电力系统防误闭锁装置发展研究

汪进

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.131

摘 要：该文基于笔者在电力系统操作中碰到的问题，在阅读大量相关文献的基础上，总结分析了当前电力系统防误闭锁装置的发展情况和趋势，探讨了常规五防技术中存在的缺点，凝练了自己的观点，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：电力系统 防误闭锁 装置 五防

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）12（c）-0131-02

电力系统的电气设备误操作事件频繁发生，严重的往往会造成电网瓦解、设备损坏、人员伤亡等安全事故事件，严重地影响了电网、设备的安全运行和人身安全。为有效防止误操作事故事件的发生，1990年在整个行业提出了电气设备五防要求：（1）防止误入带电间隔；（2）防止误分、合开关；（3）防止带负荷误分、合刀闸；（4）防止带电挂接地线或合接地开关；（5）防止带地线或接地开关合开关或刀闸。同时要求高压带电设备必须安装防误闭锁装置，防误装置能防止运行人员和检修维护人员误入带电间隔和误操作电气设备，防误装置安装在部分一次设备、二次回路及其自动化控制系统上，对电气设备的运行位置状态进行提示，对操作步骤进行许可和闭锁，进而实现防误目的。

随着新技术、新工艺、新材料的广泛应用，防误装置从机械锁、程序锁、电气闭锁、电磁闭锁发展到今天广泛应用的微机型防误闭锁系统，即传统的微机防误闭锁、一体化防误闭锁和在线防误闭锁，极大地提高了防误闭锁系统的适用性及扩展性。随着微机防误闭锁系统的不断推广应用和相关技术的不断发展，集合不同闭锁装置的优缺点，目前电厂、变电站的防误闭锁设备的模式大多数都采用了微机闭锁装置、机械闭锁及电气闭锁相结合的方式，并逐步发展到一体化五防闭锁和在线式五防闭锁，各种五防技术都有一定的适用范围，在防止误操作功能上也有一定的局限性。

1 当前防误闭锁装置的发展情况和趋势

微机防误闭锁装置具有许多的优点，对比电气闭锁、机械程序锁等有很大的优势，但是，从电厂、变电站使用的情况来看，防误闭锁装置主要存在以下不足。

（1）早期较为简单的微机防误闭锁方式占主体，后期的一体化五防方式较少。五防装置形式多样，主要是微机防误闭锁装置，并辅以电气闭锁和机械联锁，影响维护工作。

（2）采用早期较为简单的微机防误闭锁方式，其主要不足之处是：微机五防和与监控完全分离，五防闭锁系统缺乏有效的实时数据，容易发生因通信不畅、或五防与监控对应的数据信息不一致不对应等原因造成的操作闭锁问题，增加了操作及维护的工作量，同时五防与监控独立的模式也造成变电站扩建时施工难度的加大。

（3）变电站已采用集控中心模式（即是设立一个有人监控的集控主站，管控周边一定数量的无人值班的 220、110 kV子站），但各子站的防误闭锁装置相互独立，各自为政，操作及监控均有诸多不便，增加了集控人员的工作量，影响管控水平。

（4）接地隔离开关和地线管理薄弱，地刀合地线的操作仅通过记录本进行记录，查阅不便，操作人员填写操作票时容易出错遗漏，从而造成漏分地刀或漏拆地线。经统计，在 500 kV某站实际运行中，带接地隔离开关、地线送电占误操作总数的39.4%。

（5）设备检修作业安全措施仍有漏洞，仍存在误操作的隐患，如检修设备的操作权限由运行人员掌握，存在一经模拟操作即可向检修设备误送电的可能性，强制约束的措施不足。

（6）电厂、变电站的端子箱、机构箱、保护屏的门一般是用通用锁具上锁的，采用的钥匙也往往是通用钥匙，有些门甚至能直接用螺丝刀、普通钥匙等工具开启，闭锁功能很差，难以杜绝作业人员随意扩大作业范围，难以杜绝误入间隔情况的发生。

（7）现有的传统微机防误装置技术较为落后。锁具故障率高，日常维护量大。安装在户外的锁具，容易发生锈蚀或卡涩，影响操作票的执行程度。电脑钥匙离线工作。存在“走空程”的隐患。“走空程”是指电脑钥匙打开编码锁，但未对设备进行操作就进行下一项操作，离线工作的电脑钥匙在解锁本步操作对象的编码锁后，不能及时获得该设备的操作状态，在无法判断该步操作是否完成的情况下，进入下一步操作项的解锁，将导致“走空程”。

（8）现在一部分电厂、变电站只实现了监控闭锁，在电脑监控系统中实现闭锁功能，其缺点是不能判断线路上是否挂了接地线，且现地操作没有闭锁功能。

随着计算机技术、电子技术、通信技术、信号处理技术等新技术的应用，电厂、变电站自动化经历从无到有、从初级阶段到高级阶段的发展，近几年，数字化电厂、变电站的出现使电厂、变电站自动化技术产生质的飞跃，为防误闭锁提供许多新思路、新手段，目前发展的两个趋势：一是实行监控闭锁一体化，形成一体化五防，解决五防与监控图形数据库不一致的问题，提高五防可靠性；二是通过分布式现场总线将五防机与现场锁具连接起来，由防误主机控制锁具的解锁和闭锁操作控制闭锁继电器的分、合状态，同时具备锁具闭锁状态及设备状态的实时采集功能，操作过程完全取消电脑钥匙，形成在线式独立五防系统。在线式独立五防系统主要由五部分组成，即五防机、分布式现场总线、控制器、五防闭锁节点及现场锁具，五防机从监控系统获取一次设备实时数据。因此具备了以下优点。

