智能變電站五防閉鎖功能模型標準化設計及實現

萬濤 張媛媛 楊棟 劉婭

摘要：隨著社會經濟和科技的快速發展，智能電網的普及已非常普遍。智能變電站在各個地區不斷興建起來。與以往的常規變電站不同，智能變電站對于設備及標準化平臺等功能的要求非常高，體現出了較為突出的集成一體化、信息標準化和協同互動化發展特征。五防閉鎖功能，正是智能變電站為防止電氣誤操作而在相關智能系統中使用的必備手段。本文就這一智能變電站重要組成部分的模型標準化設計及實現進行了介紹，希望能為推動智能變電站系統的進一步完善提供一些有益建議。

Abstract： With the rapid development of social economy and science and technology， the popularity of intelligent grids has become very common. Intelligent substations continue to be built in various regions. Different from conventional substations， intelligent substations have very high requirements for functions such as equipment and standardization platforms， which reflect the prominent characteristics of integrated integration， information standardization， and cooperative interaction. Five anti-lockout functions are the necessary means for intelligent substations to be used in related intelligent systems to prevent electrical misoperation. This article introduces the model standardization design and implementation of the important components of this intelligent substation， and hopes to provide some useful suggestions for the further improvement of the intelligent substation system.

關鍵詞：五防閉鎖功能；模型；智能變電站系統；設計；實現

Key words： five anti-lockout function；model；intelligent substation system；design；realization

中圖分類號：TM6；TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）25-0143-03

0 引言

智能變電站是利用計算機網絡技術通過采用智能設備而形成的具有先進、可靠、集成、低碳、環保功能的電力樞紐。為保證這個電力樞紐的正常工作，要其智能系統中必需通過設置五防系統實現其正常供電的功能。隨著科學技術的發展，這種設想已變成了現實，促進了智能化變電站技術的進一步完善。

1 智能變電站中五防的設計

1.1 五防的概念

在智能變電站系統中，五防系統的得名來自于其具有防止包括帶負荷分合刀閘、誤入帶電隔離區間、誤分合斷路器、帶電掛接地線、帶地線合刀閘等五項電氣誤操作在內的功能。該系統為整個智能變電站系統的正常運轉提供了最基礎、最實用的保障。

1.2 智能化變電站對五防的要求

隨著電網智能化程度的不斷提高，相關系統中五防系統的一體化進程已成為必然趨勢，它通過利用變電站自動化系統的邏輯閉鎖軟件，對于減少設備重復配置、防止誤操作閉鎖起到了重要作用。為進一步實現智能變電站系統的安全性、可靠性、經濟性，從2009年開始，國家電網公司針對防誤操作等系統層的各項功能提出了高度集成一體化的要求，并提出了三種規范智能化變電站設計思路，在加強變電站的防誤操作閉鎖功能方面做出了更多、更詳細的規定。

1.3 智能化變電站中一體化五防的特點

智能化變電站中一體化五防系統是基于監控系統中的五防與監控系統的一體化集成而得到實現的，并成為了智能化變電站的顯著特點之一，而監控五防一體化系統在具體配置方面，具有以下特點：

傳統的變電站系統中，五防工作站是監控系統中的一個靈活的節點，其對于變電站系統的功能實現，是可以根據現場情況進行選擇的，即可以兼作操作員站，也可以成為獨立配置。而智能化變電站中一體化五防系統可以與監控系統無縫融合，通過監控功能中的全圖形化界面組件，使操作人員可以通過直觀的觀察及時發現誤操作問題，使用戶的操作體驗更好，以輕松的方式自如完成工作，從而大大減輕工作負擔。

另外，在新的智能化變電站系統五防系統中，通過監控的實時庫對五防數據進行讀取也非常方便。傳統的計算機對相關數據進行提取，需要采用通信方式在五防的中間環節進行相關工作，數據提取難度非常大，更不可能具備較高的提取效率。而現在的計算機技術已大大提高，現在對五防數據的提取，更重視五防系統的運行性能和可靠性，并兼顧了數據源采集的實時性和可靠性，使監控系統與五防主機能夠共享一套實時庫，使得數據提取不僅難度大大降低，而且使五防系統的操作票及防誤閉鎖功能的實現成為可能。

