变电站防误闭锁系统论文

变电站防电气误操作闭锁系统研究傅禹,黄翔，周利明（云南电力试验研究院，云南昆明 650051）摘 要：防电气误操作闭锁系统是变电站综合自动化系统的重要组成部分，是防止电气误操作的必备技术手段。

随着电网自动化技术的发展，整个变电站自动化系统的防误功能越来越强大和完善，为了提高防误系统可靠性，确保变电站电气操作安全、有序地进行，对多种闭锁手段组成的防误系统进行研究、优化整合成为必然。

Abstract: Anti-electric misoperation block system is one of the most important part of Substation automation system. It’s also an indispensable means for preventing misoperation. The functions of Anti-electric misoperation block system in substations is now becoming more consummate along with power-grid automatic technology development. For the sake of higher reliability and operation security demand, multi-ways controlled block system should be researched , optimized and standardized .关键词：微机五防系统；综自系统防误软件闭锁；测控装置闭锁；现场布线式电气闭锁1、概述防电气误操作闭锁系统是变电站综合自动化系统的子系统，其中包括了微机五防系统、综自系统防误闭锁软件、测控装置闭锁、现场布线式电气闭锁、机械闭锁等多种闭锁方式，这些闭锁方式各具特点，有的互为冗余，有的互相补充。

由于变电站内的设备有调度操作、站控层操作、测控屏操作和现场就地操作等多种操作方式，靠某一种闭锁方式来完成整个变电站系统的防误功能，闭锁多种不同的操作方式，仅从技术角度来讲是不可能实现的，而需要采用相应的一种或多种闭锁手段相互协调才能完成整个防误系统的功能。

下面将结合各种闭锁手段的原理、特点进行比较、分析，最后给出了针对不同操作方式可采用的闭锁方式。

2、闭锁方式对比研究2.1 闭锁方式分类根据变电站不同操作地点，可以把防误闭锁方式分为站控层防误闭锁、间隔层防误闭锁、现场/就地防误闭锁三个不同层面，在不同层面可以用到的闭锁方式如下表所示：①微机五防系统软件闭锁 1、站控层防误闭锁 ②综自系统防误软件闭锁 ①自动化测控装置闭锁 2、间隔层防误闭锁 ②电气编码锁 ①现场布线式电气闭锁 ②电气/机械编码锁防误闭锁系 3、现场/就地防误闭锁 ③机械闭锁表一 变电站闭锁方式分类表2.2 各种闭锁方式原理2.2.1微机五防系统软件闭锁与综合自动化系统通信，通过转发表建立数据库，并对数据库组态，将现场大量的二次电气闭锁回路转变为计算机中的防误闭锁规则库，防误主机使用规则库对模拟预演操作进行闭锁逻辑判断，记录符合防误闭锁规则的模拟预演操作步骤，生成实际操作程序。

运行人员在后台操作设备时，后台机会先访问五防机，五防机检查满足操作条件后，才能在后台机继续执行操作。

微机五防系统软件的核心是建立数据库的转发表和对建立闭锁逻辑的数据库组态，转发表的正确性决定了微机五防所采集到的遥信、遥测点是否与综自系统的数据库一致，而防误闭锁逻辑是通过对与综自系统通信得到的测点组态来实现，因此数据库组态的正确性是以数据库的一致性为前提的。

2.2.2综自系统防误软件闭锁从综自系统自身的数据库选点，根据闭锁逻辑条件进行组态，运行人员在后台遥控某个对象的时候，综自系统会先从组态检查这个设备是否满足操作条件，如果不满足，就不能进行遥控。

闭锁逻辑组态用的是综自系统的数据库，需要的遥信点、遥测点可以从数据库的“开关刀闸表”、“保护接点表”、“遥测定义表”等选取，逻辑组态完成后可以通过预演模式检查组态的正确性。

操作画面可以沿用综自系统本身的画面完成操作票开票、遥控操作等功能。

2.2.3自动化测控装置闭锁自动化单元测控装置可以监听到网上其余装置的以太网报文，可以获得变电站内全部的状态信息，任一个断路器、开关、线路、母线等信息都能参与逻辑组态，控制闭锁逻辑存放于单元测控单元装置内，与后台计算机系统无关。

因此间隔层单元测控装置闭锁具有其完备性和独立性。

2.2.4现场布线式电气闭锁通过断路器、隔离开关、接地开关的辅助接点串入被闭锁设备二次控制回路外部联锁接点中，实现设备间相互闭锁的逻辑关系。

2.2.5电气编码锁在电气原理上相当于一个常开接点，串入电气操作回路（切断了正常的操作回路），使操作无法执行，解锁由电脑钥匙连通回路。

2.2.6机械编码锁通过锁住隔离开关、接地开关、接地线桩、网门等的操作机构，实现对其闭锁。

每把锁内部结构完全一致，只是锁的编码片或无线码片的编码各不相同，设备对应的编码和锁具是一一对应关系。

2.2.7机械闭锁通过借助设备特殊机械结构设计原理来实现一种电气设备操作后另一种相关的电气设备就不能进行操作，从而达到预定目的的一种闭锁。

2.3从综合自动化系统配置图分析各类防误闭锁特点防误闭锁系统是综合自动化系统的子系统，子系统功能的实现是在综自系统的硬件资源、网络结构的基础上来完成的，通过对综自系统结构的分析可以得出站控层防误、间隔层防误、现场就地防误的闭锁范围和特点，下图是综合自动化变电站的典型系统图：图一 综合自动化变电站典型系统图2.3.1站控层防误微机五防软件闭锁与综合自动化软件闭锁是冗余备份的关系，它们都是通过计算机软件来实现的，所不同的是微机五防软件的数据库是由转发表通信得来，而综合自动化软件闭锁的数据库是用综自系统同一个数据库；从上图可以看出，它们的出口都是从综自后台最终出口发出指令，因此两套系统采用其中之一就可以实现对运行人员后台遥控操作方式的闭锁，现阶段，国内变电站的应用情况，多数也是使用了其中一套系统。

