微机五防系统的发展与探讨

蔡 菁，纪 陵

（1.泰州职业技术学院电子信息与工程系，江苏泰州 225300；2.国电南京自动化股份有限公司，江苏南京 210003）

微机五防系统的发展与探讨

蔡 菁1，纪 陵2

（1.泰州职业技术学院电子信息与工程系，江苏泰州 225300；2.国电南京自动化股份有限公司，江苏南京 210003）

随着变电站自动化技术的不断发展、运行管理模式不断进步，防误闭锁技术也有了很大的发展。作为变电站主流的微机防误闭锁技术在变电站实际生产运行中存在着一些问题，随着这些问题的不断提出，微机五防的一些新模式和新技术被提出来，并在实际工程中有所应用。对微机五防三种模式的优缺点进行了总结和探讨，希望能对国内微机五防系统的发展和实际系统五防模式的选型提供一些思路。

微机五防；独立五防；一体化五防；在线式五防；智能化；发展

1 概述

1.1 五防的相关条例

电力系统历来十分重视系统的安全，但每年总会发生因电气误操作而导致的事故，造成了许多不必要的损失。为了有效防止运行电气设备的误操作引发的人身和重大设备事故，我国早在1990年就提出了电气设备“五防”的要求，并以法规的形式行文规定了电气防误的管理、运行、设计和使用原则。国电公司2000年发布的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》第二章第2.5条明确规定：采用计算机系统时，远方、就地操作均应具备防误闭锁功能[1]。2005年《广东电网110kV-220kV变电站自动化系统技术规范》中明确要求变电站自动化系统应用一体化五防系统，将五防功能作为子系统嵌入到监控系统中，作为变电站综合自动化系统功能之一。

1.2 五防系统的发展

随着电力系统的发展，防误闭锁系统也在不断更新换代。最早出现的闭锁方式为机械闭锁，随后经历了机械程序闭锁、电磁锁和电气联锁几个时期，发展到今天广泛应用的是微机防误闭锁系统。早期的机械闭锁只能用于机械一体化设备或成套开关柜中，经常会出现机械卡死的问题，而采用电磁锁和电气联锁二次回路接线较复杂，上述闭锁都很难实现全站闭锁。微机五防系统是计算机及网络通信技术应用于变电站自动化的结果，该系统用于高压开关设备防止电气误操作。通常主要由主机、电脑钥匙、机械编码锁、电气编码锁、模拟屏等功能元件组成。微机防误闭锁装置的设备有四类：开关、刀闸、地线（接地刀闸）、遮网门（开关柜门），上述设备是通过微机锁具（电编码锁和机械编码锁）实现闭锁的，对上述设备须由软件编写操作闭锁规则。

2 微机五防三种模式的探讨

目前的微机五防主要有两种运行模式，一种是独立五防运行模式，一种是一体化五防运行模式。在综合自动化变电站中普遍采用的是监控系统与五防系统分别独立运行的模式。随着变电站自动化技术逐渐完善，将五防系统与监控系统合并，实现一体化五防系统已被写入规范，将五防功能作为子系统嵌入到监控系统中，作为变电站综合自动化系统功能之一。但无论是独立五防模式还是一体化五防模式，在实际五防系统中都还存在着诸如“走空程”、操作效率不高等问题。随着计算机技术、通讯技术和微电子技术的发展，一种新型的五防模式——在线式五防被提出来，并在逐步推广应用。

2.1 独立五防模式

独立五防是独立于SCADA系统的微机五防，由后台机、五防机、模拟屏、电脑钥匙、机械编码锁、电气编码锁等元件组成[2]。系统结构如图1所示。

这种方式下站控层操作的五防功能和开票功能由独立于后台系统的五防机实现。在后台系统的操作员站上做遥控操作时，首先将操作设备号和操作请求传入五防机，在五防机中作出五防规则判断，然后将判断结果传回后台系统，最后后台系统根据传回的判断结果发出遥控命令或中止遥控操作。

采用独立五防模式的微机五防系统，在使用中存在以下问题：

（1）由于绝大多数独立五防机都采用Windows系统，机器易出现故障，相比较运行Unix操作系统的监控后台机而言，独立五防机长期、稳定、可靠运行的性能相对较差。

（2）独立五防机要通过与监控系统通讯才能获得断路器、隔离开关等设备的实时状态信息。因而，五防闭锁结果的准确性依赖于网络的可靠性，一旦后台系统与五防机之间的网络通讯出了问题，站控层五防和操作票功能将陷于瘫痪。

