变电站五防系统的应用与发展

夏志兵 王磊

摘要：微机五防系统在现代变电站中普遍使用，五防系统的完善与否大大影响着变电站的安全运行。根据五防系统是否与变电站的自动化监控系统相结合，目前广泛使用的五防系统分为独立五防、一体化五防和在线式五防三种方案。主要分析了这三种方案各自的优缺点，认为一体化五防系统将逐步取代独立五防体系，并最终向在线五防体系发展。

关键词：变电站;微机五防;独立五防;一体化五防;在线式五防

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）32-0188-02

随着电力系统的不断发展，变电站运行管理方式也在不断更新，从开始的“无人值班”、“少人值班”到后来的“集控站”方式，一直发展到目前系统内正在推广的“调控一体化加运维操作站”的管理模式。新的运行模式带来提高劳动生产率、减人增效结果的同时，也对电力生产的安全运行提出新的要求。由于变电站的电气误操作可能造成大面积停电、设备损坏、人身伤亡，甚至引起电网振荡瓦解等严重后果。防止和控制电气误操作事故是电力行业反事故措施的一项重要内容，是保证电力系统稳定运行的重要条件，防止电气误操作一直是变电运行工作的重中之重，对于担负着多个变电站操作任务的运维站更不能忽视此项工作。

“五防”这一概念由此在行业内得以开展。五防系统是防止电气误操作最直接也是最有效的技术措施，管理好“五防”系统的使用，能对各种系统方式改变，按照规则进行判断、推理，以确保倒闸操作的正确无误，对防止误操作、误调度有重要作用，大大提高了调度自动化系统管理水平，保证了电网安全运行。

一、五防系统的概述

1.发展历程

电气设备“五防”的要求于1990年在我国电力系统中提出，并以法规形式行文规定了电气防误的管理、运行、设计和使用原则。按照规定，新建、扩建、改造的工程未安装防误装置，或者已安装但验收不合格的电气设备不能投入运行;项目管理单位在投运前必须要督促施工单位对防误闭锁系统做到“三同时”;防误装置的设计应遵循的原则是：凡有可能引起误操作的高压电气设备均应装设防误装置和相应的防误电气闭锁回路。从这个原则出发，提出了“五防”规定：防止误分、误合断路器;防止带负荷拉合隔离开关;防止带电（挂）合接地线（开关）：防止带接地线（开关）合断路器（隔离开关）;防止误入带电间隔。

随着科学技术的发展，五防的发展经历了机械闭锁、电磁闭锁、电气闭锁、机械程序锁和微机闭锁几个阶段。但由于技术上的原因和防止误操作设备可靠性不高，并未完全有效杜绝误操作的发生。随着计算机编码技术、通信技术及控制技术的快速发展，微机防误闭锁技术得到了长足的发展。而近年来，随着数字化变电站、智能变电站的投入使用，五防系统与变电站综合自动化相结合日益突出。[1]

2.独立五防、一体化五防以及在线式五防方案比较

目前新建和改造变电站时均采用微机五防系统，而微机五防系统依照是否与变电站后台监控系统相关联，分为独立五防和一体化五防两种方案。[3]

（1）独立五防系统。独立五防系统是指微机五防系统独立于变电站后台监控系统。在设置五防系统之初，五防生产厂商依据五防原则设置完整的全站电气设备闭锁功能，当远方操作时可以通过专用的微机五防系统来实现全站的五防功能，在现场操作时则由电脑钥匙和机械锁具实现闭锁功能，在受控设备的操作回路中串入间隔的闭锁回路，从而可靠地实现五防闭锁功能，由于此系统有着良好的可靠性、便捷性，成本相对低廉，目前成为东丽供电公司辖区内28所变电站的主流五防闭锁系统。

