變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)的應(yīng)用

毛耀紅，劉志洋，趙春山（.南京勝太迪瑪斯電力系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 004；.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司煙臺(tái)供電公司，山東 煙臺(tái) 6400；.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司招遠(yuǎn)供電公司，山東 招遠(yuǎn) 65400）

變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)的應(yīng)用

毛耀紅1，劉志洋2，趙春山3
（1.南京勝太迪瑪斯電力系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 210042；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司煙臺(tái)供電公司，山東 煙臺(tái) 264001；3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司招遠(yuǎn)供電公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

隨著智能電網(wǎng)和電力系統(tǒng)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，其對(duì)變電站防止電氣誤操作的要求也越來(lái)越高。在對(duì)防誤閉鎖技術(shù)現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，闡述了計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)的原理和技術(shù)方案，指出計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作技術(shù)適合智能電網(wǎng)和智能變電站的發(fā)展需要，將逐步成為變電站防誤操作系統(tǒng)的發(fā)展方向。

智能變電站；計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)；站控層；過(guò)程層；I/O測(cè)控模塊

0 引言

近年來(lái)，隨著通信、電子信息技術(shù)的發(fā)展和在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，變電站設(shè)備自動(dòng)化水平不斷提高。與早期的變電站相比，現(xiàn)在的變電站設(shè)備與設(shè)備、一次與二次、遠(yuǎn)方與就地之間，不再是獨(dú)立的電纜連接，而是變電站站控層、間隔層、過(guò)程層全部通過(guò)基于以太網(wǎng)的無(wú)縫連接通信?，F(xiàn)有的防誤閉鎖技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)不能滿足變電站防誤要求的趨勢(shì)。而由于智能變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)防誤操作技術(shù)能夠很好地滿足不斷發(fā)展的變電站綜合自動(dòng)化的要求，穩(wěn)定、可靠地實(shí)現(xiàn)“五防”功能，從而在防止電氣誤操作上發(fā)揮越來(lái)越大的作用，逐步成為“五防”的發(fā)展趨勢(shì)。

1 防誤閉鎖裝置現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)防誤閉鎖裝置主要有微機(jī)閉鎖、機(jī)械程序鎖（閉鎖、聯(lián)鎖）、電氣閉鎖以及監(jiān)控防誤閉鎖。這幾種裝置各有特點(diǎn)，在各等級(jí)的變電所內(nèi)的配置情況也大相徑庭。以江蘇為例，2006年之前，110 kV和35 kV變電所防誤裝置種類(lèi)較多，大都采用電磁鎖或機(jī)械程序鎖；220 kV及以上等級(jí)變電站多為微機(jī)閉鎖，2006年以后的新站都逐步采用“計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯閉鎖”與“電氣閉鎖”相結(jié)合的防誤模式。目前，微機(jī)防誤仍然是防誤系統(tǒng)的主流，而計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤系統(tǒng)也正逐步普及。各類(lèi)防誤閉鎖裝置性能比較如下。

（1） 微機(jī)防誤適合各電壓等級(jí)變電站，占有率居首位。

微機(jī)防誤優(yōu)點(diǎn)：

① 閉鎖功能完善，防誤程序?qū)崿F(xiàn)容易；

② 自動(dòng)化程度較高；

③ 安裝調(diào)試方便（必須由廠家完成）；

④ 維護(hù)方便（必須由廠家完成）。

微機(jī)防誤缺點(diǎn)：

① 電腦鑰匙抗干擾能力較低，容易出現(xiàn)邏輯混亂，程序易丟失；電腦鑰匙電池使用壽命短，需每半年寄回廠家維護(hù)一次；個(gè)別產(chǎn)品存在電腦鑰匙和充電器配合不好的情況；

② 通訊不穩(wěn)定，易中斷，數(shù)據(jù)易丟失；

③ 防止走空程序功能較弱，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也復(fù)雜；

④ 鎖具易銹蝕卡澀、插拔不靈活；

⑤ 防誤系統(tǒng)處于離線狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)與模擬系統(tǒng)不能實(shí)時(shí)對(duì)接，容易造成模擬圖和現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備狀態(tài)不能及時(shí)保持一致；

⑥ 使用電腦鑰匙操作，大大增加了運(yùn)行人員操作時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2） 機(jī)械程序鎖適用接線簡(jiǎn)單或自動(dòng)化程度不高的變電所。