（3）在诸如检修调试等非正常运行模式下，进行五防逻辑判断时，独立五防机无法清楚地区分，造成部分操作无法用电脑钥匙进行解锁，只能强制解锁，很容易因走错间隔而发生误操作，造成对于无票操作和检修人员的操作不能进行防误闭锁。

（4）五防机只实现了挂锁联锁，没有实现真正的电气联锁，还不能真正地达到“全站五防”的目的。大多数编码锁在户外，风吹日晒雨淋，容易生锈，维护量大，而且一旦锁具进水生锈，强制解锁也很困难，会延误操作时间。

（5）独立五防存在走空程的问题。当操作人持电脑钥匙进行就地操作时，由于电脑钥匙只能起到识别设备的作用，而无法对操作是否完成进行强制检查，可能出现识别后操作并未完成但操作人员却可持电脑钥匙进行下一项操作，即出现“走空程”的问题。“走空程”的存在增加了出现误操作的危险，须引起高度的重视。

（6）断路器就地分合闸存在漏洞，编码锁串接于断路器分合闸回路中，电脑钥匙识别正确后接通回路，即可对断路器进行分合操作。同样，用简单的导线即可插入钥匙孔接通回路，对开关进行分合，从而不受防误系统的约束[3]。

（7）在倒闸过程中，独立五防不能实现实时监视全站设备位置，实时进行五防判断闭锁的功能，一旦有参与防误判断的设备异常变位发生，由于电脑钥匙存储的操作票是根据设备变位前的状态开出的，若此时不中止操作过程会引起误操作。

（8）在有多操作任务需要执行时，由于电脑钥匙解锁方式的局限性，不能实现多个任务同步执行。

（9）由于监控后台和微机五防系统不是同一个厂家生产的产品，设备更新的综合自动化改造和微机五防闭锁通信往往不能同步进行，造成个别间隔失去五防闭锁把关。

2.2 一体化五防模式

一体化五防系统由后台机、电脑钥匙、机械编码锁、电气编码锁等功能元件组成。系统结构如图2所示。

一体化五防子系统将五防软件嵌入进SCADA系统，硬件上减少了五防机，节约了成本，而且操作人员只要在监控系统的一台操作员工作站上即可完成开票、五防、监控功能，大大方便了操作。因此，将五防子系统整合进后台监控系统是站控层五防发展的方向。

和独立五防相比一体化五防有如下优点：

（1）在一体化五防系统应用中，以往在独立五防中经常出现的五防系统与监控系统通讯的故障已不再出现，且整个一体化系统具有操作简单，响应速度快等优点。

（2）一体化五防系统日常维护主要有系统软件和现场电脑钥匙及锁具的维护，五防系统与监控系统一体化后，由于两个系统均使用同一数据库、同一图形界面，五防系统数据维护工作量大大减少而变得简单。此外，五防系统作为监控系统的子系统，数据维护和锁具维护得到了专业班组的专门维护，改变了以往五防系统分工不明确的局面，五防系统的运行可靠性也得到了进一步提高[4]。

（3）目前独立五防还基本不具备跨平台和混合平台的产品，而跨平台/混合平台的监控系统产品已逐步在厂站监控系统中大量应用，因此集成在监控系统之上的一体化五防系统自然也就具备了完善的跨平台/混合平台的能力，从而大大增强了五防系统的可靠性和完全防护等级。

（4）一体化五防系统能充分结合后台监控系统检修、挂牌等应用功能，将这些应用和五防功能融合在一起，从而使厂站系统的检修维护等日常工作纳入到防误闭锁系统内，使整个系统生产、维护、运行更加安全可靠。

（5）一体化五防嵌入到监控系统平台中能够充分利用监控系统平台多机进程容错的功能，在监控系统的任何一台机器上面都能实现五防和操作票的功能，大大提高了整个五防系统的容错能力，保证了不因一台机器出现故障而使整个五防系统都陷入瘫痪，大大提高了整个系统运行的可靠性。

当然，对于完全实现开关、刀闸远方操作的厂站，部分操作仍需要电脑钥匙或机械锁就地进行解锁操作，独立五防存在的“走空程”问题，锁具的损坏及日常维护，事故紧急处理的速度，倒闸过程中因设备发生变位而引发的误操作以及电脑钥匙解锁的局限性等在独立五防中存在的问题在一体化五防也依然存在。另外，如网门、接地线、验电、保险等部分信号仍无法采集，仍需要通过电脑钥匙进行回传，影响了一体化五防逻辑判断的实时性、快速性和准确性。

