一种变电站五防逻辑自动生成及校验方法

池莲庆，黄东兴，苏金燕

（广东电网有限责任公司茂名供电局，广东 茂名 525000）

0 引 言

变电站的五防是防止电气误操作，确保人员、电网和设备安全的关键点。具体来说，它是防止断路器误分、误合、带负荷误拉（合）闸刀、带地线（地线）合闸闸刀、带电合（挂）接地刀（地线）、误进入带电间隔的5种闭锁逻辑。变电站五防逻辑的设定要根据变电站接线方式及设备特点以及电力设备安全运行五防要求，有目的地编辑开关操作逻辑规则表。此逻辑规则表需要根据不同的设备组件，包括本间隔及关联间隔等设置的多种逻辑连动关系，其中涉及分、组合以及或、和的层次关系。网格结构升级和设备扩展后，逻辑规则表也需要同步更新，这项工作在实际的运维工作中极其复杂且容易出错，通常需要多次手动检查和实验才能最终输入五防系统[1-3]。

目前，五防厂商的五防逻辑工作主要是编制五防逻辑数据，进行人工输入，这个工作过程烦琐、复杂。在验证过程中，操作员和五防制造商需要反复沟通和修改。另外，变电站投入运行后，五防系统需要定期维护，也会消耗操作员大量的时间和精力，且该项工作是运行专业的核心业务，每年至少开展1次。此外，如果五防逻辑配置不正确，电气误操作随时可能发生，导致设备损坏甚至人员安全事故。笔者多次参与新建110～500 kV变电站五防逻辑的建立和验收工作，鉴于变电站五防保护维修工作的复杂性，变电站五防逻辑的自动生成和验证方法亟待解决，以此提高效率和工作质量。本文将现有变电站五防逻辑进行导出，然后通过软件提取锁号，判定变电站接线方式和设备情况，生成设备间隔，再根据变电站五防要求，针对不同设备编制五防逻辑，将生成的五防逻辑与原逻辑代码进行对比分析，实现五防逻辑自动校验工作[4]。

1 变电站五防逻辑的自动生成与校验

1.1 建立五防逻辑数据库与变电站一次设备关联的关系

通过分析五防逻辑数据，五防逻辑中的锁号一般是特殊含义的数字或者字母等，因此在五防逻辑数据库中的锁号应该与变电站一次接线方式紧密联系，通过提取五防逻辑库中的锁号来判断变电站的接线方式，并通过图表反应出母线、开关、刀闸间隔的数据。例如五防逻辑数据库数据：

50311 分闸条件：5031在分位!

50311 合闸条件：503117在分位，503127在分位，5127在分位，5117在分位，5117-MD在分位，5127-MD在分位，50211-MD在分位，50311-MD在分位，50411-MD在分位，5031在分位!

通过软件语言即可分析出为50311、5031、503117、503127、5127、5117、5117-MD、5127-MD、50211-MD、50311-MD以及50411-MD等设备锁号，程序语言进一步对锁号分析，并将整段语言进行翻译，生成5031、500 kV 1M 2个间隔，并将对应的设备锁号放入相应间隔，如表1所示。

表1体现了设备类型及锁号关系，通过数据库用软件提炼出关键信息，即500 kV有一个5031间隔，相连的500 kV 1M母线有5117、5127这2把地刀（对应点临时接地桩5117-MD 5127-MD）和5021、5031、5041间隔的1刀临时接地桩。

1.2 五防逻辑表自动生成

五防系统闭锁实际逻辑生成过程中，现场检查间隔的名称和编号是防止误进带电间隔和防止误合断路器的主要方法。现场检查时要重点对“防止有载开关意外拉合，防止有载开关与地线（接地线）接合，防止带电开关与地线（接地线）接合（挂）”这3项“五防”闭锁逻辑进行分析。对于间隔设备需要特别说明，因为开关不能用作主要的断点，除了有中性点地刀的开关操作未设置锁定条件之外，其他开关的分合一般是无条件的。

分析五防逻辑，发现每一个元件的闭锁条件可以分为本间隔的锁号与相关联间隔2个部分，且每一同类型的设备有相同或相似的关联条件，将变电站的设备以间隔为单位，分为非旁路、母联、分段等主变线路类间隔，旁路类间隔，母联及分段类间隔，PT类间隔，母线类间隔，独立刀闸间隔，500 kV类设备间隔共7类情况，对每类间隔内设备提炼逻辑闭锁说明条件。

1.3 实际操作案例分析

下面选择一个简化的220 kV变电站主接线来说明主变/线路类间隔中的设备逻辑。

在图1所示接线图中，选择220 kV典型线路1 M侧43531开关和10 kV F1线路1 M端F011开关的闭锁条件进行描述。首先对主变/线路类间隔的通用规则进行说明，如表2所示。

图1 220 kV站典型部分接线

根据设备对表2进行说明。

设备条件：220 kV典型线1 M侧43531刀闸，为有开关的线路1刀；条件1：用于提示接线方式，是否为双母线接线；条件2：用于说明要判别的1刀条件是否有4刀（出线侧刀闸）；条件3：判断区别敞开式设备、固定式开关柜；条件4：用于提示是否是特殊关联设备，如线路挂站用变的情况，站用变的1刀即与所挂线路的线路侧地刀关联闭锁。

根据接线图判断设备为表2中第①种情况。

表2 主变/线路类间隔1刀闭锁的通用规则

因此220 kV典型线1M侧43531刀闸的逻辑闭锁条件如下文所述。

43531 分闸条件：4353在分位，43532在分位，43534在分位；2012在合位，20121在合位，20122在合位，43532在合位!

