微功耗無線網(wǎng)在線防誤操作系統(tǒng)在那蘭水電廠的應(yīng)用

張秀平，單文坤

（云南大唐國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梯級電站。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)運營。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；同時單一任務(wù)的所有步驟只能保存于同一把鑰匙按順序執(zhí)行，對于復(fù)雜的操作任務(wù)（如旁路代供等）將延長操作等待時間，大大降低倒閘操作的效率。由于現(xiàn)場操作經(jīng)常交叉遙控操作和現(xiàn)場就地操作，導(dǎo)致操作人員經(jīng)常需要往復(fù)行走于現(xiàn)場設(shè)備與主控室之間，致使勞動強度增大，工作效率降低等。諸多不便，已對微機(jī)防誤系統(tǒng)提出了新的要求。對遙控操作的設(shè)備缺乏有效的防誤手段，對地線、網(wǎng)門等無法實時監(jiān)控的設(shè)備不能可靠的防誤，操作實時性不能保證，設(shè)備唯一操作權(quán)不能實現(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”的運行方式以及單人操作概念，在這種新的運行模式帶來許多好處的同時，也對電力生產(chǎn)的安全運行產(chǎn)生新的要求。表現(xiàn)之一就是對操作實時跟蹤、遠(yuǎn)方監(jiān)護(hù)的微機(jī)防誤要求。此外，國家電網(wǎng)公司在《防止電氣誤操作安全管理規(guī)定》中指出：

通過對受控站電氣設(shè)備位置信號采集，實現(xiàn)防誤裝置主機(jī)與現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的一致性，主站遠(yuǎn)方遙控操作、就地操作實現(xiàn)“五防”強制閉鎖功能。

中央計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)防誤閉鎖功能應(yīng)實現(xiàn)對受控站電氣設(shè)備位置信號的實時采集，實現(xiàn)防誤裝置主機(jī)與現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的一致性。當(dāng)這些功能故障時應(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操作實施監(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)，實現(xiàn)完備的防誤功能為集控自動化改造建立堅實的單站自動化實時防誤系統(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、實用性確定了本系統(tǒng)將會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)提高到一個新的水平。系統(tǒng)將給我們帶來以下獨有特點，極大地滿足了現(xiàn)代化變電站的使用要求：

實時監(jiān)控，即時跟蹤；

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；

實時邏輯判斷，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 研究項目及方法

2.1 研究項目

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)：實時防誤軟件。

技術(shù)關(guān)鍵：

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

（2）實時在線電腦鑰匙，主系統(tǒng)與電腦鑰匙實時信息交互。

（3）實現(xiàn)電動設(shè)備遠(yuǎn)動操作的強制性閉鎖。

（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)合操作人員的實際操作經(jīng)驗和科學(xué)流程，采用計算機(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，設(shè)計出本系統(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)簡單，性能可靠。電腦鑰匙作為一個無線節(jié)點在網(wǎng)內(nèi)漫游，實現(xiàn)操作終端與主控室之間的實時信息交互。無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于實時防誤綜合操作系統(tǒng)，實現(xiàn)了實時邏輯判斷，防誤主機(jī)與無線電腦鑰匙、鎖具隨時數(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”規(guī)定的超過100 mW要申報的規(guī)定，不會對變電站其他設(shè)備的正常運行和工作人員的健康產(chǎn)生不良影響。輻射騷擾檢驗數(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。

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)：單個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)點出現(xiàn)通訊故障時，網(wǎng)絡(luò)可自行排除該節(jié)點，通過其它節(jié)點重新建立連接，使網(wǎng)絡(luò)不會因某個節(jié)點故障而癱瘓。

智能組網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)具備智能動態(tài)組網(wǎng)的特點，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)點可擴(kuò)展達(dá)6萬余個，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現(xiàn)對遙控閉鎖繼電器在線閉鎖鎖具的操作控制，同時完成電氣設(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)自動控制供給,當(dāng)系統(tǒng)有操作任務(wù)或定期自檢時才會對其加電，其余時間處于“冷接地”狀態(tài),增強了系統(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，增加微功耗無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，使其具有實時在線通訊功能。

遙控閉鎖繼電器：可實現(xiàn)對遙控和就地操作單獨閉鎖或共同閉鎖，與就地操作的電編碼鎖一體化設(shè)計，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)非常簡單，并易于擴(kuò)展。只需在合適的地點放置無線路由器并提供220 V電源，同時提供一條雙絞總線連接主站即可。

3 研究成果

實時在線防誤綜合操作系統(tǒng)對以上硬件設(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：對于任何設(shè)備，在任意時刻，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)，或主動將該操作權(quán)轉(zhuǎn)移，其他人員才有可能對該設(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)，確保操作項符合電力系統(tǒng)的安全規(guī)定及運行要求。并且依據(jù)正確的判斷結(jié)果生成操作解鎖的步驟。

（4）實時邏輯層：根據(jù)現(xiàn)場的實時遙信，遙測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判據(jù)，實現(xiàn)操作過程實時解、閉鎖，確保當(dāng)前設(shè)備的操作過程滿足安全規(guī)定及運行要求。通過實時邏輯層可有效地解決“空程序”問題，實現(xiàn)設(shè)備操作實時驗電、鎖具實時閉鎖、多任務(wù)操作相互閉鎖、鎖具實時自檢等功能。

（5）閉鎖元件層：針對不同電氣設(shè)備，不同操作方式（遠(yuǎn)方/就地、電動/手動），不同操作地點采用可靠的強制閉鎖方式和鎖具，實現(xiàn)強制閉鎖。

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用過程中的效果：

（1）開發(fā)出一套全新概念、性價比高、實用性強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)的跨平臺應(yīng)用開創(chuàng)國內(nèi)歷史先河。

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

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