尽管一体化五防还存在着一些问题，但相比较独立五防，一体化五防仍有很多优点，它代表了厂站自动化五防系统发展的方向。

2.3 在线式五防模式

目前微机五防在各个场合中都得到了广泛的应用，对各个等级变电站的防误操作起到了十分重重的作用，但目前无论是采用独立五防还是采用一体化五防在实际应用中都还存在着一些问题。为了解决这些问题，进一步提高厂站监控五防系统的自动化程度，提高日常操作的安全性和效率，防误系统应充分利用计算机、通讯和微电子等领域的新技术，开发出一种新的防误闭锁控制模式，以解决存在的问题并适应新的发展需求。正是在这种情况下，一种新的微机远程控制的防误闭锁系统，即在线式微机五防逐渐进入了实际应用领域。

在线式防误闭锁系统充分发挥了计算机的通讯和控制功能以及微控制器的逻辑判断功能，将微机和现场防误闭锁锁具连成网络综合防误系统，通过网络采集现场设备的状态和执行解锁命令，将操作人员从繁杂的闭锁装置操作中解脱出来，从而高效准确地完成日常操作。在线式防误操作闭锁系统综合了现有防误系统的优点，并在一体化五防进一步发展的基础上提出来。

在线式五防由监控系统主机、网络控制器、工业现场局域网、间隔控制节点和各种间隔内的防误锁具构成在线式综合测控系统。监控系统主机和现场间隔控制节点构成了一个分布式的防误闭锁网络，现场的每个节点既能通过通讯将现场电磁锁及开关设备的状态信息实时传送给监控主机，供监控主机远方操纵时的实时逻辑闭锁判断，同时就地各节点也能通过与主机之间的通信，自动实时接收主机发过来的接闭锁命令，从而实现了就地操作的全站实时防误闭锁。由于每一个节点都是一个微控制器，各节点间也能实现数据采集、信息交互、逻辑判断和闭锁控制，从而保证了在监控主机故障时在就地操作仍能实现五防闭锁，保证了操作的正确与可靠性。另外，整个在线式五防系统既自成体系又是一个开发的系统，可与变电站综合自动化系统第三方设备连接，实现信息共享，还可利用站际光纤通道，实现集控主站与子站的通讯，便于工作人员在主站监视多个子站的倒闸操作过程和设备状态的变化，构成集控化管理的变电站倒闸防误操作模式。

在线式五防系统采用了先进的通讯技术、传感技术和计算机技术，具有以往的防误系统所没有的特点：

（1）在线式防误闭锁系统最大程度地缩减了人为干预的因素，接闭锁操作完全由网络系统自动控制，大大提高了操作的安全可靠性和自动化程度。

（2）防误装置具有自诊断功能，防误主机能实时监视所有防误装置的工作状态，能及时发现和报告装置异常信息，尽早发现系统运行的异常情况，确保了系统可靠运行。

（3）在线式五防能够在线获得包括地线、网门在内的厂站各设备状态的实时变位信息，为防误系统逻辑判断提供可靠的实时数据，有效地防止了“走空程”的发生。

（4）操作时间短，有利于倒闸操作及一些事故紧急处理的快速完成。解锁命令的执行通过网络和微控制器实现，命令的执行时间可达毫秒级，大大优于采用电脑钥匙的人工操作闭锁。并且可以同时执行多个操作任务，缩短了操作时间，提高了工作效率[5]。

当然，在线式五防模式在建立分布式控制系统的线缆敷设、采集设备节点位置、锁具节点状态、远程控制设备的供电和锁具的可靠性等方面仍存在一些问题需要进一步的解决和进步。随着数字化变电站技术的不断发展，微机五防应能更好地借鉴和利用数字化变电站的先进技术解决现有存在的部分问题，并朝着智能化五防的方向发展。

3 结语

防误操作闭锁功能是厂站自动化电气操作中十分重要的功能，对保证安全生产和人员的生命安全有着举足轻重的作用。伴随着监控系统五防子系统专业化的不断改进和完善，微机五防系统正经历着由独立五防模式向一体化五防模式推广的过程。随着防误操作的要求越来越高，系统运行自动化水平和可靠性要求越来越高，结合了独立五防和一体化五防优点的在线式五防会逐步成为厂站监控五防系统发展的方向。

[1]顾拥军,皮卫华,杨承胜,等.变电站防误闭锁应用分析[J].继电器,2005,33(2):66-67.

[2]邵宇.五防一体化系统及其在厂站中的应用[J].江西电力, 2008,32(4):15-17,21.

[3]孔召贤.综合自动化变电站微机五防系统应注意的问题[J].电气应用,2007,26(10):46-47.

[4]伍商星.变电站一体化五防系统应用分析[J].电工技术, 2008,(6):9-10.

[5]吴二宅.在线式防误闭锁系统的研究[D].保定:华北电力大学,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，江苏泰州人，硕士，工程师。

（责任编辑 李冠楠）