變電站計算機監控防誤操作系統的應用

毛耀紅，劉志洋，趙春山（.南京勝太迪瑪斯電力系統有限公司，江蘇 南京 004；.國網山東省電力公司煙臺供電公司，山東 煙臺 6400；.國網山東省電力公司招遠供電公司，山東 招遠 65400）

變電站計算機監控防誤操作系統的應用

毛耀紅1，劉志洋2，趙春山3
（1.南京勝太迪瑪斯電力系統有限公司，江蘇 南京 210042；2.國網山東省電力公司煙臺供電公司，山東 煙臺 264001；3.國網山東省電力公司招遠供電公司，山東 招遠 265400）

隨著智能電網和電力系統自動化的不斷發展，其對變電站防止電氣誤操作的要求也越來越高。在對防誤閉鎖技術現狀分析的基礎上，闡述了計算機監控防誤操作系統的原理和技術方案，指出計算機監控防誤操作技術適合智能電網和智能變電站的發展需要，將逐步成為變電站防誤操作系統的發展方向。

智能變電站；計算機監控防誤操作系統；站控層；過程層；I/O測控模塊

0 引言

近年來，隨著通信、電子信息技術的發展和在電力系統中的應用，變電站設備自動化水平不斷提高。與早期的變電站相比，現在的變電站設備與設備、一次與二次、遠方與就地之間，不再是獨立的電纜連接，而是變電站站控層、間隔層、過程層全部通過基于以太網的無縫連接通信。現有的防誤閉鎖技術已經出現不能滿足變電站防誤要求的趨勢。而由于智能變電站計算機監控系統防誤操作技術能夠很好地滿足不斷發展的變電站綜合自動化的要求，穩定、可靠地實現“五防”功能，從而在防止電氣誤操作上發揮越來越大的作用，逐步成為“五防”的發展趨勢。

1 防誤閉鎖裝置現狀

目前，國內防誤閉鎖裝置主要有微機閉鎖、機械程序鎖（閉鎖、聯鎖）、電氣閉鎖以及監控防誤閉鎖。這幾種裝置各有特點，在各等級的變電所內的配置情況也大相徑庭。以江蘇為例，2006年之前，110 kV和35 kV變電所防誤裝置種類較多，大都采用電磁鎖或機械程序鎖；220 kV及以上等級變電站多為微機閉鎖，2006年以后的新站都逐步采用“計算機監控系統的邏輯閉鎖”與“電氣閉鎖”相結合的防誤模式。目前，微機防誤仍然是防誤系統的主流，而計算機監控防誤系統也正逐步普及。各類防誤閉鎖裝置性能比較如下。

