變電站微機五防可靠性分析及改進

宋占嶺，余 斌，王志林

(北京四方繼保自動化股份有限公司，北京 100085)

為了有效防止電氣設備誤操作而引發的人身和重大設備事故，我國早在1990年就提出了電力系統“五防”的要求，并以法規形式規定了管理、運行、設計和使用的原則，要求高壓帶電設備必須安裝防誤閉鎖裝置，以期達到防誤操作的目的。隨著電力系統的發展，防誤操作技術也不斷提高，先后出現了機械閉鎖、機械程序閉鎖、電氣閉鎖、微機五防、在線式五防等多種閉鎖形式，其中微機五防在自動化變電站應用最多，在變電站防誤操作中一直占據著統治地位。

1 變電站五防系統的構成

結合微機五防與計算機監控系統，國內自動化變電站已普遍建立起站控層防誤、間隔層防誤、過程層防誤的3層防誤操作體系，如圖1所示。

由五防機(或模擬屏)、電腦鑰匙、適配器、編碼鎖及其安裝附件組成的微機五防系統，實現對站控層和過程層的防誤操作。五防機安裝防誤閉鎖軟件，通過監控機獲取變電站的實時數據，并為監控機提供設備操作的閉鎖信息，實現站控層遙控操作的防誤閉鎖。五防機生成的操作票，傳輸到電腦鑰匙，由電腦鑰匙和編碼鎖共同完成對過程層非遙控操作的防誤閉鎖。適配器連接五防機和電腦鑰匙，負責對電腦鑰匙電池充電和通信過程中的介質轉換。

分布于間隔層的測控單元，內置本間隔一次設備的操作邏輯，組成了間隔層防誤體系。無論是在監控機上遙控操作還是在間隔層“就地”操作，均要經過間隔層防誤閉鎖邏輯的校驗。

五防系統正常工作時，五防機與間隔層防誤同時發揮作用；五防機因異常退出工作時，由測控單元擔負的間隔層防誤仍具有防誤閉鎖的作用。

2 五防可靠性分析及改進措施

計算機技術、自動化技術、通信技術的發展，為提高變電站自動化水平提供了技術手段。通過優化通信網結構、冗余配置監控機等方式，計算機監控系統的可靠性得到顯著提高，而與之密切相關的五防設備的可靠性卻常常被忽視。

2.1 五防機冗余配置

目前，國內220 kV及以上電壓等級變電站的監控機均采用雙重化冗余配置。當監控主機出現異常，備機會自動轉為主機接管變電站的監控功能。但微機五防系統的五防機卻沒有雙重化冗余配置，因此，一旦五防機異常，將會影響全站的安全操作。一些重要的變電站出于確保五防可靠性的考慮，配備了2套五防系統，但這2套五防系統完全獨立，不存在主、備切換關系，當一套五防系統工作異常時，需要人工干預，才能使另一套五防系統投入工作。

近幾年，以監控系統為基礎發展起來的五防監控一體化技術(以下簡稱“五防一體化”)，為解決五防機的互備問題提供了可能。五防一體化是指將五防閉鎖軟件作為監控軟件的內嵌模塊，在監控系統中實現五防功能，并將五防軟件納入監控系統統一管理的防誤閉鎖技術。五防一體化系統中，五防與監控共用圖形和實時庫，每個監控機都可兼做五防機使用，主、備機之間通過握手報文監視對方的存在。主、備監控機通過發布與同步機制實現實時庫和圖形界面的一致性，軟件結構如圖2所示。五防一體化系統正常時，五防模塊在主機運行，備機上的五防模塊處于備用狀態。主機異常退出時，備機自動升級為主機，備機上的五防模塊由備用狀態轉為工作狀態。由于主、備機采用了統一的實時庫和圖形界面，因此可以做到無縫切換，切換過程中不會丟失任何監控和五防的運行信息。

2.2 站控層與間隔層防誤規則的一致性

防誤操作的基礎是設備閉鎖邏輯，也稱為防誤規則。防誤閉鎖軟件根據防誤規則和相關設備的狀態，判斷是否可對一次設備解除閉鎖狀態。圖1所示的五防結構體系中，站控層和間隔層各有一套防誤規則。站控層的防誤規則集中在五防機中，間隔層的防誤規則分布于各個測控單元內，間隔層與站控層防誤規則應保持一致。對設備遙控操作時，需經過站控層和間隔層的雙重五防校驗，如果站控層和間隔層防誤規則不一致，就可能造成遙控操作無法正確執行。