独立五防系统技术趋于成熟，且成本相对较低，目前广为运用，此外，它还有着如下优点：一是功能完整性。独立五防系统由主机、机械编码锁、电脑钥匙、模擬盘、电气编码锁等功能元件组成，是一个完整的五防系统，在编制系统软件时可以仅仅依靠闭锁逻辑和现场锁具来实现对全站电气设备的闭锁。二是安全性高。由于独立五防系统与变电站后台监控相对独立，五防系统不会受到后台机运行方式的干扰，独立完成五防闭锁功能，具有很好的安全性能。三是操作便捷。由于独立五防系统采用独立的主机，在功能上可以依据操作需要对多个不相关联的设备进行操作，从而大大提高工作效率。此外，运行人员可以依照变电站现场设备运行的实际情况来对待操作设备进行人工定位，五防系统仅完成对其逻辑上的判断，功能性明确简单，使用维护方便，操作简便。

独立五防系统有着以上诸多优点，然而随着变电站综自水平日益提高，独立五防也暴露不足之处：存在资源浪费，独立五防系统的数据库、画面等都不能与变电站后台自动化监控系统通用，每投运一所变电站就需要重新制作，大大增加了维护工作量和使用的复杂性，且独立五防和自动化系统有着各自的主机，存在资源浪费，增加成本。

（2）一体化五防系统。随着自动化水平的日益提高，新技术越来越多地应用于电力系统中，综合自动化系统在数字化变电站、智能变电站应用趋于普及，它将变电站的各种模拟量信息采集到自动化系统的中央处理器中，系统利用这些信息，通过防误逻辑判断编制程序，从而实现防误判断。将逻辑判断结果通过控制软件输出实现正常操作。一体化五防系统就是建立在独立五防系统基础上，取消独立五防，将五防系统嵌入监控系统当中，合二为一，实现高度的自动控制，从而实现提高资源使用效率和资源信息高度共享。

一体化五防克服了独立五防资源浪费的问题，将自动化后台监控与微机五防相结合，使二者实现资源的实时共享，且监控画面实现了统一，便于运行人员更加熟练地掌握和操作。

同样，一体化五防也有着其相对欠缺的地方：一是可靠性不够。由于监控系统与防误装置来自不同的厂商，目前没有统一的行业标准，在设计上各自为政，导致监控系统和防误闭锁装置不能很好地融合，致使部分功能缺少。且对于通信及时的要求也更加苛刻。二是运行维护困难。一体化五防系统是监控系统与五防系统的融合，不仅具有监控的功能，还得有遥控功能，此外还得具备防误功能，这些必然导致在一次系统图上界面趋于复杂，由此产生的设备调试、维护工作大大增加，且在产品升级换代时也会产生诸多不便，给运行维护带来不便。

（3）在线式五防系统。随着变电站技术逐渐向网络化、数字化以及一体化共享模式发展，结合数字化变电站的新理论、新技术，在线式五防系统实现了三点：一是防误闭锁软件与自动化系统具有统一的数据库，五防模块与自动化系统的其他应用模块一样从同一个实时库获得数据。二是防误闭锁软件与自动化系统具有统一的数据库组态，五防数据直接从自动化系统数据中挑选测点，编辑五防属性，如合分规则、操作术语等。三是防误闭锁软件与自动化系统具有统一的画面编辑，可以直接采用自动化系统的画面作为五防的画面。同时，它能很好地适应于当前系统内正在推广的“调控一体化加运维操作站”的管理模式，能较好地解决在地域上涉及几所变电站的倒闸操作情况。为同时在地域上分散的变电站之间的倒闸操作提供很好的安全屏障，实现站间闭锁功能。[2]