機(jī)械程序鎖優(yōu)點(diǎn)：

① 功能較完善；

② 性能良好；

③ 堅(jiān)固耐用；

④ 運(yùn)行檢修人員容易掌握使用，便于設(shè)備的維護(hù)。

機(jī)械程序鎖缺點(diǎn)：

① 安裝較復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，維護(hù)工作量大；

② 如果一次接線復(fù)雜，防誤程序?qū)崿F(xiàn)比較困難，即使實(shí)現(xiàn)，操作也比較繁瑣；

③ 鎖具易銹蝕，程序鎖程序易出錯(cuò)；

④ 自動(dòng)化程度低，無(wú)法和現(xiàn)代化變電所配套；

⑤ 使用程序鑰匙操作，增加了運(yùn)行人員的操作時(shí)間。

（3） 電氣閉鎖比較適合間隔防誤，而跨間隔防誤實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。

電氣閉鎖的優(yōu)點(diǎn)：

① 防誤功能比較完善、可靠；

② 安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便容易；

③ 操作方便、簡(jiǎn)單，不增加運(yùn)行人員的操作時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度。

電氣閉鎖的缺點(diǎn)：

① 普通輔助開(kāi)關(guān)易出現(xiàn)設(shè)備輔助接點(diǎn)轉(zhuǎn)換不靈、接點(diǎn)粘死；

② 早期戶外配套電磁鎖質(zhì)量不穩(wěn)定。

（4） 計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤是變電站防誤閉鎖的發(fā)展趨勢(shì)。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤的優(yōu)點(diǎn)：

① 防誤閉鎖功能完善，防誤程序?qū)崿F(xiàn)容易；

② 在線閉鎖，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集和操作的在線邏輯判別；

③ 較高的可靠性和可操作性、長(zhǎng)壽命；強(qiáng)制閉鎖，有效地防止走空程序；

④ 完備的“五防”邏輯判別功能，如可以采集模擬量（電流、電壓等）；

⑤ 完備的操作管理功能和操作票功能；

⑥ 維護(hù)簡(jiǎn)單，工作量小，沒(méi)有電腦鑰匙，不增加運(yùn)行人員的操作時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度；

⑦ 通訊穩(wěn)定可靠；

⑧ 具備多任務(wù)并行防誤操作功能，并行操作時(shí)關(guān)聯(lián)閉鎖邏輯判別及時(shí)；

⑨ 能夠?qū)崿F(xiàn)防誤閉鎖和操作票順序閉鎖（程序化操作）；

監(jiān)控防誤的缺點(diǎn)：

① 單獨(dú)改造變電站防誤系統(tǒng)時(shí)，監(jiān)控防誤方案比較繁瑣，工作量大；新建和自動(dòng)化改造變電站實(shí)施比較方便；

② 需要和監(jiān)控系統(tǒng)密切配合。

2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)原理

計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)采用“計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的防誤閉鎖”和“本設(shè)備間隔電氣閉鎖”相結(jié)合的方式。計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)具有全站性的防誤閉鎖功能，間隔內(nèi)的縱向閉鎖采用電氣閉鎖，間隔間的橫向閉鎖由監(jiān)控防誤實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)稱監(jiān)控防誤。

2.1.1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)是“在線判別系統(tǒng)”。如圖1所示，該系統(tǒng)中變電站的所有閉鎖設(shè)備（開(kāi)關(guān)、刀閘、網(wǎng)門(mén)、臨時(shí)接地線等）都視為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，所有的節(jié)點(diǎn)都連入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)中都安裝有相應(yīng)的閉鎖裝置。所有經(jīng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的操作都通過(guò)監(jiān)控防誤模塊和I/O測(cè)控模塊防誤閉鎖邏輯判斷，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)閉鎖該項(xiàng)操作并發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警，輸出提示條文。同時(shí)，變電站還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊與集控中心和調(diào)度中心相互傳輸信息。

圖1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)原理框架

2.1.2 設(shè)備信號(hào)的采集

目前，變電站監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)能夠采集一次設(shè)備的全部位置信息，在接地刀閘、臨時(shí)接地點(diǎn)以及網(wǎng)門(mén)都配套裝有計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作專用防誤鎖。該鎖具有2副動(dòng)作接點(diǎn)（常開(kāi)、常閉各1副），這2副接點(diǎn)能夠及時(shí)的將鎖的動(dòng)作信號(hào)（設(shè)備位置信息）傳送給I/O測(cè)控模塊，列入防誤閉鎖邏輯判別。采用常開(kāi)、常閉接點(diǎn)都接入保證采樣信號(hào)可靠，防止輔助接點(diǎn)不到位影響邏輯判別。

2.2 系統(tǒng)防誤功能的實(shí)現(xiàn)