①实时防误闭锁系统。在线式独立五防系统的解闭锁操作由网络系统自动控制，五防机根据操作票中的操作序列，向网络中的设备发送解锁命令，实现对闭锁设备的自动解锁，无须多次往返主控室与一次现场。

②防“走空程”。在线式独立五防实时监视操作票的执行情况，只有当前项操作完成后，才解锁下一步操作，有效解决微机五防的“走空程”问题，降低作业风险。

③实时防误逻辑判断及实时闭锁功能。在操作票执行过程中，五防机采集通信信号数据，实时分析判断一次设备的闭锁逻辑和一次设备状态信息，一旦发现一次设备异常变位信息，如误动或跳闸，马上提供解决措施和方法，有效闭锁操作票执行。

④便捷的操作方式。在线独立五防方式下，现场操作按操作步骤排列自动允许或闭锁；省却电脑钥匙的步骤，解锁的整个过程快捷、简单，减少锁具的应用和维护。多任务并行操作时多组操作人员可不分前后顺序同时进行操作，提高工作效率，并能实时监控操作过程。

⑤多层次防误。构建站控层、间隔层、过程层由上而下的三级防误体系，其中站控层和间隔层均实现全站范围内的逻辑闭锁。

2 常规五防技术介绍

（1）微机防误闭锁是指采用计算机技术，在模拟屏或计算机上进行模拟操作，对模拟操作过程进行监控和提醒，对误操作步骤进行报警和闭锁，在模拟操作结束并步骤符合五防等要求后，将所有操作步骤传输写入五防电脑钥匙，强制运行人员或检修维护人员按正确步骤操作设备。微机防误装置构成一般包括：五防主机、模拟屏（或模拟操作用计算机）、电脑钥匙、编码锁具等元件组成，主要是防止运行人员或检修维护人员在电厂、变电站高压开关设备上发生误操作行为。（2）电气闭锁是指在设备控制回路串入辅助接点或感应设备有无电压等方式实现设备间的相互闭锁，如：加入刀闸、接地刀闸、开关的辅助接点，包括电气回路、电磁锁、带电显示装置等。（3）程序闭锁是指通过带有操作顺序锁具或限制普通锁具取匙顺序的方式闭锁设备，强制操作人员按固定步骤执行操作的闭锁设备。（4）机械联锁是指在互相有误操作影响的机械电气设备上安装的闭锁机械构件，只有达到相关条件，该构件才能解锁，允许另一设备进行操作，如带地刀的刀闸上一般就安装能相互卡阻闭锁的金属挡板。（5）一体化五防是指统一融合监控系统和五防系统的图形和数据库等信息，将传统单一的五防功能融入监控系统中，使监控系统同时兼具五防闭锁功能。（6）在线式五防是指通过分布式现场总线将五防机与现场锁具连接起来，由防误主机控制锁具的解锁和闭锁，控制闭锁继电器的分合。

3 技术观点

电厂、变电站电气设备防误闭锁技术是一个永恒的主题。随着现代计算机科学技术和通信网络的飞速发展，电厂、变电站的管理已逐步转变为“智能化”“无人化”。这些变化必然对微机防误闭锁系统提出越来越高的要求。该文通过分析对比电厂、变电站防误闭锁装置的一般要求和各种形式主要得出如下结论。（1）五防闭锁的一般要求为：①防止误拉（合）断路器；②防止带负荷拉（合）隔离开关；③防止合隔离开关（断路器）时带地线（接地刀闸）；④防止误入带电间隔，即为只有间隔不带电，才能进入；⑤防止带电挂地线，合接地刀闸。（2）电厂、变电站防误闭锁的主要形式分为常规防误闭锁方式和微机闭锁方式，机械闭锁、电气闭锁和电磁闭锁为主要代表的常规闭锁方式在过去的防误操作中起到至关重要的作用。（3）微机防误闭锁系统是通过计算机和网络通信等技术将断路器、隔离开关、接地刀闸、临时接地线、网口（柜口）等设备的电气闭锁条件、倒闸操作规则编辑成计算机程序，并通过现场防误锁具来实现防误闭锁功能的一种方法。是当今防误闭锁领域最为先进的技术。主要分为离线式微机防误闭锁系统、在线式微机防误闭锁系统和综合式微机防误闭锁系统。

参考文献

[1] 邱新辉.变电站在线式五防技术与应用[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2] 中国国家标准化管理委员会.电力安全工作规程[M].北京：中国电力出版社，2011.

[3] 宋继成.220～500 kV变电站二次接线设计[M].北京：中国电力出版社，2005.