值得一提的是，在逻辑意义上微机五防软件闭锁与自动化系统要融为一体，完成逻辑闭锁，需要首先满足下列要求：1）微机五防闭锁软件与综合自动化系统具有统一的数据库；2）微机五防闭锁软件与综合自动化系统具有统一的画面编辑；两套系统实现自动化系统的一体化是实现微机五防系统闭锁的难点，如果综自系统的设备遥信点号改变，微机五防系统的测点信号也需要相应改变。

在改、扩建工程以及技改项目中常常会有综自设备遥信点号改变的情况，这就要求微机五防系统的数据库在综自系统设备遥信点号改变以后应易于修改，使二者保持一致。

在云南电网公司2006年度五防工作会议上，多个供电局提到五防机与后台机画面，设备点号不对应的情况，造成微机五防闭锁软件常常闭锁了运行人员正确的操作。

如果五防机与自动化系统的数据库没有保持高度一致，要通过五防机来实现闭锁逻辑也失去其意义。

2.3.2间隔层防误（1）在IEC61850标准的变电站，自动化单元测控装置具备直接上网的功能，单个测控单元获得变电站内部的所有状态信息得以实现。

在间隔层测控单元实现具有完备性、实时性、独立性的控制闭锁可以作为站控层防误的重要补充和冗余后备。

1）从图一可以看出站控层的“远动工作站”与综自系统的“服务器A”、“服务器B”在网络上是并列的关系，也就是说调度遥控指令不需要通过微机五防的逻辑检查就可以发出，而间隔层测控装置闭锁可以实现从站控层下发的任何指令的闭锁，其中也包括调度遥控指令。

随着变电站实现无人值班或少人值班，实现调度遥控功能从长远来说是大的趋势，因此测控装置闭锁对站内来看的调度误操作起到了闭锁作用。

不过，调度防误操作规则与变电站电气操作五防规则还有所不同，测控装置闭锁也仅仅是闭锁了从本变电站内看的重大恶性操作。

2）综自后台的数据库是由测控装置上传的，测控装置的数据库具有独立性，一旦后台服务器、五防机故障，测控装置闭锁对间隔层及其以上层面的指令仍然具有闭锁功能，在后台故障时添加了一层保护。

3）检修、调试人员在工作过程中常常需要在测控装置上发送遥控指令，在具备测控装置防误闭锁后，检修、调试人员在小室测控装置发出的指令也必须经过装置内部的逻辑判断才可以出口。

(2)测控装置上通常都带有手动、同期分合断路器的按钮（把手），通常这种操作方式的闭锁都是通过电气编码锁来实现的。

2.3.3现场/就地防误闭锁（1）现场布线式电气闭锁是在现场防误中常用而且较为有效的闭锁方式，其原理是通过辅助接点的引入切断设备控制回路。

由于来自站控层、间隔层的遥控指令最终都需要接入二次控制回路，电气闭锁成为所有操作方式都必须经过的一道防线，其闭锁的范围也是最广的。

但是由于电气闭锁要用到大量的辅助接点和二次电缆，新建、维护和改造较为复杂，尤其是很多闭锁回路要接入已投运的设备中去，一方面接入的过程会有误动运行设备的危险，另一方面，接入之后无法通过试验检查回路的正确性。

比如，一把母线地刀的电气闭锁回路除了需要本间隔设备的辅助接点，也需要其他每一个母线隔离开关的辅助接点串入回路中，增加了大量二次电缆，后投运的设备在接入闭锁回路时涉及到先前投运设备。

因此，电气闭锁的需要综合多种因素，结合实际情况来实现，并配合站控层、间隔层防误共同完成站内的防误系统。

（2）机械编码锁是微机五防系统的一部分，配合电脑钥匙共同实现，五防系统运行是否良好，电脑钥匙的性能，是机械编码锁功能实现的必要保证。

（3）机械闭锁是变电站较早使用的闭锁方式，由于其是通过机械结构相互制动来实现，对闭锁功能进行试验可能会损坏设备机械部分，所以通常无法通过比较有效的试验进行检验，其功能自然也无法保证。

4月4日，甘肃兰州超高压公司330千伏炳灵变电站在进行站用变开关操作过程中，由于接地刀闸对开关小车的机械闭锁装置弹簧定位销扣入深度不够，机械闭锁装置失效，操作人员又未认真检查刀闸的分合位置，导致带接地刀闸合开关，造成主变低压侧近区短路损坏。

从此次事故来看，伏炳灵变电站在对该接地刀闸的闭锁仅采用了机械闭锁一种方式，单独使用机械闭锁的方式是比较危险的。

由此可见，机械闭锁可以作为闭锁系统中的一个辅助功能来使用，单独依靠机械闭锁的方式是不可取的。

2.4对应不同操作方式可采用的闭锁方式为了针对不同的操作方式，都能实现完备的防误闭锁功能，以下根据不同闭锁方式的特点，总结了通过不同闭锁方式组合的闭锁方案：（1） 调度操作采用的是测控装置闭锁的方式；（2） 站控层操作采用的是微机五防软件闭锁或综自软件闭锁，辅之以测控装置闭锁的方式；建议使用综自软件闭锁，由于其数据库是从本系统获得，在综自系统数据库修改后，也不影响闭锁功能的实现，同时，综自软件闭锁也属于“微机五防”的范畴。