2.2.1 監(jiān)控防誤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤系統(tǒng)分為站控層設(shè)備（操作員工作站等）和間隔層設(shè)備（測(cè)控模塊）、過(guò)程層設(shè)備（防誤閉鎖接點(diǎn)、防誤鎖具等）。設(shè)備操作均通過(guò)I/O測(cè)控模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，測(cè)控模塊獨(dú)立于后臺(tái)系統(tǒng)或總控單元，相互間能以網(wǎng)絡(luò)方式通信。變電站監(jiān)控系統(tǒng)采集了一次設(shè)備的全部位置信息，這就使得控制設(shè)備時(shí)作一些條件判別是非常容易的，完全由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且可以加入電流等模擬量進(jìn)行判別，防止因開(kāi)關(guān)刀閘等傳動(dòng)件的斷裂而引起的誤操作。監(jiān)控防誤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 監(jiān)控防誤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2.2 設(shè)備操作流程

在執(zhí)行一項(xiàng)操作之前，先進(jìn)行智能模擬操作，模擬操作步驟是嚴(yán)格按照變電站運(yùn)行規(guī)則及操作票內(nèi)容進(jìn)行。監(jiān)控防誤主機(jī)中存有完備的“五防”邏輯，模擬操作時(shí)，會(huì)對(duì)當(dāng)前操作相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行邏輯判別和校對(duì)，符合條件則繼續(xù)模擬操作；若模擬操作步驟違反“五防”邏輯，系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)語(yǔ)音提示并輸出錯(cuò)誤條文。只有全部步驟都符合“五防”邏輯，模擬操作才能夠成功。模擬操作成功后，運(yùn)行人員根據(jù)模擬正確的程序逐步進(jìn)行操作。在操作過(guò)程中，監(jiān)控防誤主機(jī)與I/O測(cè)控模塊中的“五防”邏輯進(jìn)行比對(duì)，如果監(jiān)控防誤主機(jī)和I/O測(cè)控模塊中“五防”邏輯不一致時(shí)，I/O測(cè)控模塊停止執(zhí)行操作，并自動(dòng)語(yǔ)音提示。同時(shí)，執(zhí)行操作的設(shè)備新位置信息量及時(shí)反饋給I/O測(cè)控模塊并存入主機(jī)，直到整個(gè)操作任務(wù)完成。

以母線接地閘刀操作為例，其操作條件為“母線上隔離開(kāi)關(guān)都拉開(kāi)+母線無(wú)電（采集母線PT或高壓帶電顯示裝置的信號(hào)）”。在模擬操作過(guò)程中，監(jiān)控防誤主機(jī)首先讀入相關(guān)設(shè)備信息量，然后進(jìn)行邏輯判別。如果其中任何一個(gè)條件不滿足，則強(qiáng)制閉鎖，禁止模擬操作；只有當(dāng)母線接地閘刀操作的2個(gè)條件全部滿足時(shí)，才會(huì)模擬成功并執(zhí)行操作。執(zhí)行操作時(shí)，刀閘的新信息量及時(shí)反饋到I/O測(cè)控模塊，從而及時(shí)、可靠地實(shí)現(xiàn)防誤操作功能。母線接地刀閘操作流程如圖3所示。

2.2.3 監(jiān)控防誤系統(tǒng)操作流程

監(jiān)控防誤系統(tǒng)操作流程如圖4所示。

2.2.4 開(kāi)關(guān)、刀閘電氣控制回路

開(kāi)關(guān)、刀閘電氣控制回路如圖5所示。

2.2.5 軟硬件故障處理

計(jì)算機(jī)的軟硬件故障以及外界條件干擾也有可能造成誤動(dòng)作，針對(duì)此問(wèn)題，系統(tǒng)在間隔層I/O測(cè)控屏上設(shè)計(jì)2個(gè)解鎖開(kāi)關(guān)，其中一個(gè)解鎖開(kāi)關(guān)作為I/O測(cè)控模塊的開(kāi)入量，解除其閉鎖邏輯，用于特殊情況下的解鎖，但仍需要通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行操作；另一個(gè)解鎖開(kāi)關(guān)是短接回路，用以解除I/O測(cè)控模塊邏輯閉鎖的輸出，當(dāng)I/O測(cè)控模塊故障需現(xiàn)場(chǎng)近控操作時(shí)，操作此解鎖開(kāi)關(guān)解鎖。

圖3 母線接地閘刀操作流程

圖4 監(jiān)控防誤系統(tǒng)操作流程

圖5 開(kāi)關(guān)、刀閘電氣控制回路

2.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1） 在線判別、實(shí)時(shí)防誤，能穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能。在線檢測(cè)設(shè)備的位置信息，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)情況下的防誤操作。

