变电站计算机监控防误操作系统的应用

毛耀红，刘志洋，赵春山（.南京胜太迪玛斯电力系统有限公司，江苏 南京 004；.国网山东省电力公司烟台供电公司，山东 烟台 6400；.国网山东省电力公司招远供电公司，山东 招远 65400）

变电站计算机监控防误操作系统的应用

毛耀红1，刘志洋2，赵春山3
（1.南京胜太迪玛斯电力系统有限公司，江苏 南京 210042；2.国网山东省电力公司烟台供电公司，山东 烟台 264001；3.国网山东省电力公司招远供电公司，山东 招远 265400）

随着智能电网和电力系统自动化的不断发展，其对变电站防止电气误操作的要求也越来越高。在对防误闭锁技术现状分析的基础上，阐述了计算机监控防误操作系统的原理和技术方案，指出计算机监控防误操作技术适合智能电网和智能变电站的发展需要，将逐步成为变电站防误操作系统的发展方向。

智能变电站；计算机监控防误操作系统；站控层；过程层；I/O测控模块

0 引言

近年来，随着通信、电子信息技术的发展和在电力系统中的应用，变电站设备自动化水平不断提高。与早期的变电站相比，现在的变电站设备与设备、一次与二次、远方与就地之间，不再是独立的电缆连接，而是变电站站控层、间隔层、过程层全部通过基于以太网的无缝连接通信。现有的防误闭锁技术已经出现不能满足变电站防误要求的趋势。而由于智能变电站计算机监控系统防误操作技术能够很好地满足不断发展的变电站综合自动化的要求，稳定、可靠地实现“五防”功能，从而在防止电气误操作上发挥越来越大的作用，逐步成为“五防”的发展趋势。

1 防误闭锁装置现状

目前，国内防误闭锁装置主要有微机闭锁、机械程序锁（闭锁、联锁）、电气闭锁以及监控防误闭锁。这几种装置各有特点，在各等级的变电所内的配置情况也大相径庭。以江苏为例，2006年之前，110 kV和35 kV变电所防误装置种类较多，大都采用电磁锁或机械程序锁；220 kV及以上等级变电站多为微机闭锁，2006年以后的新站都逐步采用“计算机监控系统的逻辑闭锁”与“电气闭锁”相结合的防误模式。目前，微机防误仍然是防误系统的主流，而计算机监控防误系统也正逐步普及。各类防误闭锁装置性能比较如下。