43531 合闸条件：4353C0在分位，4353B0在分位，221甲00在分位，4353C0-D在分位，4353B0-D在分位，221J00-D在分位，4353在分位，43532在分位，43534在分位；2012在合位，20121在合位，20122在合位，43532在合位!

10 kV F1线1M母线侧F011刀闸的逻辑闭锁条件如下文所述。

F011 分闸条件：F01在分位，F014在分位!

F011 合闸条件：F01B0在分位，501-MD在分位，F01在分位，F014在分位，F01HM在合位!

按照上述方法，制定各不同类型的间隔五防逻辑设定条件，以区分不同的接线方式，并遵循以下通用规则。一是开关。主变间隔的开关关联对应中性点地刀，其他开关的操作不设置闭锁条件。二是刀闸。如果闸刀开关操作后2个电气连接部件之间发生变化，则此操作将被阻止；从闸刀开关开始，向各个方向延伸至闸刀开关，如果有与地面相连的地方，闸刀开关的闭合操作将被锁定。三是接地刀（临时接地桩）。接地开关分操作未设置闭锁逻辑；接地开关合闸操作的锁定逻辑是如果接地点连接到其他部件，接地开关的闭合操作将被锁定。四是PT闸刀。分闸PT闸刀无闭锁条件，关闭PT闸阀仅用PT维护接地刀锁定，因此，PT刀闸设置为关联母线上所有地刀闭锁。五是闸门用于电容器和接地变压器、站用变等有网门的设备，网门的闭锁条件按照典型设计，如果判断含有网门，则一般判断为1个设备关联1个网门，如果现场有特殊情况，那么另外输入[5,6]。

1.4 五防逻辑表自动校验

按照一定的程序处理，五防逻辑库中各闭锁条件作为一个个小单元，如：“43531 分闸条件：4353在分位，43532在分位，43534在分位或2012在合位，20121在合位，20122在合位，43532在合位!”这个闭锁条件，就划分为“43531/分闸条件/4353在分位/43532在分位/43534在分位/2012在合位/20121在合位/20122在合位/43532在合位”9个单元格，用1.2节所述方法生成五防逻辑后，各个单元内数据与原五防逻辑数据库进行对比，分析出五防逻辑错漏，并形成报告，报告内容主要包含五防逻辑文本问题、五防锁号错漏、闭锁条件错漏、逻辑条件错漏等4大方面的内容。

2 软件实现

2.1 软件算法

软件算法主要实现如下功能。

（1）锁号提取，五防逻辑锁号按照一定规则，如500 kV设备，开关编号一般为“50XX”，第1个X表示串号，第2个X表示所在串的第几个，数字是1～3；刀闸编号一般为“50XXY”，Y表示是什么刀，数字是1、2、6。按照以上数字或字母规律提取设备锁号。

（2）五防逻辑自动生成，按照“五防”的一般要求，对同类型设备的不同刀闸/地刀按设定的条件编制对应的逻辑语言和算法。

（3）五防逻辑表校验，将各逻辑条件划分1个个单元格，应用算法将各单元格的内容进行比较，找出错漏。

2.2 软件准备

采用VB语言编写五防逻辑自动生成软件，数据导入、输入输出界面和人机界面较简便。软件的工作流程如图2所示。

图2 软件流程图

流程图各环节说明如下文所述。

（1）初始化：所有表格数据清理，保留部分数据框架。

（2）导入逻辑：导入五防机逻辑表数据，fil/txt文件格式。

（3）格式判断/文本问题判断：对五防机逻辑表文本文件的内容格式识别，并将问题记录，如少标点符号“！”等情况。

（4）锁号提取：对导入的逻辑数据按照程序设定提取锁号编码。

（5）逻辑展开预处理/五防逻辑展开：将五防逻辑表的内容分成1个个单元，如“3011在分位”放在1个单元格，方便程序识读。

（6）生成间隔名称/生产锁号（锁号校验）：根据给定的逻辑数据库按照程序识别到的接线方式生成间隔及锁号。

（7）生成逻辑：按照程序识别的接线方式、设备情况，代码生成五防逻辑数据库，并形成txt文档（与工具同目录）。

（8）代码生成逻辑展开/进行比较：生成的五防逻辑数据库与导出的五防逻辑数据库进行对比，识别出错误情况。

（9）生成报告：主要是6个方面内容，分别为文本问题、锁号缺失问题、缺失的逻辑条件、多出的逻辑条件、缺失的逻辑锁号以及多出的逻辑锁号。

3 结 论

本方法是基于多次五防验收和维护工作经验中总结，如果应用于实际，五防验收维护和逻辑验证的工作量将大为减少。同时，这种方法也需要改进，如电容组、站用变、接地变等网门闭锁条件，特殊接线方式如桥接等设备锁定逻辑还需要完善。下一步从2个方面推进，一是与专业软件公司合作，进一步优化算法，快速自动生成五防逻辑和五防验证测试场景；二是五防厂商合作，在五防系统中嵌入五防闭锁逻辑自动生成和验证软件，并制作为办公系统的应用工具，在变电站中推广。