微功耗无线网在线防误操作系统在那兰水电厂的应用

张秀平，单文坤

（云南大唐国际李仙江流域水电开发有限公司，云南 昆明 650011）

0 引言

那兰水电厂位于云南省红河州金平县境内藤条江下游河段，为藤条江干流的最后一个梯级电站。电站总装机容量3×5万kW，于2006年6月1日全部投入投入商业运营。为确保电厂人身安全，操作可靠，设备安全稳定，在那兰水电厂新增一套带有电气一次系统图模拟屏的“微功耗无线网在线微机五防闭锁”系统。

1 目前操作系统存在的问题及研究的意义

1.1 存在问题

目前微机防误闭锁系统普遍存在离线操作这一不足，即电脑钥匙在接收到操作指令后只能严格按照既定的顺序执行，操作过程中系统相关设备状态若发生变化（该变化有可能对正在执行的任务产生影响）钥匙是无法获知的，操作人员与主控室的信息交互脱节，给安全生产造成了隐患，这是离线系统的最大弱点；同时单一任务的所有步骤只能保存于同一把钥匙按顺序执行，对于复杂的操作任务（如旁路代供等）将延长操作等待时间，大大降低倒闸操作的效率。由于现场操作经常交叉遥控操作和现场就地操作，导致操作人员经常需要往复行走于现场设备与主控室之间，致使劳动强度增大，工作效率降低等。诸多不便，已对微机防误系统提出了新的要求。对遥控操作的设备缺乏有效的防误手段，对地线、网门等无法实时监控的设备不能可靠的防误，操作实时性不能保证，设备唯一操作权不能实现等，这些问题的存在，不能保证可靠的防止误操作的发生。

1.2 问题提出的依据及意义

1.2.1 问题提出的依据

目前，电力系统正在推行变电站、发电厂“无人值班”或“少人值班”的运行方式以及单人操作概念，在这种新的运行模式带来许多好处的同时，也对电力生产的安全运行产生新的要求。表现之一就是对操作实时跟踪、远方监护的微机防误要求。此外，国家电网公司在《防止电气误操作安全管理规定》中指出：

通过对受控站电气设备位置信号采集，实现防误装置主机与现场设备状态的一致性，主站远方遥控操作、就地操作实现“五防”强制闭锁功能。

中央计算机监控系统防误闭锁功能应实现对受控站电气设备位置信号的实时采集，实现防误装置主机与现场设备状态的一致性。当这些功能故障时应发出告警信息。

操作控制功能可按远方操作、站控层、间隔层、设备级的分层操作原则考虑。无论设备处在哪一层操作控制,设备的运行状态和选择切换开关的状态都应具备防误闭锁功能。

计算机监控系统应具有操作监护功能，以允许监护人员在操作员工作站上对操作实施监护。

1.2.2 研究的意义

通过微功耗无线网络搭建，采用较低的成本就能将原本离线式微机防误系统改造成在线防误综合操作系统，实现完备的防误功能为集控自动化改造建立坚实的单站自动化实时防误系统基础。解决现有离线五防系统的诸多问题，是一种投入最少，收益更多的解决方案。其合理性、实用性确定了本系统将会成为全面推广的新型防误综合操作系统。

系统从根本上解决了目前国内现有微机防误系统存在的技术难题和应用问题，引入了短距微功耗无线网络、遥控闭锁等创新概念及先进技术，可实现倒闸操作过程全程在线监控、支持在线解锁、无线操作，混合操作等多种操作模式，将是全新一代的完整的防误操作系统解决方案，将现有的微机防误技术提高到一个新的水平。系统将给我们带来以下独有特点，极大地满足了现代化变电站的使用要求：

实时监控，即时跟踪；

避免操作往复行走，提高工作效率；

就地遥控，提高操作安全性；

实时逻辑判断，拒绝防误盲区；

突破常规理念，挂锁即可防空程；

系统接地冷闭锁，确保系统稳定性，解锁状态仍防误，安全操作全程化。

2 研究项目及方法

2.1 研究项目

所需硬件设备：网络控制器、分布式控制器、遥控闭锁继电器、无线路由器、无线通讯电脑钥匙、软件系统：实时防误软件。

技术关键：

（1）引入了微功耗无线网络、移动操作终端等创新概念及先进技术。

（2）实时在线电脑钥匙，主系统与电脑钥匙实时信息交互。

（3）实现电动设备远动操作的强制性闭锁。

（4）有线网络与无线网络双网互备，功能相互不足，满足灵活多样的操作情况。

2.2 研究方法及相关技术

根据国家电网公司在《防止电气误操作安全管理规定》相关文件精神，结合操作人员的实际操作经验和科学流程，采用计算机信息化管理要求，分析当前微机防误系统存在的问题、解决问题的难点，设计出本系统的科学管理方法。

微功耗无线网络是由无线网络控制器、无线路由器、无线电脑钥匙构成的无线蜂窝局域网，其结构简单，性能可靠。电脑钥匙作为一个无线节点在网内漫游，实现操作终端与主控室之间的实时信息交互。无线网络应用于实时防误综合操作系统，实现了实时逻辑判断，防误主机与无线电脑钥匙、锁具随时数据交换，构筑了全方位防误网络。

微功耗：无线网络为微功耗环保网络，发射功率小于1 mW，是手机功耗的1/1 000，远远低于“无线电管理委员会”规定的超过100 mW要申报的规定，不会对变电站其他设备的正常运行和工作人员的健康产生不良影响。辐射骚扰检验数据：450 MHz～2 404 MHz 0.000 015 7 V/m～0.019 275 2 V/m。备注：500 kV变电所保护和控制设备抗扰度要求(GB/1 17626.3):80 Hz～1 000 MHz l0 V/m。

