微機五防系統的發展與探討

蔡 菁，紀 陵

（1.泰州職業技術學院電子信息與工程系，江蘇泰州 225300；2.國電南京自動化股份有限公司，江蘇南京 210003）

微機五防系統的發展與探討

蔡 菁1，紀 陵2

（1.泰州職業技術學院電子信息與工程系，江蘇泰州 225300；2.國電南京自動化股份有限公司，江蘇南京 210003）

隨著變電站自動化技術的不斷發展、運行管理模式不斷進步，防誤閉鎖技術也有了很大的發展。作為變電站主流的微機防誤閉鎖技術在變電站實際生產運行中存在著一些問題，隨著這些問題的不斷提出，微機五防的一些新模式和新技術被提出來，并在實際工程中有所應用。對微機五防三種模式的優缺點進行了總結和探討，希望能對國內微機五防系統的發展和實際系統五防模式的選型提供一些思路。

微機五防；獨立五防；一體化五防；在線式五防；智能化；發展

1 概述

1.1 五防的相關條例

電力系統歷來十分重視系統的安全，但每年總會發生因電氣誤操作而導致的事故，造成了許多不必要的損失。為了有效防止運行電氣設備的誤操作引發的人身和重大設備事故，我國早在1990年就提出了電氣設備“五防”的要求，并以法規的形式行文規定了電氣防誤的管理、運行、設計和使用原則。國電公司2000年發布的《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》第二章第2.5條明確規定：采用計算機系統時，遠方、就地操作均應具備防誤閉鎖功能[1]。2005年《廣東電網110kV-220kV變電站自動化系統技術規范》中明確要求變電站自動化系統應用一體化五防系統，將五防功能作為子系統嵌入到監控系統中，作為變電站綜合自動化系統功能之一。

1.2 五防系統的發展

隨著電力系統的發展，防誤閉鎖系統也在不斷更新換代。最早出現的閉鎖方式為機械閉鎖，隨后經歷了機械程序閉鎖、電磁鎖和電氣聯鎖幾個時期，發展到今天廣泛應用的是微機防誤閉鎖系統。早期的機械閉鎖只能用于機械一體化設備或成套開關柜中，經常會出現機械卡死的問題，而采用電磁鎖和電氣聯鎖二次回路接線較復雜，上述閉鎖都很難實現全站閉鎖。微機五防系統是計算機及網絡通信技術應用于變電站自動化的結果，該系統用于高壓開關設備防止電氣誤操作。通常主要由主機、電腦鑰匙、機械編碼鎖、電氣編碼鎖、模擬屏等功能元件組成。微機防誤閉鎖裝置的設備有四類：開關、刀閘、地線（接地刀閘）、遮網門（開關柜門），上述設備是通過微機鎖具（電編碼鎖和機械編碼鎖）實現閉鎖的，對上述設備須由軟件編寫操作閉鎖規則。

2 微機五防三種模式的探討

目前的微機五防主要有兩種運行模式，一種是獨立五防運行模式，一種是一體化五防運行模式。在綜合自動化變電站中普遍采用的是監控系統與五防系統分別獨立運行的模式。隨著變電站自動化技術逐漸完善，將五防系統與監控系統合并，實現一體化五防系統已被寫入規范，將五防功能作為子系統嵌入到監控系統中，作為變電站綜合自動化系統功能之一。但無論是獨立五防模式還是一體化五防模式，在實際五防系統中都還存在著諸如“走空程”、操作效率不高等問題。隨著計算機技術、通訊技術和微電子技術的發展，一種新型的五防模式——在線式五防被提出來，并在逐步推廣應用。

2.1 獨立五防模式

獨立五防是獨立于SCADA系統的微機五防，由后臺機、五防機、模擬屏、電腦鑰匙、機械編碼鎖、電氣編碼鎖等元件組成[2]。系統結構如圖1所示。

這種方式下站控層操作的五防功能和開票功能由獨立于后臺系統的五防機實現。在后臺系統的操作員站上做遙控操作時，首先將操作設備號和操作請求傳入五防機，在五防機中作出五防規則判斷，然后將判斷結果傳回后臺系統，最后后臺系統根據傳回的判斷結果發出遙控命令或中止遙控操作。

