变电站主要“五防”技术的比较分析

韩成涛，刘 伟，经翠英(.国网山东省电力公司惠民县供电公司，山东 滨州 5700；.河北新兴铸管股份有限公司，河北 邯郸 056000；.上海海灵电力科技有限公司，上海 0000)



变电站主要“五防”技术的比较分析

韩成涛1，刘 伟2，经翠英3
(1.国网山东省电力公司惠民县供电公司，山东 滨州 251700；2.河北新兴铸管股份有限公司，河北 邯郸 056000；3.上海海灵电力科技有限公司，上海 200001)

〔摘 要〕阐述了变电站“五防”技术的起源以及我国变电站“五防”技术发展历程中各阶段的防误技术，分析比较了机械程序锁、微机防误、监控防误3种防误技术方案，最后指出计算机监控防误技术将成为变电站“五防”技术的发展趋势。

〔关键词〕变电站；机械程序锁；微机防误；监控防误；“五防”技术

0 引言

自从电力系统要求高压电气设备必须安装“五防”防误装置以来，我国电力行业先后采用了3种能够完整实现“五防”功能的防误装置，分别为高压开关设备用机械锁(简称机械程序锁)；微机型防止电气误操作系统(简称微机防误)；变电站监控系统防止电气误操作技术(简称监控防误)。随着我国电力工业的迅速发展，电力系统自动化操作程度逐步提高，对电力系统防误技术也提出了更新、更高的要求。因此，变电站“五防”技术也在经历一场革新。

1 “五防”技术发展历程

1.1 “五防”技术起源

法国、美国、英国等发达国家在19世纪末到20世纪初就发明了机械程序锁，又称机械联锁，用于变电站防止电气误操作。

(1) 1894年，法国成立了赛特福安全联锁公司(SERV TRAYVOU INTERVERROUILLAGE以下简称STI)。STI是法国著名的安全联锁产品制造商，其安全联锁产品可通过机械装置消除人为错误的可能性，使操作人员遵守规定的操作程序。

(2) 1917年，美国一位名叫柯克的工程师，也发明了机械联锁，采用程序钥匙，实现了按顺序开锁和操作。柯克钥匙联锁公司(Kirk Key)是安全联锁及其配套管理系统行业的领跑者和著名品牌。

(3) 1922年，英国的James Harry Castell创立了Castell安全国际有限公司，专业设计和制造世界上各式各样的工业安全联锁及设备，并提供各类工业安全解决方案，是工业安全联锁、钥匙联锁的领导者。

1.2 我国“五防”技术发展历程

由于机械闭锁方式简单可靠，易于实现，我国的防止电气误操作装置(系统)技术在20世纪70年代也采用了机械程序锁。但该方式实现跨间隔的闭锁比较繁琐，因此主要用于设备集中的间隔内。

由于90年代电子技术、通讯技术和计算机技术在电力领域的广泛应用，出现了微机防误闭锁，使得变电站的防误闭锁实现了跨越式发展。它综合了机械闭锁、机械程序闭锁、电气闭锁的优点，通过软件将现场操作顺序变为电脑中的“五防”闭锁规则库，实现了防误闭锁的数字化，并可以实现以往不能实现或者是很难实现的防误功能。

但随着智能电网的建设、智能变电站的运行，微机防误闭锁已无法适应变电站的发展，一种新型的防误技术——监控防误技术应运而生。它将一体化微机防误技术、在线式防误技术、数字化变电站通信技术有机结合在一起，完全满足了智能电网、智能变电站对防误技术的要求。监控防误技术综合了智能变电站监控系统和防误系统的双重功能。利用变电站监控系统已采集的开关、刀闸、网门、临时接地线等数字量信号，并以相关电压、电流等模拟量作为逻辑闭锁判据，使操作防误功能更加完善，提高了电力系统运行检修人员的工作效率，降低了劳动强度。

2 3种防误装置的技术方案

2.1 机械程序锁

机械程序锁是利用钥匙随操作程序传递或置换而达到先后开锁操作的目的。其最大的优点是钥匙传递不受距离限制，应用范围较广。机械程序锁在操作过程中符合操作票中限定开锁条件的操作顺序要求，与操作票中规定的行走路线完全一致，故容易为操作人员接受。其缺点是操作人员在正常操作时，要按照固定的操作顺序不断使用程序钥匙转换位置或置换钥匙，且钥匙数量繁多，增加了正常操作的时间。机械程序锁防误技术方案如图1所示。

2.2 微机防误

20世纪90年代初，微机技术进入了电力行业防误闭锁领域。微机防误闭锁装置是一种将计算机技术和通讯技术用于高压开关设备防止电气误操作的装置。该装置一般以微型计算机和通讯适配器为核心设备，在装置系统软件中预先绘制了发电厂、变电站电气一次系统接线模拟图，并设置了所有一次设备倒闸操作的闭锁逻辑，一次系统接线模拟图通过监控系统或电脑钥匙得到现场设备的实际状态。微机防误技术方案如图2所示。

图2　微机防误技术方案

当操作人员在微机防误模拟图上按操作票顺序进行模拟操作预演时，计算机就根据预先编写好的规则对每一项操作进行判断，将符合操作原则的正确模拟操作步骤按序记入数据库。对不符合操作原则的模拟操作发出报警，提示操作人员模拟错误，错误的模拟操作步骤不记入数据库。当整个操作预演结束后，通过通讯适配器的传输口将预演正确的操作内容传输到电脑钥匙中，操作人员根据电脑钥匙到现场解锁进行倒闸操作。