抗干扰：采用“直序扩频，相干解调”技术，无线网络抗干扰性能强。

安全性好：采用128位加密算法（AES-128）技术，无线网络安全性好。

可自愈无线网络：单个无线基站覆盖范围的最小半径在70 m以上，具备故障自愈功能，当网络中某节点出现通讯故障时，网络可自行排除该节点，通过其它节点重新建立连接，使网络不会因某个节点故障而瘫痪。

智能组网：网络具备智能动态组网的特点，架构选用星形或网状等拓扑结构，使用碰撞避免机制，使数据传输的可靠性适应工业控制现场的数据处理和传输的需要。

网络容量大：网络节点可扩展达6万余个，满足大容量需求。

网络控制器：网络控制器接收防误主机下达的操作信息，通过分布式控制器实现对遥控闭锁继电器在线闭锁锁具的操作控制，同时完成电气设备状态信息的采集和上传。具备无线、有线网络同时管理，资源分配功能。

分布式控制器：分布式控制器管理下辖的遥控闭锁继电器，可以实现遥控闭锁采集并控制其解/闭锁及自检。分布式控制器的供电系统由防误主机自动控制供给,当系统有操作任务或定期自检时才会对其加电，其余时间处于“冷接地”状态,增强了系统可靠性。

无线路由器：内嵌微功耗无线网络基站模块，建立蜂窝式短距无线网络。

无线通讯电脑钥匙：在具有双无技术的电脑钥匙基础上升级，增加微功耗无线网络通讯模块，使其具有实时在线通讯功能。

遥控闭锁继电器：可实现对遥控和就地操作单独闭锁或共同闭锁，与就地操作的电编码锁一体化设计，不必额外安装电编码锁，闭锁方式灵活多样。

无线网络的布网建设非常简单，并易于扩展。只需在合适的地点放置无线路由器并提供220 V电源，同时提供一条双绞总线连接主站即可。

3 研究成果

实时在线防误综合操作系统对以上硬件设备进行系统管理，以先进的“五层防线”为设计理念，五层防线的定义是：为防止电气误操作，在人和设备之间，用技术措施筑起的五层防线。这一新的理念是对传统五防概念的扩展和跨越，在涵盖传统五防概念的基础上，从设备操作过程全程防误的角度出发，采用不同的技术措施，从根本上杜绝电气误操作的发生。五层防线结构示意图如图1：

各层的具体定义为：

（1）权限管理层：该层进行权限定义，管理及分配系统中各用户的权限，保证只有具备系统定义的权限的人，才有对应的设备的使用权及操作过程的相应控制权。防止越权行为产生的误操作。权限管理不仅包括设备正常操作权限，还包括操作过程的各控制权，异常操作（如解锁操作等）权限的管理。

（2）唯一操作权层：对于任何设备，在任意时刻，应确保只有唯一的人员可以取得该设备操作权。该人员取得操作权后，任何其他人员，都不能操作该设备和相关的设备，只有该工作人员工作结束，释放操作权，或主动将该操作权转移，其他人员才有可能对该设备及相关设备进行操作。确保操作人员和被操作设备的安全。

图1 五层防线结构图

（3）模拟预演层：对经过批准的各类操作票，在执行操作前，通过模拟预演，使用五防闭锁逻辑规则库进行正确性确认，确保操作项符合电力系统的安全规定及运行要求。并且依据正确的判断结果生成操作解锁的步骤。

（4）实时逻辑层：根据现场的实时遥信，遥测值及闭锁元件的状态，通过闭锁逻辑判断、拓扑闭锁逻辑分析，操作过程状态跟踪分析等方法形成多项判据，实现操作过程实时解、闭锁，确保当前设备的操作过程满足安全规定及运行要求。通过实时逻辑层可有效地解决“空程序”问题，实现设备操作实时验电、锁具实时闭锁、多任务操作相互闭锁、锁具实时自检等功能。

（5）闭锁元件层：针对不同电气设备，不同操作方式（远方/就地、电动/手动），不同操作地点采用可靠的强制闭锁方式和锁具，实现强制闭锁。

4 结束语

微功耗无线网在线微机五防闭锁研究成果在运用过程中的效果：

（1）开发出一套全新概念、性价比高、实用性强的在线式综合防误操作系统。

（2）成功引进微功耗无线网络平台技术应用于电力系统，为将来微功耗无线技术的跨平台应用开创国内历史先河。

（3）引进遥控闭锁技术，使电动遥控操作加入强制闭锁范畴，提高五防实用范围，建立完备的防误操作系统。

[1]国家电网公司.防止电气误操作安全管理规定[S].

[2]云南大唐国际电力有限公司.那兰水电厂运行规程[Z].

[3]张小钢,孙保红.无线网络规划原理与实践[M].人民邮电出版社,2005.

[4]防止电力生产重大事故的要求与措施[Z].

[5]郭创新,朱传柏,丁焕玉,等.集控站自动化模式及综合防误操作系统研究[J].电力自动化设备，2001，（11）.

[6]袁大陆,杜彦明.电力系统的防误操作情况及防误操作装置的应用 [J].高压电器，2002，（5）.

[7]刘道万.一种新型防误闭锁系统在变电站的应用 [J].广东输电与变电技术，2004，（3）：46-48.