采用獨立五防模式的微機五防系統，在使用中存在以下問題：

（1）由于絕大多數獨立五防機都采用Windows系統，機器易出現故障，相比較運行Unix操作系統的監控后臺機而言，獨立五防機長期、穩定、可靠運行的性能相對較差。

（2）獨立五防機要通過與監控系統通訊才能獲得斷路器、隔離開關等設備的實時狀態信息。因而，五防閉鎖結果的準確性依賴于網絡的可靠性，一旦后臺系統與五防機之間的網絡通訊出了問題，站控層五防和操作票功能將陷于癱瘓。

（3）在諸如檢修調試等非正常運行模式下，進行五防邏輯判斷時，獨立五防機無法清楚地區分，造成部分操作無法用電腦鑰匙進行解鎖，只能強制解鎖，很容易因走錯間隔而發生誤操作，造成對于無票操作和檢修人員的操作不能進行防誤閉鎖。

（4）五防機只實現了掛鎖聯鎖，沒有實現真正的電氣聯鎖，還不能真正地達到“全站五防”的目的。大多數編碼鎖在戶外，風吹日曬雨淋，容易生銹，維護量大，而且一旦鎖具進水生銹，強制解鎖也很困難，會延誤操作時間。

（5）獨立五防存在走空程的問題。當操作人持電腦鑰匙進行就地操作時，由于電腦鑰匙只能起到識別設備的作用，而無法對操作是否完成進行強制檢查，可能出現識別后操作并未完成但操作人員卻可持電腦鑰匙進行下一項操作，即出現“走空程”的問題?！白呖粘獭钡拇嬖谠黾恿顺霈F誤操作的危險，須引起高度的重視。

（6）斷路器就地分合閘存在漏洞，編碼鎖串接于斷路器分合閘回路中，電腦鑰匙識別正確后接通回路，即可對斷路器進行分合操作。同樣，用簡單的導線即可插入鑰匙孔接通回路，對開關進行分合，從而不受防誤系統的約束[3]。

（7）在倒閘過程中，獨立五防不能實現實時監視全站設備位置，實時進行五防判斷閉鎖的功能，一旦有參與防誤判斷的設備異常變位發生，由于電腦鑰匙存儲的操作票是根據設備變位前的狀態開出的，若此時不中止操作過程會引起誤操作。

（8）在有多操作任務需要執行時，由于電腦鑰匙解鎖方式的局限性，不能實現多個任務同步執行。

（9）由于監控后臺和微機五防系統不是同一個廠家生產的產品，設備更新的綜合自動化改造和微機五防閉鎖通信往往不能同步進行，造成個別間隔失去五防閉鎖把關。

2.2 一體化五防模式

一體化五防系統由后臺機、電腦鑰匙、機械編碼鎖、電氣編碼鎖等功能元件組成。系統結構如圖2所示。

一體化五防子系統將五防軟件嵌入進SCADA系統，硬件上減少了五防機，節約了成本，而且操作人員只要在監控系統的一臺操作員工作站上即可完成開票、五防、監控功能，大大方便了操作。因此，將五防子系統整合進后臺監控系統是站控層五防發展的方向。

和獨立五防相比一體化五防有如下優點：

（1）在一體化五防系統應用中，以往在獨立五防中經常出現的五防系統與監控系統通訊的故障已不再出現，且整個一體化系統具有操作簡單，響應速度快等優點。

（2）一體化五防系統日常維護主要有系統軟件和現場電腦鑰匙及鎖具的維護，五防系統與監控系統一體化后，由于兩個系統均使用同一數據庫、同一圖形界面，五防系統數據維護工作量大大減少而變得簡單。此外，五防系統作為監控系統的子系統，數據維護和鎖具維護得到了專業班組的專門維護，改變了以往五防系統分工不明確的局面，五防系統的運行可靠性也得到了進一步提高[4]。