在实际操作时，操作人员按照操作票的顺序，对应电脑钥匙上显示的设备名称，将电脑钥匙插入相应的编码锁内，通过其探头检测操作的对象是否正确。若正确，则显示正确的提示信息，同时开放其闭锁回路或机构，这时就可以进行倒闸操作了。操作结束后，电脑钥匙将自动显示下一项操作内容，进行下一步操作。若错误，则不能进行开锁操作，同时电脑钥匙发出报警声以提醒操作人员，从而达到强制闭锁的目的。

2.3 监控防误

监控防误装置主要由防误锁具、测控装置、监控防误主机、通讯管理机及模拟操作系统、智能操作系统等组成。在防误方面，其采用“计算机监控系统的逻辑闭锁+本设备间隔电气闭锁”来实现防误操作功能。在监控方面，计算机监控系统具有全站性的逻辑闭锁功能，除判别本间隔内电气回路的闭锁条件外，还可对其他跨间隔的相关闭锁条件进行判别，电气闭锁只完成本间隔内的防误闭锁。

运行于监控防误主机的防误操作主控软件是整个系统的控制核心，监控防误主机中设有变电站全站的防误闭锁逻辑，具有模拟操作、智能开票等功能。以变电站一次主接线图为主要人机界面，变电站的一次设备通过图形在主机显示器上直观显示，并通过防误锁具对现场设备状态进行实时在线采集。监控和防误功能相辅相成，彻底摒弃了电脑钥匙，将防误系统和监控系统结合为统一整体，实时在线进行变电站的监控操作和防误操作。

3 “五防”技术发展趋势

随着科学技术的进步，变电站的监控功能逐步由计算机监控系统来实现，并逐步实现了无人值班。变电站的实际运行和防误操作发生了改变，需要新的防误技术以适应实际需要。

为了适应变电站的实际运行和防误操作要求，厂家对微机防误系统进行了改进，一种是在原微机防误系统的基础上增加与计算机监控系统的通讯功能，实现对电动设备（开关、电动刀闸）的防误操作。模拟预演由微机防误系统实现，实际操作控制由计算机监控系统完成。另一种是采用在线式微机防误系统，实现所有“五防”功能，但电力行业不允许防误系统对电动设备（开关、电动刀闸）进行直接操作控制。所以，在线式微机防误系统也只能增加与计算机监控系统的通讯功能，间接实现对电动设备（开关、电动刀闸）的防误操作。模拟预演由微机防误系统实现，实际操作控制由计算机监控系统完成。在线式微机防误技术方案如图3所示。

图3　在线式微机防误技术方案

以上改进措施只是在防误系统与监控系统之间增加了通讯环节，微机防误的电脑钥匙还需要人工操作。在线式微机防误系统采用的PLC等设备，在变电站现场使用时抗干扰性能差，不能保证正常通讯，致使防误设备故障频发，实际操作时间骤增。

为此，根据电力行业用户的要求，防误厂家纷纷研制新的防误技术与解决方案。而将微机防误系统和计算机监控系统合二为一，即计算机监控防误技术成为“五防”技术的发展趋势。计算机监控防误技术方案如图4所示。

从实际运行情况看，计算机监控防误技术不仅能够完全解决以上问题，适应变电站无人值班的运行模式，而且能满足变电站智能化发展的要求，实现程序化操作。在保障变电站安全运行的同时，节省了工作人员的操作时间，降低了工作人员的劳动强度，提高了变电站自动化程度。

图4　计算机监控防误技术方案

参考文献：

1 全国高压开关设备标准化技术委员会．JB/T8455—1996高压设备用机械锁通用技术条件[S]．北京：机械工业出版社，1997．

2 国家能源局．DL/T687—2010微机型防止电气误操作装置通用技术条件[S]．北京：中国电力出版社，2011．

3 国家能源局．DL/T1404—2015变电站监控系统防止电气误操作技术规范[S]．北京：中国电力出版社，2015．

4 国家能源局．NB/T25022—2014核电厂全厂电气设备机械联锁技术规范[S]．北京：中国电力出版社，2014．

5 段新辉，高新华．变电站在线式五防技术与应用[J]．北京：中国电力出版社，2010．

6 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．

韩成涛(1982-)，男，工程师，主要从事电力设备的运行和检修工作，email：Woyzbwoyzb@126．com。

刘 伟(1977-)，男，工程师，主要从事冶金行业电力系统高压电气设备的运行和管理工作。

经翠英(1968-)，女，工程师，主要从事高压电力设备的设计工作。

银行账户变更公告

尊敬的客户：

您好！感谢您一直以来对本刊的支持和厚爱。因发展需要，按集团公司统一要求，自2014-12-01起本刊原对外收支账户：工商银行苏州市新区支行(账号：1102021109000145924)已变更为工商银行深圳市分行营业部，其他信息不变，变更后的信息为：

账户名称：苏州热工研究院有限公司；开户行：工商银行深圳市分行营业部；账号：4000023019201443175；开户行地址：深圳市深南东路金融中心北座。

请您在与本刊进行资金往来结算时以新账户信息为准，由此给贵单位带来不便，敬请谅解！

《电力安全技术》编辑部

作者简介：

收稿日期：2015-10-26。