變電站主要“五防”技術的比較分析

韓成濤，劉 偉，經翠英(.國網山東省電力公司惠民縣供電公司，山東 濱州 5700；.河北新興鑄管股份有限公司，河北 邯鄲 056000；.上海海靈電力科技有限公司，上海 0000)

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變電站主要“五防”技術的比較分析

韓成濤1，劉 偉2，經翠英3
(1.國網山東省電力公司惠民縣供電公司，山東 濱州 251700；2.河北新興鑄管股份有限公司，河北 邯鄲 056000；3.上海海靈電力科技有限公司，上海 200001)

〔摘 要〕闡述了變電站“五防”技術的起源以及我國變電站“五防”技術發展歷程中各階段的防誤技術，分析比較了機械程序鎖、微機防誤、監控防誤3種防誤技術方案，最后指出計算機監控防誤技術將成為變電站“五防”技術的發展趨勢。

〔關鍵詞〕變電站；機械程序鎖；微機防誤；監控防誤；“五防”技術

0 引言

自從電力系統要求高壓電氣設備必須安裝“五防”防誤裝置以來，我國電力行業先后采用了3種能夠完整實現“五防”功能的防誤裝置，分別為高壓開關設備用機械鎖(簡稱機械程序鎖)；微機型防止電氣誤操作系統(簡稱微機防誤)；變電站監控系統防止電氣誤操作技術(簡稱監控防誤)。隨著我國電力工業的迅速發展，電力系統自動化操作程度逐步提高，對電力系統防誤技術也提出了更新、更高的要求。因此，變電站“五防”技術也在經歷一場革新。

1 “五防”技術發展歷程

1.1 “五防”技術起源

法國、美國、英國等發達國家在19世紀末到20世紀初就發明了機械程序鎖，又稱機械聯鎖，用于變電站防止電氣誤操作。

(1) 1894年，法國成立了賽特福安全聯鎖公司(SERV TRAYVOU INTERVERROUILLAGE以下簡稱STI)。STI是法國著名的安全聯鎖產品制造商，其安全聯鎖產品可通過機械裝置消除人為錯誤的可能性，使操作人員遵守規定的操作程序。

(2) 1917年，美國一位名叫柯克的工程師，也發明了機械聯鎖，采用程序鑰匙，實現了按順序開鎖和操作。柯克鑰匙聯鎖公司(Kirk Key)是安全聯鎖及其配套管理系統行業的領跑者和著名品牌。

(3) 1922年，英國的James Harry Castell創立了Castell安全國際有限公司，專業設計和制造世界上各式各樣的工業安全聯鎖及設備，并提供各類工業安全解決方案，是工業安全聯鎖、鑰匙聯鎖的領導者。

1.2 我國“五防”技術發展歷程

由于機械閉鎖方式簡單可靠，易于實現，我國的防止電氣誤操作裝置(系統)技術在20世紀70年代也采用了機械程序鎖。但該方式實現跨間隔的閉鎖比較繁瑣，因此主要用于設備集中的間隔內。

由于90年代電子技術、通訊技術和計算機技術在電力領域的廣泛應用，出現了微機防誤閉鎖，使得變電站的防誤閉鎖實現了跨越式發展。它綜合了機械閉鎖、機械程序閉鎖、電氣閉鎖的優點，通過軟件將現場操作順序變為電腦中的“五防”閉鎖規則庫，實現了防誤閉鎖的數字化，并可以實現以往不能實現或者是很難實現的防誤功能。

但隨著智能電網的建設、智能變電站的運行，微機防誤閉鎖已無法適應變電站的發展，一種新型的防誤技術——監控防誤技術應運而生。它將一體化微機防誤技術、在線式防誤技術、數字化變電站通信技術有機結合在一起，完全滿足了智能電網、智能變電站對防誤技術的要求。監控防誤技術綜合了智能變電站監控系統和防誤系統的雙重功能。利用變電站監控系統已采集的開關、刀閘、網門、臨時接地線等數字量信號，并以相關電壓、電流等模擬量作為邏輯閉鎖判據，使操作防誤功能更加完善，提高了電力系統運行檢修人員的工作效率，降低了勞動強度。

2 3種防誤裝置的技術方案

2.1 機械程序鎖

機械程序鎖是利用鑰匙隨操作程序傳遞或置換而達到先后開鎖操作的目的。其最大的優點是鑰匙傳遞不受距離限制，應用范圍較廣。機械程序鎖在操作過程中符合操作票中限定開鎖條件的操作順序要求，與操作票中規定的行走路線完全一致，故容易為操作人員接受。其缺點是操作人員在正常操作時，要按照固定的操作順序不斷使用程序鑰匙轉換位置或置換鑰匙，且鑰匙數量繁多，增加了正常操作的時間。機械程序鎖防誤技術方案如圖1所示。

2.2 微機防誤

20世紀90年代初，微機技術進入了電力行業防誤閉鎖領域。微機防誤閉鎖裝置是一種將計算機技術和通訊技術用于高壓開關設備防止電氣誤操作的裝置。該裝置一般以微型計算機和通訊適配器為核心設備，在裝置系統軟件中預先繪制了發電廠、變電站電氣一次系統接線模擬圖，并設置了所有一次設備倒閘操作的閉鎖邏輯，一次系統接線模擬圖通過監控系統或電腦鑰匙得到現場設備的實際狀態。微機防誤技術方案如圖2所示。