（3）目前獨立五防還基本不具備跨平臺和混合平臺的產品，而跨平臺/混合平臺的監控系統產品已逐步在廠站監控系統中大量應用，因此集成在監控系統之上的一體化五防系統自然也就具備了完善的跨平臺/混合平臺的能力，從而大大增強了五防系統的可靠性和完全防護等級。

（4）一體化五防系統能充分結合后臺監控系統檢修、掛牌等應用功能，將這些應用和五防功能融合在一起，從而使廠站系統的檢修維護等日常工作納入到防誤閉鎖系統內，使整個系統生產、維護、運行更加安全可靠。

（5）一體化五防嵌入到監控系統平臺中能夠充分利用監控系統平臺多機進程容錯的功能，在監控系統的任何一臺機器上面都能實現五防和操作票的功能，大大提高了整個五防系統的容錯能力，保證了不因一臺機器出現故障而使整個五防系統都陷入癱瘓，大大提高了整個系統運行的可靠性。

當然，對于完全實現開關、刀閘遠方操作的廠站，部分操作仍需要電腦鑰匙或機械鎖就地進行解鎖操作，獨立五防存在的“走空程”問題，鎖具的損壞及日常維護，事故緊急處理的速度，倒閘過程中因設備發生變位而引發的誤操作以及電腦鑰匙解鎖的局限性等在獨立五防中存在的問題在一體化五防也依然存在。另外，如網門、接地線、驗電、保險等部分信號仍無法采集，仍需要通過電腦鑰匙進行回傳，影響了一體化五防邏輯判斷的實時性、快速性和準確性。

盡管一體化五防還存在著一些問題，但相比較獨立五防，一體化五防仍有很多優點，它代表了廠站自動化五防系統發展的方向。

2.3 在線式五防模式

目前微機五防在各個場合中都得到了廣泛的應用，對各個等級變電站的防誤操作起到了十分重重的作用，但目前無論是采用獨立五防還是采用一體化五防在實際應用中都還存在著一些問題。為了解決這些問題，進一步提高廠站監控五防系統的自動化程度，提高日常操作的安全性和效率，防誤系統應充分利用計算機、通訊和微電子等領域的新技術，開發出一種新的防誤閉鎖控制模式，以解決存在的問題并適應新的發展需求。正是在這種情況下，一種新的微機遠程控制的防誤閉鎖系統，即在線式微機五防逐漸進入了實際應用領域。

在線式防誤閉鎖系統充分發揮了計算機的通訊和控制功能以及微控制器的邏輯判斷功能，將微機和現場防誤閉鎖鎖具連成網絡綜合防誤系統，通過網絡采集現場設備的狀態和執行解鎖命令，將操作人員從繁雜的閉鎖裝置操作中解脫出來，從而高效準確地完成日常操作。在線式防誤操作閉鎖系統綜合了現有防誤系統的優點，并在一體化五防進一步發展的基礎上提出來。

在線式五防由監控系統主機、網絡控制器、工業現場局域網、間隔控制節點和各種間隔內的防誤鎖具構成在線式綜合測控系統。監控系統主機和現場間隔控制節點構成了一個分布式的防誤閉鎖網絡，現場的每個節點既能通過通訊將現場電磁鎖及開關設備的狀態信息實時傳送給監控主機，供監控主機遠方操縱時的實時邏輯閉鎖判斷，同時就地各節點也能通過與主機之間的通信，自動實時接收主機發過來的接閉鎖命令，從而實現了就地操作的全站實時防誤閉鎖。由于每一個節點都是一個微控制器，各節點間也能實現數據采集、信息交互、邏輯判斷和閉鎖控制，從而保證了在監控主機故障時在就地操作仍能實現五防閉鎖，保證了操作的正確與可靠性。另外，整個在線式五防系統既自成體系又是一個開發的系統，可與變電站綜合自動化系統第三方設備連接，實現信息共享，還可利用站際光纖通道，實現集控主站與子站的通訊，便于工作人員在主站監視多個子站的倒閘操作過程和設備狀態的變化，構成集控化管理的變電站倒閘防誤操作模式。