（1） 微机防误适合各电压等级变电站，占有率居首位。

微机防误优点：

① 闭锁功能完善，防误程序实现容易；

② 自动化程度较高；

③ 安装调试方便（必须由厂家完成）；

④ 维护方便（必须由厂家完成）。

微机防误缺点：

① 电脑钥匙抗干扰能力较低，容易出现逻辑混乱，程序易丢失；电脑钥匙电池使用寿命短，需每半年寄回厂家维护一次；个别产品存在电脑钥匙和充电器配合不好的情况；

② 通讯不稳定，易中断，数据易丢失；

③ 防止走空程序功能较弱，实现起来也复杂；

④ 锁具易锈蚀卡涩、插拔不灵活；

⑤ 防误系统处于离线状态，现场与模拟系统不能实时对接，容易造成模拟图和现场电气设备状态不能及时保持一致；

⑥ 使用电脑钥匙操作，大大增加了运行人员操作时间和劳动强度。

（2） 机械程序锁适用接线简单或自动化程度不高的变电所。

机械程序锁优点：

① 功能较完善；

② 性能良好；

③ 坚固耐用；

④ 运行检修人员容易掌握使用，便于设备的维护。

机械程序锁缺点：

① 安装较复杂，调试困难，维护工作量大；

② 如果一次接线复杂，防误程序实现比较困难，即使实现，操作也比较繁琐；

③ 锁具易锈蚀，程序锁程序易出错；

④ 自动化程度低，无法和现代化变电所配套；

⑤ 使用程序钥匙操作，增加了运行人员的操作时间。

（3） 电气闭锁比较适合间隔防误，而跨间隔防误实现比较复杂。

电气闭锁的优点：

① 防误功能比较完善、可靠；

② 安装简单，维护方便容易；

③ 操作方便、简单，不增加运行人员的操作时间和劳动强度。

电气闭锁的缺点：

① 普通辅助开关易出现设备辅助接点转换不灵、接点粘死；

② 早期户外配套电磁锁质量不稳定。

（4） 计算机监控防误是变电站防误闭锁的发展趋势。

计算机监控防误的优点：

① 防误闭锁功能完善，防误程序实现容易；

② 在线闭锁，实时性强，实现对设备状态的实时采集和操作的在线逻辑判别；

③ 较高的可靠性和可操作性、长寿命；强制闭锁，有效地防止走空程序；

④ 完备的“五防”逻辑判别功能，如可以采集模拟量（电流、电压等）；

⑤ 完备的操作管理功能和操作票功能；

⑥ 维护简单，工作量小，没有电脑钥匙，不增加运行人员的操作时间和劳动强度；

⑦ 通讯稳定可靠；

⑧ 具备多任务并行防误操作功能，并行操作时关联闭锁逻辑判别及时；

⑨ 能够实现防误闭锁和操作票顺序闭锁（程序化操作）；

监控防误的缺点：

① 单独改造变电站防误系统时，监控防误方案比较繁琐，工作量大；新建和自动化改造变电站实施比较方便；

② 需要和监控系统密切配合。

2 计算机监控防误操作系统

2.1 系统原理

计算机监控防误操作系统采用“计算机监控系统的防误闭锁”和“本设备间隔电气闭锁”相结合的方式。计算机监控防误操作系统具有全站性的防误闭锁功能，间隔内的纵向闭锁采用电气闭锁，间隔间的横向闭锁由监控防误实现，简称监控防误。

2.1.1 系统框架结构

计算机监控防误操作系统是“在线判别系统”。如图1所示，该系统中变电站的所有闭锁设备（开关、刀闸、网门、临时接地线等）都视为系统的网络节点，所有的节点都连入计算机监控系统网络中，每个节点中都安装有相应的闭锁装置。所有经计算机监控系统的操作都通过监控防误模块和I/O测控模块防误闭锁逻辑判断，若发现错误，系统闭锁该项操作并发出语音报警，输出提示条文。同时，变电站还可以通过网络通讯与集控中心和调度中心相互传输信息。

图1 计算机监控防误操作系统原理框架

2.1.2 设备信号的采集

目前，变电站监控系统已经能够采集一次设备的全部位置信息，在接地刀闸、临时接地点以及网门都配套装有计算机监控防误操作专用防误锁。该锁具有2副动作接点（常开、常闭各1副），这2副接点能够及时的将锁的动作信号（设备位置信息）传送给I/O测控模块，列入防误闭锁逻辑判别。采用常开、常闭接点都接入保证采样信号可靠，防止辅助接点不到位影响逻辑判别。

2.2 系统防误功能的实现

2.2.1 监控防误系统结构

计算机监控防误系统分为站控层设备（操作员工作站等）和间隔层设备（测控模块）、过程层设备（防误闭锁接点、防误锁具等）。设备操作均通过I/O测控模块来实现，测控模块独立于后台系统或总控单元，相互间能以网络方式通信。变电站监控系统采集了一次设备的全部位置信息，这就使得控制设备时作一些条件判别是非常容易的，完全由软件来实现，而且可以加入电流等模拟量进行判别，防止因开关刀闸等传动件的断裂而引起的误操作。监控防误系统结构如图2所示。

图2 监控防误系统结构

2.2.2 设备操作流程

在执行一项操作之前，先进行智能模拟操作，模拟操作步骤是严格按照变电站运行规则及操作票内容进行。监控防误主机中存有完备的“五防”逻辑，模拟操作时，会对当前操作相关设备的状态进行逻辑判别和校对，符合条件则继续模拟操作；若模拟操作步骤违反“五防”逻辑，系统则会自动语音提示并输出错误条文。只有全部步骤都符合“五防”逻辑，模拟操作才能够成功。模拟操作成功后，运行人员根据模拟正确的程序逐步进行操作。在操作过程中，监控防误主机与I/O测控模块中的“五防”逻辑进行比对，如果监控防误主机和I/O测控模块中“五防”逻辑不一致时，I/O测控模块停止执行操作，并自动语音提示。同时，执行操作的设备新位置信息量及时反馈给I/O测控模块并存入主机，直到整个操作任务完成。

以母线接地闸刀操作为例，其操作条件为“母线上隔离开关都拉开+母线无电（采集母线PT或高压带电显示装置的信号）”。在模拟操作过程中，监控防误主机首先读入相关设备信息量，然后进行逻辑判别。如果其中任何一个条件不满足，则强制闭锁，禁止模拟操作；只有当母线接地闸刀操作的2个条件全部满足时，才会模拟成功并执行操作。执行操作时，刀闸的新信息量及时反馈到I/O测控模块，从而及时、可靠地实现防误操作功能。母线接地刀闸操作流程如图3所示。

