變電站自動化改造中的五防與遙控的探討

李鑫

（重慶市電力公司檢修分公司，重慶 400039）

1 防誤操作設備現狀

1.1 防誤操作設備

防誤操作閉鎖裝置的“五防”功能是指：防止誤分、誤合斷路器；防止帶負荷分、合隔離開關；防止帶電掛接地線（合接地閘刀）；防止帶接地線（接地閘刀）合閘；防止誤入帶電間隔。五防設備通過對操作過程和行為的約束達到防誤操作的目的，與自動化設備同步發展：

1.1.1 機械閉鎖。在較近距離的開關和刀閘上（如一體化設備），通過連桿、鎖卡或者其他機械結構傳動實現的機構之間的閉鎖。在遠距離設備上可通過程序化鎖具，實現操作步驟的限定。機械聯鎖裝置原理簡單可靠，在實現不同回路設備之間的聯鎖時有成功案例。機械的可靠性高，但邏輯靈活性不強，受距離限制應用范圍有限。

1.1.2 電氣閉鎖。一般用開關和刀閘的輔助接點閉鎖電動機構的操作回路，而電磁閉鎖用輔助節點閉鎖電磁元件，主要針對柜門等非電動操作的設備。電氣閉鎖能實現不同回路間較遠距離的閉鎖，其故障主要來自于惡劣環境下的輔助接點（真空開關型輔助節點可靠性較好）；安裝調試工作量大，對二次接線依賴程度較高，投運后的改造繁雜，錯誤不易發現。

1.1.3 微機五防閉鎖。將安全約束引入操作邏輯算法，利用電腦鑰匙對編碼芯片依次解鎖，實現嚴格的操作步驟限制。電編碼鎖可對控制屏上把手和按鈕進行閉鎖；對于手動設備，依靠機械編碼鎖對一次設備鎖止和遙信返回（如地線樁、網門）。統計結果表明，誤操作事故主要來源于手動操作。不管是何種變電站，必須能對電動和手動操作設備同時“完備”閉鎖。實際應用時，根據現場情況設計各種鎖具，達到閉鎖接地樁、二次空開、巡視點等特殊設備及操作行為的目的。

監控系統也可直接整合五防模塊，其具備較好的軟硬件基礎和信息優勢，在部分地區有所應用，但由于歷史的和管理的原因在重慶電網采用較少。

1.1.4 遠程五防系統。無人站的增多給遠程操作安全性和及時性提出更高要求，接入五防主站的遠控系統可以閉鎖站間聯絡線，更好的兼顧安全和效率。部分較早實現集控中心或調控一體的地區，也有采用EMS五防模塊實現的案例。

實際運行中，機械防誤主要應用在成套開關設備上，電氣防誤主要應用在關聯設備（如同一母線的刀閘和地刀）的電操回路閉鎖上，作為現場防誤的最后一道防線，是當前運行場站中的基礎配置，而微機防誤因為站控層全面閉鎖的特性，是當前的主流配置。

1.2 監控系統

在不同時期投運的變電站，自動化系統、五防裝置和保護裝置等二次設備的配備方式不盡相同：

1.2.1 部分較早投運的變電站無遠動設備，僅有控制屏，現場一次設備防誤裝置較少。或多或少具備機械閉鎖裝置和電磁閉鎖回路，通過后期加裝不斷完善，加裝獨立的微機五防系統成為此類變電站標準設施。

1.2.2 變電站內有遠動設備但遙信不轉發，獨立的五防裝置記憶鑰匙狀態，據此進行操作邏輯判斷。

1.2.3 五防設備具備規約解釋功能的，能與監控實時對位，進行倒閘邏輯的在線判斷。

1.2.4 五防發送邏輯判斷結果，部分型號的監控裝置可接受五防遙控解鎖命令，結合操作票依次開放控制權限。實現對后臺和集控等遠方遙控的閉鎖，正逐步發展為集控五防系統。遠程五防系統極大的節約操作時間，可解決聯絡線閉鎖問題，但專用通道和閉鎖的聯調步驟較多。