為減少傳統五防系統中對現場調試和維護方面投入的工作量，形成二次建模的麻煩局面，智能化變電站系統五防系統，已實現了圖形系統、數據庫、監控系統的完全統一，并通過使該系統實現了在UNIX，WindowS/Li刪x不同的操作系統中的使用，提升了智能化變電站五防系統的跨平臺靈活配置，使得該系統的優勢更為明顯。

綜上所述，智能化變電站五防系統通過與自動化技術的融合，實現了數據庫和圖形界面的共同使用，使得自動化系統具備了五防系統的所有功能，并能配置電腦五防鎖具等設備。

2 智能變電站中五防閉鎖功能模型的實現方式

五防閉鎖功能是智能變電站五防系統的重要功能體現，在相關模型的構建中，各項工作的開展都是圍繞著相關系統的五防閉鎖功能的實現而開展的，因此各個研制機構和技術人損對此進行了不斷探索，并研發出了幾種五防閉鎖功能的實現方式：

2.1 電氣防誤閉鎖

電氣防誤閉鎖回路，是通過聯接相關設備的輔助觸點而實現的，作為一種現場電氣聯鎖技術，其形式并不復雜，是一種最基本的電氣閉鎖形式，但在閉鎖效果方面的可靠性是其他方式和技術難以比擬的。但是，這種方式也存在一定的缺陷，即接入大量的二次電纜才能實現其電氣防誤閉鎖功能，接線方式過于復雜，使得后期工作中對線路的維護難度也加大了。另外，完整的“五防”功能，并不僅僅是防止開關、隔刀和地刀的誤操作，還需要對誤入帶電隔離等操作實現有效防止，在這一方面電氣防誤閉鎖回路還無法做到。

針對電氣防誤閉鎖回路存在的不足，技術人員對其進行了不斷的完善，使得該回路的閉鎖方法更為多樣、有效，提升了該回路在控制電氣防誤閉鎖方面的便捷性、可靠性。但是線路復雜，間隔多等問題還難以克服，因此需要通過消耗大量電纜，而由此也帶來了諸如在運行中存在刀閘輔助觸點不可靠、戶外電磁鎖機構易損壞等缺陷。

2.2 機械防誤閉鎖

將用于戶外的機械防誤閉鎖裝置應用于變電站內部，即在柜殼生產完成時將機械防誤閉鎖裝置安裝在其內部，可以通過最短的機械機構之間的有機聯系達到聯動操作的目的，使得相關操作部位的設置更為緊密，操作方式更為便捷，在長期的實際應用中，人們已發現了機械閉鎖結構簡單化的優勢，并不斷應這種方式進行推廣，未來必然會成為機械閉鎖結構發展的趨勢。

從可靠性方面出發，機械防誤閉鎖的每項功能實現，都是依靠機械機構進行傳動，使閉鎖裝置達到相關要求，即使沒有實現操作，正反向閉鎖都能成立。同時，該設備的優點較多，比如，能夠防塵、防污染，可以在相對惡劣的污染環境中安裝使用。但是，該裝置的缺點是，由于完全靠機械機構傳動，其中的聯動環節較多，而一旦某個環節出現問題，就會引發機構卡死故障，使得相關設置的可靠性降低。另外，這種方式的應用范圍也存在一定的局限性，即它只能在開關柜中有動作聯系，只有滿足用機械閉鎖的地方和戶外隔離開關與接地刀操作機構同處安裝的條年，該設備才具有機械防誤閉鎖的功能。

2.3 程序鎖

由于操作設備一般都存在操作控制距離限制問題，很多操作設備都無法應用于戶外配電裝置，因此導致了資源配置優化的過程并不順利。而五防系統中的程序鎖正是根據操作部位的先后順序，以鑰匙為傳遞媒介，對設備操作控制距離限制實現了重大突破，使得相關設備的應用范圍更廣，提高了其在戶外環境中的應用可能性，從而實現了將戶內間隔式配電裝置以及開關柜雙柜和開關柜與柜外配電設備間的閉鎖聯系起來的目的。