基于以上硬件基础，在线式五防系统具有以下几个优点：

（1）实时性。由于在线式五防模块与自动化系统的应用模块一样从同一个实时库获得数据，保证倒闸操作一次设备之间的实时对应关系，这一点对于目前系统内普遍实行的调控一体和运维一体化有着很重要的作用。众所周知，在目前广泛实行的运维一体化背景下，一个操作队所管辖的变电站可达十余座，通常会存在其中的几座变电站出线会作为其他几所变电站的电源进线，在这种情况下，电源出线故障或者检修必然会涉及到其下属变电站运行方式的变化，这时，在线式五防就能及时显示此时倒闸操作所涉及变电站的一次设备状态和运行方式，并能随各变电站实时自动更新，以保证运维站防误工作站与子站设备运行状态的一致性，从而能在变电站层面上更好地实现五防功能，这样在进行子站开票、模拟预演、五防闭锁逻辑判断上不仅仅只是有调控人员把握抉择，而多了一层五防系统判断，实现集控层、站控层、间隔层的多彩次防误闭锁，从而大大提高系统运行安全行。

（2）防误主站既可以监护子站的开票过程，也可以跟踪操作过程，一旦发现操作有误可以在主站端停止开票或终止操作。

（3）支持站间闭锁功能。由于在线式五防能够从主站端准确地检测到各子站的运行方式，从而主站能够实现子站间的逻辑条件闭锁，防止误操作的发生，可以防止站与站之间联络线上设备的闭锁，防止两个有逻辑闭锁的设备之间发生恶性误操作。

（4）多任务操作功能。可以在五防系统上同时进行多个操作任务，有多位运行人员进行不同的操作任务，并且能够实现设备的唯一操作权，设备在每次操作前，子站设备都必须向集控中心防误系统主站申请操作权。不同子站可以同时向主站申请到操作权，对本站进行模拟预演并操作，但当子站获得操作权后，主站系统则不能对相应的子站进行开票。同理，当主站获得某个子站的操作权后，相应的子站也不能再对本站进行开票，这样确保了操作权的唯一性，提高了集控系统操作的安全性。

目前，在线式五防系统负荷是目前运维站的运行管理模式，可以加大推广，但在线式五防系统的推广还需要在以下几方面加以改进提高：

（1）在线式五防对于通讯的依赖程度很大，不能及时反馈系统设备运行方式，在线式五防将不能正常工作，甚至还可能引发误操作。

（2）在线式五防系统的灵活运用需要运行人员具有相应的五防闭锁的相关知识，这就需要加大对人员的培训力度，提高运行人员的业务水平。五防系统能否在生产中起到应有的作用在很大程度上决定于运行值班人员运用的熟练程度，因此，对于人员的培训需要极大加强，加快对系统的熟悉程度，从而使系统能够最大程度发挥其功能。

（3）由于在线式五防系统涉及到不同的站端，因此，在进行变电站建设、改造过程都需要纳入在线式五防系统的逻辑判断，做好五防系统的相应变更，使改造完的五防系统与一次设备同时投运，从而有效提高变电站安全操作和运行管理水平。

二、结语

随着计算机及网络通信技术的发展，变电所自动化技术对电气五防系统要求进一步提高，传统电气防误闭锁方式已不能满足要求，而作为变电所自动化运用发展方向的在线式五防系统，在功能上还有待进一步完善和提高。从东丽电网目前的运行情况来看，为了安全可靠起见，在大力推广应用微机五防系统的同时，已经着手开展将五防系统融入到变电站自动化系统一体化建设中的试点工作，将五防体系作为变电站自动化系统的有机组成部分，这样整个变电站自动化系统的防误功能将更为强大和完善。正如变电站发展方向是数字化、智能化一样，笔者认为与之配套的五防系统也必然是一体化、实时在线的。

参考文献：

[1]贾烨，宋祉明，高晓敏，等.变电站五防系统存在的问题及改进措施[J].内蒙古电力技术，2012，30（3）：67.

[2]翟永成.变电站自动化系统的在线式五防技术及其实现[J].电工研究，2013，（1）：57.

[3]莫镇光.微机五防系统在变电站的应用[J].中國高新技术企业，2012，（26）：106-107.

（责任编辑：王祝萍）