（1） 微機防誤適合各電壓等級變電站，占有率居首位。

微機防誤優點：

① 閉鎖功能完善，防誤程序實現容易；

② 自動化程度較高；

③ 安裝調試方便（必須由廠家完成）；

④ 維護方便（必須由廠家完成）。

微機防誤缺點：

① 電腦鑰匙抗干擾能力較低，容易出現邏輯混亂，程序易丟失；電腦鑰匙電池使用壽命短，需每半年寄回廠家維護一次；個別產品存在電腦鑰匙和充電器配合不好的情況；

② 通訊不穩定，易中斷，數據易丟失；

③ 防止走空程序功能較弱，實現起來也復雜；

④ 鎖具易銹蝕卡澀、插拔不靈活；

⑤ 防誤系統處于離線狀態，現場與模擬系統不能實時對接，容易造成模擬圖和現場電氣設備狀態不能及時保持一致；

⑥ 使用電腦鑰匙操作，大大增加了運行人員操作時間和勞動強度。

（2） 機械程序鎖適用接線簡單或自動化程度不高的變電所。

機械程序鎖優點：

① 功能較完善；

② 性能良好；

③ 堅固耐用；

④ 運行檢修人員容易掌握使用，便于設備的維護。

機械程序鎖缺點：

① 安裝較復雜，調試困難，維護工作量大；

② 如果一次接線復雜，防誤程序實現比較困難，即使實現，操作也比較繁瑣；

③ 鎖具易銹蝕，程序鎖程序易出錯；

④ 自動化程度低，無法和現代化變電所配套；

⑤ 使用程序鑰匙操作，增加了運行人員的操作時間。

（3） 電氣閉鎖比較適合間隔防誤，而跨間隔防誤實現比較復雜。

電氣閉鎖的優點：

① 防誤功能比較完善、可靠；

② 安裝簡單，維護方便容易；

③ 操作方便、簡單，不增加運行人員的操作時間和勞動強度。

電氣閉鎖的缺點：

① 普通輔助開關易出現設備輔助接點轉換不靈、接點粘死；

② 早期戶外配套電磁鎖質量不穩定。

（4） 計算機監控防誤是變電站防誤閉鎖的發展趨勢。

計算機監控防誤的優點：

① 防誤閉鎖功能完善，防誤程序實現容易；

② 在線閉鎖，實時性強，實現對設備狀態的實時采集和操作的在線邏輯判別；

③ 較高的可靠性和可操作性、長壽命；強制閉鎖，有效地防止走空程序；

④ 完備的“五防”邏輯判別功能，如可以采集模擬量（電流、電壓等）；

⑤ 完備的操作管理功能和操作票功能；

⑥ 維護簡單，工作量小，沒有電腦鑰匙，不增加運行人員的操作時間和勞動強度；

⑦ 通訊穩定可靠；

⑧ 具備多任務并行防誤操作功能，并行操作時關聯閉鎖邏輯判別及時；

⑨ 能夠實現防誤閉鎖和操作票順序閉鎖（程序化操作）；

監控防誤的缺點：

① 單獨改造變電站防誤系統時，監控防誤方案比較繁瑣，工作量大；新建和自動化改造變電站實施比較方便；

② 需要和監控系統密切配合。

2 計算機監控防誤操作系統

2.1 系統原理

計算機監控防誤操作系統采用“計算機監控系統的防誤閉鎖”和“本設備間隔電氣閉鎖”相結合的方式。計算機監控防誤操作系統具有全站性的防誤閉鎖功能，間隔內的縱向閉鎖采用電氣閉鎖，間隔間的橫向閉鎖由監控防誤實現，簡稱監控防誤。

2.1.1 系統框架結構

計算機監控防誤操作系統是“在線判別系統”。如圖1所示，該系統中變電站的所有閉鎖設備（開關、刀閘、網門、臨時接地線等）都視為系統的網絡節點，所有的節點都連入計算機監控系統網絡中，每個節點中都安裝有相應的閉鎖裝置。所有經計算機監控系統的操作都通過監控防誤模塊和I/O測控模塊防誤閉鎖邏輯判斷，若發現錯誤，系統閉鎖該項操作并發出語音報警，輸出提示條文。同時，變電站還可以通過網絡通訊與集控中心和調度中心相互傳輸信息。

圖1 計算機監控防誤操作系統原理框架

2.1.2 設備信號的采集

目前，變電站監控系統已經能夠采集一次設備的全部位置信息，在接地刀閘、臨時接地點以及網門都配套裝有計算機監控防誤操作專用防誤鎖。該鎖具有2副動作接點（常開、常閉各1副），這2副接點能夠及時的將鎖的動作信號（設備位置信息）傳送給I/O測控模塊，列入防誤閉鎖邏輯判別。采用常開、常閉接點都接入保證采樣信號可靠，防止輔助接點不到位影響邏輯判別。

2.2 系統防誤功能的實現

2.2.1 監控防誤系統結構

計算機監控防誤系統分為站控層設備（操作員工作站等）和間隔層設備（測控模塊）、過程層設備（防誤閉鎖接點、防誤鎖具等）。設備操作均通過I/O測控模塊來實現，測控模塊獨立于后臺系統或總控單元，相互間能以網絡方式通信。變電站監控系統采集了一次設備的全部位置信息，這就使得控制設備時作一些條件判別是非常容易的，完全由軟件來實現，而且可以加入電流等模擬量進行判別，防止因開關刀閘等傳動件的斷裂而引起的誤操作。監控防誤系統結構如圖2所示。

圖2 監控防誤系統結構

2.2.2 設備操作流程

在執行一項操作之前，先進行智能模擬操作，模擬操作步驟是嚴格按照變電站運行規則及操作票內容進行。監控防誤主機中存有完備的“五防”邏輯，模擬操作時，會對當前操作相關設備的狀態進行邏輯判別和校對，符合條件則繼續模擬操作；若模擬操作步驟違反“五防”邏輯，系統則會自動語音提示并輸出錯誤條文。只有全部步驟都符合“五防”邏輯，模擬操作才能夠成功。模擬操作成功后，運行人員根據模擬正確的程序逐步進行操作。在操作過程中，監控防誤主機與I/O測控模塊中的“五防”邏輯進行比對，如果監控防誤主機和I/O測控模塊中“五防”邏輯不一致時，I/O測控模塊停止執行操作，并自動語音提示。同時，執行操作的設備新位置信息量及時反饋給I/O測控模塊并存入主機，直到整個操作任務完成。

以母線接地閘刀操作為例，其操作條件為“母線上隔離開關都拉開+母線無電（采集母線PT或高壓帶電顯示裝置的信號）”。在模擬操作過程中，監控防誤主機首先讀入相關設備信息量，然后進行邏輯判別。如果其中任何一個條件不滿足，則強制閉鎖，禁止模擬操作；只有當母線接地閘刀操作的2個條件全部滿足時，才會模擬成功并執行操作。執行操作時，刀閘的新信息量及時反饋到I/O測控模塊，從而及時、可靠地實現防誤操作功能。母線接地刀閘操作流程如圖3所示。