圖2　微機防誤技術方案

當操作人員在微機防誤模擬圖上按操作票順序進行模擬操作預演時，計算機就根據預先編寫好的規則對每一項操作進行判斷，將符合操作原則的正確模擬操作步驟按序記入數據庫。對不符合操作原則的模擬操作發出報警，提示操作人員模擬錯誤，錯誤的模擬操作步驟不記入數據庫。當整個操作預演結束后，通過通訊適配器的傳輸口將預演正確的操作內容傳輸到電腦鑰匙中，操作人員根據電腦鑰匙到現場解鎖進行倒閘操作。

在實際操作時，操作人員按照操作票的順序，對應電腦鑰匙上顯示的設備名稱，將電腦鑰匙插入相應的編碼鎖內，通過其探頭檢測操作的對象是否正確。若正確，則顯示正確的提示信息，同時開放其閉鎖回路或機構，這時就可以進行倒閘操作了。操作結束后，電腦鑰匙將自動顯示下一項操作內容，進行下一步操作。若錯誤，則不能進行開鎖操作，同時電腦鑰匙發出報警聲以提醒操作人員，從而達到強制閉鎖的目的。

2.3 監控防誤

監控防誤裝置主要由防誤鎖具、測控裝置、監控防誤主機、通訊管理機及模擬操作系統、智能操作系統等組成。在防誤方面，其采用“計算機監控系統的邏輯閉鎖+本設備間隔電氣閉鎖”來實現防誤操作功能。在監控方面，計算機監控系統具有全站性的邏輯閉鎖功能，除判別本間隔內電氣回路的閉鎖條件外，還可對其他跨間隔的相關閉鎖條件進行判別，電氣閉鎖只完成本間隔內的防誤閉鎖。

運行于監控防誤主機的防誤操作主控軟件是整個系統的控制核心，監控防誤主機中設有變電站全站的防誤閉鎖邏輯，具有模擬操作、智能開票等功能。以變電站一次主接線圖為主要人機界面，變電站的一次設備通過圖形在主機顯示器上直觀顯示，并通過防誤鎖具對現場設備狀態進行實時在線采集。監控和防誤功能相輔相成，徹底摒棄了電腦鑰匙，將防誤系統和監控系統結合為統一整體，實時在線進行變電站的監控操作和防誤操作。

3 “五防”技術發展趨勢

隨著科學技術的進步，變電站的監控功能逐步由計算機監控系統來實現，并逐步實現了無人值班。變電站的實際運行和防誤操作發生了改變，需要新的防誤技術以適應實際需要。

為了適應變電站的實際運行和防誤操作要求，廠家對微機防誤系統進行了改進，一種是在原微機防誤系統的基礎上增加與計算機監控系統的通訊功能，實現對電動設備（開關、電動刀閘）的防誤操作。模擬預演由微機防誤系統實現，實際操作控制由計算機監控系統完成。另一種是采用在線式微機防誤系統，實現所有“五防”功能，但電力行業不允許防誤系統對電動設備（開關、電動刀閘）進行直接操作控制。所以，在線式微機防誤系統也只能增加與計算機監控系統的通訊功能，間接實現對電動設備（開關、電動刀閘）的防誤操作。模擬預演由微機防誤系統實現，實際操作控制由計算機監控系統完成。在線式微機防誤技術方案如圖3所示。

圖3　在線式微機防誤技術方案

以上改進措施只是在防誤系統與監控系統之間增加了通訊環節，微機防誤的電腦鑰匙還需要人工操作。在線式微機防誤系統采用的PLC等設備，在變電站現場使用時抗干擾性能差，不能保證正常通訊，致使防誤設備故障頻發，實際操作時間驟增。

為此，根據電力行業用戶的要求，防誤廠家紛紛研制新的防誤技術與解決方案。而將微機防誤系統和計算機監控系統合二為一，即計算機監控防誤技術成為“五防”技術的發展趨勢。計算機監控防誤技術方案如圖4所示。

從實際運行情況看，計算機監控防誤技術不僅能夠完全解決以上問題，適應變電站無人值班的運行模式，而且能滿足變電站智能化發展的要求，實現程序化操作。在保障變電站安全運行的同時，節省了工作人員的操作時間，降低了工作人員的勞動強度，提高了變電站自動化程度。

圖4　計算機監控防誤技術方案

參考文獻：

1 全國高壓開關設備標準化技術委員會．JB/T8455—1996高壓設備用機械鎖通用技術條件[S]．北京：機械工業出版社，1997．

2 國家能源局．DL/T687—2010微機型防止電氣誤操作裝置通用技術條件[S]．北京：中國電力出版社，2011．

3 國家能源局．DL/T1404—2015變電站監控系統防止電氣誤操作技術規范[S]．北京：中國電力出版社，2015．

4 國家能源局．NB/T25022—2014核電廠全廠電氣設備機械聯鎖技術規范[S]．北京：中國電力出版社，2014．

5 段新輝，高新華．變電站在線式五防技術與應用[J]．北京：中國電力出版社，2010．

6 吳二宅．在線式防誤閉鎖系統的研究[D]．保定：華北電力大學，2006．

韓成濤(1982-)，男，工程師，主要從事電力設備的運行和檢修工作，email：Woyzbwoyzb@126．com。

劉 偉(1977-)，男，工程師，主要從事冶金行業電力系統高壓電氣設備的運行和管理工作。

經翠英(1968-)，女，工程師，主要從事高壓電力設備的設計工作。

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《電力安全技術》編輯部

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收稿日期：2015-10-26。