)時(shí)邏輯閉鎖判斷，同時(shí)就地各節(jié)點(diǎn)也能通過與主機(jī)之間的通信，自動(dòng)實(shí)時(shí)接收主機(jī)發(fā)過來的接閉鎖命令，從而實(shí)現(xiàn)了就地操作的全站實(shí)時(shí)防誤閉鎖。由于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)微控制器，各節(jié)點(diǎn)間也能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、信息交互、邏輯判斷和閉鎖控制，從而保證了在監(jiān)控主機(jī)故障時(shí)在就地操作仍能實(shí)現(xiàn)五防閉鎖，保證了操作的正確與可靠性。另外，整個(gè)在線式五防系統(tǒng)既自成體系又是一個(gè)開發(fā)的系統(tǒng)，可與變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)第三方設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)信息共享，還可利用站際光纖通道，實(shí)現(xiàn)集控主站與子站的通訊，便于工作人員在主站監(jiān)視多個(gè)子站的倒閘操作過程和設(shè)備狀態(tài)的變化，構(gòu)成集控化管理的變電站倒閘防誤操作模式。

在線式五防系統(tǒng)采用了先進(jìn)的通訊技術(shù)、傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，具有以往的防誤系統(tǒng)所沒有的特點(diǎn)：

（1）在線式防誤閉鎖系統(tǒng)最大程度地縮減了人為干預(yù)的因素，接閉鎖操作完全由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自動(dòng)控制，大大提高了操作的安全可靠性和自動(dòng)化程度。

（2）防誤裝置具有自診斷功能，防誤主機(jī)能實(shí)時(shí)監(jiān)視所有防誤裝置的工作狀態(tài)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和報(bào)告裝置異常信息，盡早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的異常情況，確保了系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

（3）在線式五防能夠在線獲得包括地線、網(wǎng)門在內(nèi)的廠站各設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)變位信息，為防誤系統(tǒng)邏輯判斷提供可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，有效地防止了“走空程”的發(fā)生。

（4）操作時(shí)間短，有利于倒閘操作及一些事故緊急處理的快速完成。解鎖命令的執(zhí)行通過網(wǎng)絡(luò)和微控制器實(shí)現(xiàn)，命令的執(zhí)行時(shí)間可達(dá)毫秒級(jí)，大大優(yōu)于采用電腦鑰匙的人工操作閉鎖。并且可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作任務(wù)，縮短了操作時(shí)間，提高了工作效率[5]。

當(dāng)然，在線式五防模式在建立分布式控制系統(tǒng)的線纜敷設(shè)、采集設(shè)備節(jié)點(diǎn)位置、鎖具節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、遠(yuǎn)程控制設(shè)備的供電和鎖具的可靠性等方面仍存在一些問題需要進(jìn)一步的解決和進(jìn)步。隨著數(shù)字化變電站技術(shù)的不斷發(fā)展，微機(jī)五防應(yīng)能更好地借鑒和利用數(shù)字化變電站的先進(jìn)技術(shù)解決現(xiàn)有存在的部分問題，并朝著智能化五防的方向發(fā)展。

3 結(jié)語

防誤操作閉鎖功能是廠站自動(dòng)化電氣操作中十分重要的功能，對(duì)保證安全生產(chǎn)和人員的生命安全有著舉足輕重的作用。伴隨著監(jiān)控系統(tǒng)五防子系統(tǒng)專業(yè)化的不斷改進(jìn)和完善，微機(jī)五防系統(tǒng)正經(jīng)歷著由獨(dú)立五防模式向一體化五防模式推廣的過程。隨著防誤操作的要求越來越高，系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)化水平和可靠性要求越來越高，結(jié)合了獨(dú)立五防和一體化五防優(yōu)點(diǎn)的在線式五防會(huì)逐步成為廠站監(jiān)控五防系統(tǒng)發(fā)展的方向。

[1]顧擁軍,皮衛(wèi)華,楊承勝,等.變電站防誤閉鎖應(yīng)用分析[J].繼電器,2005,33(2):66-67.

[2]邵宇.五防一體化系統(tǒng)及其在廠站中的應(yīng)用[J].江西電力, 2008,32(4):15-17,21.

[3]孔召賢.綜合自動(dòng)化變電站微機(jī)五防系統(tǒng)應(yīng)注意的問題[J].電氣應(yīng)用,2007,26(10):46-47.

[4]伍商星.變電站一體化五防系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].電工技術(shù), 2008,(6):9-10.

[5]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.

Computerized Five-prevention System Developmentand Discussion

CAIJing1，JILing2
(1.TaizhouPolytechnicCollege,TaizhouJiangsu225300,China;2.GuodianNanjingAutomationCo,Ltd., NanjingJiangsu210003,China)

With the continuous development of substation automation technology and operation management advances in anti-locking technology is greatly development.As a substation operation Lockingmainstream computer technology in substation actual production there are also some problems.With these issues been raised againstsome new models and technologies of the computerized five-prevention arementioned and in the practicalengineering applied.Threemodels of the computerized five-prevention are summarized and discussed the advantages and disadvantages.Hoping against Computerized five-prevention system developmentand system selection of themode of five-prevention to provide some ideas.

computerized five-prevention;independent five-prevention;integration of five-prevention;on-line five-prevention;intelligentized;develop

TM76

B

1671-0142（2011）03-0098-04

蔡菁（1982-），女，江蘇泰州人，碩士，工程師。

（責(zé)任編輯 李冠楠）