2.2.3 監控防誤系統操作流程

監控防誤系統操作流程如圖4所示。

2.2.4 開關、刀閘電氣控制回路

開關、刀閘電氣控制回路如圖5所示。

2.2.5 軟硬件故障處理

計算機的軟硬件故障以及外界條件干擾也有可能造成誤動作，針對此問題，系統在間隔層I/O測控屏上設計2個解鎖開關，其中一個解鎖開關作為I/O測控模塊的開入量，解除其閉鎖邏輯，用于特殊情況下的解鎖，但仍需要通過計算機監控系統進行操作；另一個解鎖開關是短接回路，用以解除I/O測控模塊邏輯閉鎖的輸出，當I/O測控模塊故障需現場近控操作時，操作此解鎖開關解鎖。

圖3 母線接地閘刀操作流程

圖4 監控防誤系統操作流程

圖5 開關、刀閘電氣控制回路

2.3 系統特點

（1） 在線判別、實時防誤，能穩定可靠地實現防誤閉鎖功能。在線檢測設備的位置信息，實現動態情況下的防誤操作。

（2） 完備的“五防”邏輯判別。可采集模擬量，并將二次設備狀態和二次壓板等錄入整個防誤系統，能夠實現全站性的防誤操作。實現了強制閉鎖，有效防止走空程序。

（3） 徹底摒棄電腦鑰匙。電腦鑰匙抗干擾能力較低，程序易丟失，這大大削弱了防誤閉鎖裝置的可靠性。該系統采用計算機監控系統專用防誤鎖，能夠及時將設備（電動設備及手動設備）的狀態信息傳送給I/O測控模塊，提高信號傳輸的準確性。

（4） 故障手動解鎖操作。在緊急情況（故障）下，經上級審核批準，可以利用配備的解鎖鑰匙進行手動解鎖操作。

2.4 系統改進

各廠家在裝置實現方面、通訊規約方面存在一定的差異，甚至不同的設計單位也有不同的設計原則，不利于今后的管理。應制作統一的計算機監控防誤操作系統選型選用原則，采用相同的通信標準，如IEC61850等。

3 系統實際應用

江蘇省電力公司自2002年開始在一些基建變電站采用“計算機監控系統的防誤閉鎖”和“本設備間隔電氣閉鎖”相結合的防誤閉鎖方式，并取得一定的突破和成效。2006年9月下發的《江蘇省電力公司變電站防誤操作技術規定（試行）》，明確規定新建變電站采用“計算機監控系統的邏輯閉鎖+本間隔電氣閉鎖”來實現防誤操作功能，不再設置獨立的微機防誤操作系統。2008年和2012年對《江蘇省電力公司變電站防誤操作技術規定（試行）》進行了2次修定，要求所有變電站均采用監控防誤方式。截至2015年11月，江蘇省電力公司系統約2 000座變電站采用了監控防誤方式，為江蘇電網安全運行發揮了積極作用，收到了良好的應用效果。其他一些省市供電公司也陸續開始在變電站采用監控防誤。

國家電網公司企業標準Q/GDW203—2008 《110 kV變電站通用設計規范》和Q/GDW204—2008《220 kV變電站通用設計規范》，明確要求防誤操作閉鎖功能應由計算機監控系統實現。國家電網公司2009版物資采購標準也將監控防誤列為變電站防誤首選方案，優先采用。

4 結束語

變電站防誤操作系統應簡單、可靠、方便操作，可以充分保障安全。計算機監控防誤操作系統是在線的實時監控防誤系統，其運行可靠性與防誤完備性提高了變電站及電網的防誤能力，同時還降低了運行人員的勞動強度，節省了操作時間。以計算機的高可信度作為基礎，伴隨著智能電網的建設，變電站朝著智能化、信息化、網絡化方向發展，計算機監控防誤操作系統將逐步成為變電站防誤裝置（系統）的發展方向。

1 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.

2 國家能源局.DL/T1403—2015智能變電站監控系統技術規范［S］.北京：中國電力出版社，2015.

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

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

5 鐘連宏，梁異先.智能變電站技術與應用［M］.北京：中國電力出版社，2010.

6 陳 躍，甘 羽.500 kV變電站防止電氣誤操作方案［J］.中國電力，2012，42（6）：60-64.

7 羅 欽，段 斌，肖紅光，等.基于IEC61850控制模型的變電站防誤操作分析與設計［J］.電力系統自動化，2006，30（22）：61-65.

8 湯惠芳.淺談智能變電站計算機監控防誤操作系統［J］.電力與電工，2010，30（2）：49-51.

9 劉全亮.防誤理念、防誤原則和防誤裝置的研究與探討［J］.電力安全技術，2007，9（S）： 16-20.

10 中華人民共和國質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB26860—2011電力安全工作規程發電廠和變電站電氣部分［S］.北京：中國標準出版社，2012.

11 中華人民共和國國家經濟貿易委員會.DL/T5149—2001 220 kV-500 kV變電所計算機監控系統設計技術規程［S］.北京：中國電力出版社，2001.

2015-09-10。

毛耀紅（1971-），男，高級工程師，主要從事國內外電力行業防誤閉鎖技術研究工作，email：st_myhong@163.com。

劉志洋（1973-），男，高級工程師，主要從事變電站防誤操作技術和變電站設備運維管理研究工作。

趙春山（1974-），男，工程師，主要從事電力工程管理工作。