2.2.3 监控防误系统操作流程

监控防误系统操作流程如图4所示。

2.2.4 开关、刀闸电气控制回路

开关、刀闸电气控制回路如图5所示。

2.2.5 软硬件故障处理

计算机的软硬件故障以及外界条件干扰也有可能造成误动作，针对此问题，系统在间隔层I/O测控屏上设计2个解锁开关，其中一个解锁开关作为I/O测控模块的开入量，解除其闭锁逻辑，用于特殊情况下的解锁，但仍需要通过计算机监控系统进行操作；另一个解锁开关是短接回路，用以解除I/O测控模块逻辑闭锁的输出，当I/O测控模块故障需现场近控操作时，操作此解锁开关解锁。

图3 母线接地闸刀操作流程

图4 监控防误系统操作流程

图5 开关、刀闸电气控制回路

2.3 系统特点

（1） 在线判别、实时防误，能稳定可靠地实现防误闭锁功能。在线检测设备的位置信息，实现动态情况下的防误操作。

（2） 完备的“五防”逻辑判别。可采集模拟量，并将二次设备状态和二次压板等录入整个防误系统，能够实现全站性的防误操作。实现了强制闭锁，有效防止走空程序。

（3） 彻底摒弃电脑钥匙。电脑钥匙抗干扰能力较低，程序易丢失，这大大削弱了防误闭锁装置的可靠性。该系统采用计算机监控系统专用防误锁，能够及时将设备（电动设备及手动设备）的状态信息传送给I/O测控模块，提高信号传输的准确性。

（4） 故障手动解锁操作。在紧急情况（故障）下，经上级审核批准，可以利用配备的解锁钥匙进行手动解锁操作。

2.4 系统改进

各厂家在装置实现方面、通讯规约方面存在一定的差异，甚至不同的设计单位也有不同的设计原则，不利于今后的管理。应制作统一的计算机监控防误操作系统选型选用原则，采用相同的通信标准，如IEC61850等。

3 系统实际应用

江苏省电力公司自2002年开始在一些基建变电站采用“计算机监控系统的防误闭锁”和“本设备间隔电气闭锁”相结合的防误闭锁方式，并取得一定的突破和成效。2006年9月下发的《江苏省电力公司变电站防误操作技术规定（试行）》，明确规定新建变电站采用“计算机监控系统的逻辑闭锁+本间隔电气闭锁”来实现防误操作功能，不再设置独立的微机防误操作系统。2008年和2012年对《江苏省电力公司变电站防误操作技术规定（试行）》进行了2次修定，要求所有变电站均采用监控防误方式。截至2015年11月，江苏省电力公司系统约2 000座变电站采用了监控防误方式，为江苏电网安全运行发挥了积极作用，收到了良好的应用效果。其他一些省市供电公司也陆续开始在变电站采用监控防误。

国家电网公司企业标准Q/GDW203—2008 《110 kV变电站通用设计规范》和Q/GDW204—2008《220 kV变电站通用设计规范》，明确要求防误操作闭锁功能应由计算机监控系统实现。国家电网公司2009版物资采购标准也将监控防误列为变电站防误首选方案，优先采用。

4 结束语

变电站防误操作系统应简单、可靠、方便操作，可以充分保障安全。计算机监控防误操作系统是在线的实时监控防误系统，其运行可靠性与防误完备性提高了变电站及电网的防误能力，同时还降低了运行人员的劳动强度，节省了操作时间。以计算机的高可信度作为基础，伴随着智能电网的建设，变电站朝着智能化、信息化、网络化方向发展，计算机监控防误操作系统将逐步成为变电站防误装置（系统）的发展方向。

1 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.

2 国家能源局.DL/T1403—2015智能变电站监控系统技术规范［S］.北京：中国电力出版社，2015.

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

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

5 钟连宏，梁异先.智能变电站技术与应用［M］.北京：中国电力出版社，2010.

6 陈 跃，甘 羽.500 kV变电站防止电气误操作方案［J］.中国电力，2012，42（6）：60-64.

7 罗 钦，段 斌，肖红光，等.基于IEC61850控制模型的变电站防误操作分析与设计［J］.电力系统自动化，2006，30（22）：61-65.

8 汤惠芳.浅谈智能变电站计算机监控防误操作系统［J］.电力与电工，2010，30（2）：49-51.

9 刘全亮.防误理念、防误原则和防误装置的研究与探讨［J］.电力安全技术，2007，9（S）： 16-20.

10 中华人民共和国质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB26860—2011电力安全工作规程发电厂和变电站电气部分［S］.北京：中国标准出版社，2012.

11 中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL/T5149—2001 220 kV-500 kV变电所计算机监控系统设计技术规程［S］.北京：中国电力出版社，2001.

2015-09-10。

毛耀红（1971-），男，高级工程师，主要从事国内外电力行业防误闭锁技术研究工作，email：st_myhong@163.com。

刘志洋（1973-），男，高级工程师，主要从事变电站防误操作技术和变电站设备运维管理研究工作。

赵春山（1974-），男，工程师，主要从事电力工程管理工作。