1.2.5 部分地區的監控整合五防。直接將操作邏輯寫入各回路監控單元，在操作回路中串聯閉鎖電路，一體化實施、聯合運行。對非電控類設備，用電磁鎖等方法擴展并不現實，補充機械鎖具實現全部設備“完全性”閉鎖。

一體化設備改造時需同時修改關聯間隔的參數，存在大量維護“陷阱”。由于閉鎖節點和信號節點由同一設備提供，監控系統故障時存在較大誤動風險。因此，相對安全的五防工作站模式采用較多。作為監控系統的站控層模塊存在，工作站能完成獨立微機五防的所有功能，與系統的其他功能互不影響，具備獨立運行能力。

2 五防配置原則

根據與監控組合的方式，五防可分為一體化和獨立配置兩種。獨立的五防設備操作盤面清晰直觀，運行人員執行簡單不易錯誤；安裝和維護工作界面明晰，改造施工的安全性高。

五防和監控合一是未來發展方向，《華中電網有限公司500kV變電站自動化系統管理規范》（以下簡稱管理規范）規定“采用間隔層電氣防誤閉鎖加微機‘五防’的方案”，能發揮監控系統的實時信息優勢；算法方面，能利用圖論拓撲算法等成熟的調度主站技術，進行各種在線的和帶拓撲的邏輯判斷，實現運行設備實時閉鎖；能利用監控現有回路直接閉鎖刀閘操作電源，節省解鎖操作時間；監控設備防誤功能失靈時，具備應急解鎖功能。一體化五防的內部通訊接口可靠性好，但由于設備改造的維護工作量和實際應用推廣等問題，與現有管理制度存在矛盾，監控設備廠家并不主動。

《管理規范》規定微機五防需滿足如下要求：對自動化系統防誤閉鎖；實時自動對位；程序可靠，可脫開自動化系統獨立運行；可編制操作票；可模擬操作。作為運行安全的重要防線，五防裝置現場運行可靠性的要求甚至高于監控系統，《管理規范》甚至規定“五防主機宜獨立設置”，間隔層電氣防誤閉鎖作為補充。國網公司出版了《輸變電工程典型設計》，從前后版本技術要求的變化可以看出五防仍處在不斷發展成熟階段。不論是獨立或一體化，在典型設計方案的基礎上，新投運或舊站改造的五防裝置還需滿足以下條件：

2.1 五防與監控功能互不影響。特別是對一體化五防設備，必須使五防模塊與監控模塊相對獨立。在對側設備故障或通道脫開的特殊情況下，孤立部分具備持續運行能力。

2.2 能同時實現近端和遠端遙控閉鎖，包括操作把手、后臺遙控和集控中心遙控等模式。當前主要是無人值班改造變電站，且集控中心遙控閉鎖水平參差不齊，必須針對多種操作方式分別閉鎖。

2.3 具備互操作解鎖和撤銷功能。

2.4 應采用無風扇單片機等工業級系統，具備條件的可采用非WINDOWS系統，實現較高的整體可靠性。實踐證明，帶風扇的硬件和WINDOWS軟件系統不能適應惡劣工況，保持長期穩定運行能力較差。

2.5 具備較好的人機界面，操作熟悉難度不大于當前的運行系統。防誤操作本身原理清晰，技術進步不能加大學習難度。

2.6 增加遙信識別功能，在鑰匙回傳的信息與遠動設備信息不統一時立即告警。

建議實現冗余傳輸通道，以配合監控系統中的雙網互備模式。穩定可靠運行是系統改造的目的，特別對于防誤操作系統，單純追求技術先進的改造升級不可提倡。

3 變電站自動化改造

3.1 控制回路的調試

出于安全可靠性和技術分工的原因，在較低等級變電站中一般配置綜自系統，110kV以上級別的保護和監控分開設置。原來的遙控功能主要配置在繼電保護屏柜或關聯設備上，自動化技術的進步和無人值班管理的要求使遙控功能逐漸向監控設備轉移。