程序鎖的優勢與缺陷是并存關系，其在使用過程中必須從頭到尾一氣呵成，中間不能間斷，這使得程序鎖的可靠性得到了保障，但是如果沒有第一把鎖，就無法實現程序操作，這就使得程序鎖的作用無法得到發揮，使其功能無法體現出來。

2.4 傳統的微機五防系統

計算機及網絡通信技術在變電站自動化系統中的應用，使得計算機五防系統可以對高壓開關設備電氣誤操作進行防止干預。一般情況下，防誤閉鎖裝置閉鎖的設備包括開關、刀閘、地線（地線刀閘）、遮攔網門（開關柜門）等共四類。這些設備都處于系統軟件的控制中，使其應用符合軟件編寫的操作閉鎖規則，從而通過電編碼鎖和機械編碼鎖的實現體現出其閉鎖功能。

2.5 一體化的微機五防系統

一體化集成五防系統基于一體化管理思路，在相關設計中將變電站實時監控、故障信息系統子站、工程師站五防一體化、變電站日常管理工作全部集中在了一起，但這些子系統在邏輯方面是各自獨立的，只是共享數據庫和圖形界面，即滿足了相關數據信息的共享的同時，各個子系統之間有保持了相對的獨立，可以按照不同需求進行單獨配置，使得相關操作功能的實現更具靈活性。

3 五防在智能化變電站中的應用

根據國家針對智能變電站五防系統的制定的IEC61850標準，智能變電站通過有機結合智能化一次設備和網絡化二次設備，構建了包括過程層、間隔層、站控層等三層結構組成的智能化變電站系統，并以光纖通信網絡取代二次電纜，使得各個層級、設備之間的聯系更為緊密，并實現了數據信息的共享和互操作。

通過對智能化變電站結構的調整，使得其內部結構中過于復雜、影響變電站管理效率的復雜線路得以科學簡化，提高了自動化管理水平，并優化了維護環境，這是智能化變電站系統優于常規變電站的特征之一。同時，由于其中內部管理環境的優化，也使得相關系統的操作難度得到了降低，智能化的一鍵式操作在倒閘操作中的應用，是基于間隔層設備為主體的，在避免誤操作方面具有相當強的有效性。

4 間隔層五防對智能化變電站影響

基于GOOSE機制，智能變電站內部間隔層與過程層的設備之間、間隔層與間隔層的設備之間，相互的開關量采集和控制得以實現。在這個過程中，也引發了新的問題，如過程層智能終端下放、傳統的硬接點開入取消等。這些問題的出現，對于智能變電站系統五防系統提出了新的挑戰，如何克服系統調整帶來的對五防一體化的系統操作模式及防誤閉鎖功能體現的影響，已成為相關技術人員和操作人員共同面對的問題，需要不斷對系統進行改時和完善，以及改變傳統的操作習慣，盡快讓相關操作人員適應新的操作規范和流程，通過不斷提高操作技能的熟練程度使間隔層五防對智能化變電站正常運行的影響降到最低。

5 結語

隨著智能電網的普及，智能化變電站也越來越普遍，為保證智能變電站運行的穩定性、可靠性，針對電氣誤操作而專門設置的五防閉鎖功能的實現變得尤為重要。因此需要不斷加強對其功能模型標準化設計及實現努力，使一體化五防和網絡化五防在智能化變電站中的應用會越來越廣泛，促進智能化技術在智能變電站日常運行中的進一步應用和完善。

參考文獻：

[1]陳雷，張改玲.智能變電站微機五防閉鎖裝置優化方案研究[J].通訊世界，2016（04）：195-196.

[2]許翠娟，史曜兆，王鵬，王麗華，劉強.智能化變電站間隔間五防閉鎖的實現方式[J].電工技術，2014（10）：18-19+27.

[3]鄧榮輝.變電站在線式五防系統的研究與應用[D].華南理工大學，2013.

[4]樊陳，倪益民，竇仁暉，趙東坡.智能變電站五防閉鎖功能模型標準化設計及實現[J].電力系統自動化，2013，37（04）：80-84.

[5]姜圣菲.淺述綜合自動化五防子系統與基于Goose技術的五防閉鎖在變電站的應用[J].電氣應用，2012，31（21）：91-93，97.

[6]石洪仁.綜合自動化站的五防閉鎖系統設計與應用研究[D].華南理工大學，2012.