保證間隔層與站控層防誤規則一致的較好做法是，通過站內監控網絡，五防機自動將防誤規則下裝到測控單元，形成測控單元的規則庫；測控單元也可將規則庫發送到五防機，供五防機進行校驗。珠海110 kV蘭埔變電站采用這一規則下裝與校驗技術，取得理想效果。

2.3 微機五防的通信

微機五防系統中，五防機與監控機之間，五防機與電腦鑰匙之間，信息的交互主要通過RS232串口方式完成。串口通信速率不高，易受電磁干擾，因干擾造成通信不暢而導致的防誤閉鎖問題時有發生。由于RS232串口只能實現點對點通信，對于雙重化配置的監控系統，當連接五防機的監控機出現問題時，另一臺監控機無法立即與微機五防通信。目前，一些高端機型已不提供RS232通信接口，為實現監控系統與五防通信，計算機不得不外擴串口通信卡。

可采用以下2種措施提高通信環節的可靠性。

(1) 用以太網代替串口通信。工業以太網因其速率高、抗干擾能力強的優勢，被廣泛用于變電站監控系統，以太網接口已成為計算機的標準配置。通過網絡實現監控系統與五防機之間以及五防機與電腦鑰匙之間的信息交換，不僅提高了通信速度，而且容易實現一臺五防機對多臺監控機的通信，使通信可靠性得到改善。

(2) 采用五防一體化技術。五防一體化系統取消了五防機與監控的通信環節，將五防與監控合一，五防所需要的設備位置信息直接取自監控系統實時庫，監控系統可直接得到五防的閉鎖信息，微機五防的實時數據和閉鎖數據可靠性更高。

2.4 對五防關鍵設備的在線監視

變電站一次設備的工作狀況正逐步納入自動化系統的監控范圍，但對微機五防設備工況的監視卻一直被忽視，使微機五防成為自動化系統監視的盲區，導致五防設備存在的缺陷無法及時被發現。一些變電站往往要到設備操作時才發現五防設備無法正常工作，影響了安全操作。因此，如何實現對五防設備的在線監視，做到有問題早發現、早解決，是保證五防設備正常工作的關鍵。

對于微機五防的關鍵部件，五防機、電腦鑰匙、通信適配器，可采用如下所述方式在線監視：電腦鑰匙和通信適配器應具備自檢功能，并將自測結果告知五防機；五防機將測試結果連同自身的工作狀況發送到監控系統；監控系統收到五防設備的工作狀況后，可根據需要將信息進一步上送到調度中心。信息流程如圖3所示，圖3中每一級的信號上送都是借助于變電站已有的通信鏈路實現的，在信息逐級上送過程中，每一級都將自身的工作狀態加入到上送信息中。

2.5 對編碼鎖的定期巡視

變電站規模不同，編碼鎖的數量從幾十個到幾百個不等。電腦鑰匙通過正確識別編碼鎖來保證正確的操作流程。如果電腦鑰匙無法正確識別編碼鎖，就會出現錯誤閉鎖或開鎖的情況，影響安全操作。

近幾年，電腦鑰匙無法正常對編碼鎖采碼已成為影響開鎖的主要原因。通過在電腦鑰匙中增加“鎖具巡視”功能，可盡早發現因采碼造成的鎖具問題，以便對問題鎖具及時更換。具體做法如下所述。

在五防機中，“鎖具—設備對應表”是五防軟件數據庫的一部分，它記錄了每個一次設備對應的編碼鎖，將這張表下裝到電腦鑰匙中，并作為電腦鑰匙的數據庫存儲到FLASH中。變電站檢修人員持電腦鑰匙定期對全站編碼鎖進行“巡視”，當電腦鑰匙采集到鎖碼信息后，與存儲在FLASH中的“鎖具—設備對應表”進行匹配，如果找到匹配項，則顯示鎖碼及對應的設備信息。檢修人員據此信息判斷鎖具的安裝位置是否與實際的一次設備符合，如果不符合，則需要更換鎖具或鎖碼。如果電腦鑰匙未采集到有效鎖碼，則提示“未找到匹配信息”，說明鎖具的鎖碼可能因老化或疲勞失效，需要更換鎖具或鎖碼。“鎖具巡視”流程如圖4所示。

3 結束語

充分利用自動化系統所提供的硬件、軟件環境及數據信息，對微機五防進行改進，以提高其可靠性。一些提高五防可靠性的方法，如五防一體化技術、以太網通信技術，已在部分變電站采用，取得了理想效果。五防關鍵設備的在線監視和編碼鎖的定期巡視，不用增加任何硬件資源，只需對相關軟件進行改進，對通信規約進行擴展即可實現。

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