在線式五防系統采用了先進的通訊技術、傳感技術和計算機技術，具有以往的防誤系統所沒有的特點：

（1）在線式防誤閉鎖系統最大程度地縮減了人為干預的因素，接閉鎖操作完全由網絡系統自動控制，大大提高了操作的安全可靠性和自動化程度。

（2）防誤裝置具有自診斷功能，防誤主機能實時監視所有防誤裝置的工作狀態，能及時發現和報告裝置異常信息，盡早發現系統運行的異常情況，確保了系統可靠運行。

（3）在線式五防能夠在線獲得包括地線、網門在內的廠站各設備狀態的實時變位信息，為防誤系統邏輯判斷提供可靠的實時數據，有效地防止了“走空程”的發生。

（4）操作時間短，有利于倒閘操作及一些事故緊急處理的快速完成。解鎖命令的執行通過網絡和微控制器實現，命令的執行時間可達毫秒級，大大優于采用電腦鑰匙的人工操作閉鎖。并且可以同時執行多個操作任務，縮短了操作時間，提高了工作效率[5]。

當然，在線式五防模式在建立分布式控制系統的線纜敷設、采集設備節點位置、鎖具節點狀態、遠程控制設備的供電和鎖具的可靠性等方面仍存在一些問題需要進一步的解決和進步。隨著數字化變電站技術的不斷發展，微機五防應能更好地借鑒和利用數字化變電站的先進技術解決現有存在的部分問題，并朝著智能化五防的方向發展。

3 結語

防誤操作閉鎖功能是廠站自動化電氣操作中十分重要的功能，對保證安全生產和人員的生命安全有著舉足輕重的作用。伴隨著監控系統五防子系統專業化的不斷改進和完善，微機五防系統正經歷著由獨立五防模式向一體化五防模式推廣的過程。隨著防誤操作的要求越來越高，系統運行自動化水平和可靠性要求越來越高，結合了獨立五防和一體化五防優點的在線式五防會逐步成為廠站監控五防系統發展的方向。

[1]顧擁軍,皮衛華,楊承勝,等.變電站防誤閉鎖應用分析[J].繼電器,2005,33(2):66-67.

[2]邵宇.五防一體化系統及其在廠站中的應用[J].江西電力, 2008,32(4):15-17,21.

[3]孔召賢.綜合自動化變電站微機五防系統應注意的問題[J].電氣應用,2007,26(10):46-47.

[4]伍商星.變電站一體化五防系統應用分析[J].電工技術, 2008,(6):9-10.

[5]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.

Computerized Five-prevention System Developmentand Discussion

CAIJing1，JILing2
(1.TaizhouPolytechnicCollege,TaizhouJiangsu225300,China;2.GuodianNanjingAutomationCo,Ltd., NanjingJiangsu210003,China)

With the continuous development of substation automation technology and operation management advances in anti-locking technology is greatly development.As a substation operation Lockingmainstream computer technology in substation actual production there are also some problems.With these issues been raised againstsome new models and technologies of the computerized five-prevention arementioned and in the practicalengineering applied.Threemodels of the computerized five-prevention are summarized and discussed the advantages and disadvantages.Hoping against Computerized five-prevention system developmentand system selection of themode of five-prevention to provide some ideas.

computerized five-prevention;independent five-prevention;integration of five-prevention;on-line five-prevention;intelligentized;develop

TM76

B

1671-0142（2011）03-0098-04

蔡菁（1982-），女，江蘇泰州人，碩士，工程師。

（責任編輯 李冠楠）