現場的前期調試主要分為裝置校驗和設備聯調。控制回路調試分為開關本體調試、保護整組試驗和監控系統試驗，存在的多種閉鎖方式須要依次實驗：開關就地閉鎖、保護屏把手閉鎖（或控制屏）、監控屏把手閉鎖、監控屏壓板閉鎖、監控屏五防鎖閉鎖、后臺五防閉鎖、遠程五防系統閉鎖。部分防誤閉鎖元件存在多種操作和解鎖方式，如電編碼鎖可從鑰匙和后臺解鎖，驗收時容易遺漏。

3.2 一次設備改造

舊站改造時一次設備的安裝和運轉精度通常不能完全滿足固定式鎖具的要求，包含地線、手車、手動刀閘等大量手動設備，一般采用帶編碼掛鎖形式，是實際運用中最為可靠的閉鎖方式。文獻提出基于間隔內網絡鎖控器的系統，能在事故和檢修狀態對設備分區閉鎖；實際上，任何元件、電源和通訊回路的增加都會影響場站的系統可靠性，網絡鎖控制器也存在類似問題。

電動刀閘等一次設備遙控操作可靠性不高，始終未滿足100%，一直是運行部門最為擔心的問題，現行運規規定運行人員操作后必須現場確認實際位置。改造后的監控系統一般都具備刀閘遙控功能，等待一次設備遙控可靠性提高和遙視輔助系統投用等時機成熟后可試運行。

3.3 過渡運行和竣工驗收

改造前五防為獨立系統的，施工期間則依據記憶鑰匙狀態判斷邏輯；改造前與監控系統已經互聯的，需要將五防通訊斷開改為記憶鑰匙運行模式，實現簡單，但實際銜接時易產生現場管理漏洞。文獻[5]提出的新裝置可對檢修和故障設備單獨閉鎖，解決了此類問題。利用五防鎖芯的通用性，也可直接對改造間隔的五防鎖進行替換，依次實現新舊監控無縫對接。但當改造涉及一次設備的電氣主接線改變時，必須重作五防程序。

在發生涉及一次和二次設備的變動后，重新進行防誤閉鎖操作驗收：微機五防先進行內部邏輯判斷，模擬操作和解鎖閉鎖試驗，再進行帶一次設備操作。包含電氣閉鎖的，必須操作相關回路進行實際驗證。但由于設備部分運行，常常不具備全站閉鎖試驗要求，因此僅進行部分（如檢修回路、備用回路）設備操作實驗，此種情況需要做規約測試并核對所有五防實時遙信，并核對五防遙信和遙控解鎖點表。對于存在間隔層閉鎖設備的[8]，難以進行完整的閉鎖邏輯驗收。漏核遙信或者不完全核對閉鎖邏輯是實際發生較多的問題。

結語

控制回路的改造是變電站自動化改造最為重要的內容，本文討論變電站改造過程中防誤操作設備和遙控相關的多種問題。

監控技術的逐漸成熟促進遙控功能的逐步過渡，推動變電站無人值班和電網自動化、智能化發展。平穩安全過渡，提高調度運行水平，促進電網安全穩定是自動化升級改造的最終目的。

[1]袁大陸.DL/T687-1999《微機型防止電氣誤操作裝置統一技術條件》編制說明[J].電力標準化與計量,2000,33(3)∶.9-10.

[2]雷春明,范滿元.廠用電系統的機械五防閉鎖原理及其方法.電力建設[J].2008,29(6)∶76-78.

[3]黃文龍,程華,梅峰,等.變電站五防一體化在線監控系統的設計與實現[J].電力系統保護與控制,2009,37(23)∶112-115.

[4]郭銘桂.淺談南寧區域控制中心的防誤閉鎖系統[J].廣西電力,2008,(3)∶44-47.

[5]管保安,周軍.基于大網絡結構+間隔內閉鎖設思想的網絡型微機防誤閉鎖系統[J].電力系統保護與控制,2009,37(17)∶93-96.