（2） 完備的“五防”邏輯判別?？刹杉M量，并將二次設(shè)備狀態(tài)和二次壓板等錄入整個(gè)防誤系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)全站性的防誤操作。實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)制閉鎖，有效防止走空程序。

（3） 徹底摒棄電腦鑰匙。電腦鑰匙抗干擾能力較低，程序易丟失，這大大削弱了防誤閉鎖裝置的可靠性。該系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)專用防誤鎖，能夠及時(shí)將設(shè)備（電動(dòng)設(shè)備及手動(dòng)設(shè)備）的狀態(tài)信息傳送給I/O測(cè)控模塊，提高信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

（4） 故障手動(dòng)解鎖操作。在緊急情況（故障）下，經(jīng)上級(jí)審核批準(zhǔn)，可以利用配備的解鎖鑰匙進(jìn)行手動(dòng)解鎖操作。

2.4 系統(tǒng)改進(jìn)

各廠家在裝置實(shí)現(xiàn)方面、通訊規(guī)約方面存在一定的差異，甚至不同的設(shè)計(jì)單位也有不同的設(shè)計(jì)原則，不利于今后的管理。應(yīng)制作統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)選型選用原則，采用相同的通信標(biāo)準(zhǔn)，如IEC61850等。

3 系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

江蘇省電力公司自2002年開(kāi)始在一些基建變電站采用“計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的防誤閉鎖”和“本設(shè)備間隔電氣閉鎖”相結(jié)合的防誤閉鎖方式，并取得一定的突破和成效。2006年9月下發(fā)的《江蘇省電力公司變電站防誤操作技術(shù)規(guī)定（試行）》，明確規(guī)定新建變電站采用“計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯閉鎖+本間隔電氣閉鎖”來(lái)實(shí)現(xiàn)防誤操作功能，不再設(shè)置獨(dú)立的微機(jī)防誤操作系統(tǒng)。2008年和2012年對(duì)《江蘇省電力公司變電站防誤操作技術(shù)規(guī)定（試行）》進(jìn)行了2次修定，要求所有變電站均采用監(jiān)控防誤方式。截至2015年11月，江蘇省電力公司系統(tǒng)約2 000座變電站采用了監(jiān)控防誤方式，為江蘇電網(wǎng)安全運(yùn)行發(fā)揮了積極作用，收到了良好的應(yīng)用效果。其他一些省市供電公司也陸續(xù)開(kāi)始在變電站采用監(jiān)控防誤。

國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW203—2008 《110 kV變電站通用設(shè)計(jì)規(guī)范》和Q/GDW204—2008《220 kV變電站通用設(shè)計(jì)規(guī)范》，明確要求防誤操作閉鎖功能應(yīng)由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。國(guó)家電網(wǎng)公司2009版物資采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)也將監(jiān)控防誤列為變電站防誤首選方案，優(yōu)先采用。

4 結(jié)束語(yǔ)

變電站防誤操作系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)單、可靠、方便操作，可以充分保障安全。計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)是在線的實(shí)時(shí)監(jiān)控防誤系統(tǒng)，其運(yùn)行可靠性與防誤完備性提高了變電站及電網(wǎng)的防誤能力，同時(shí)還降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了操作時(shí)間。以計(jì)算機(jī)的高可信度作為基礎(chǔ)，伴隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，變電站朝著智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)將逐步成為變電站防誤裝置（系統(tǒng)）的發(fā)展方向。

1 國(guó)家能源局.DL/T1404—2015變電站監(jiān)控系統(tǒng)防止電氣誤操作技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2015.

2 國(guó)家能源局.DL/T1403—2015智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2015.

3 國(guó)家能源局.DL/T687—2010微機(jī)型防止電氣誤操作系統(tǒng)通用技術(shù)條件［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2011.

4 段新輝，高新華.變電站在線式五防技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

5 鐘連宏，梁異先.智能變電站技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

6 陳 躍，甘 羽.500 kV變電站防止電氣誤操作方案［J］.中國(guó)電力，2012，42（6）：60-64.

7 羅 欽，段 斌，肖紅光，等.基于IEC61850控制模型的變電站防誤操作分析與設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30（22）：61-65.

8 湯惠芳.淺談智能變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)［J］.電力與電工，2010，30（2）：49-51.

9 劉全亮.防誤理念、防誤原則和防誤裝置的研究與探討［J］.電力安全技術(shù)，2007，9（S）： 16-20.

10 中華人民共和國(guó)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB26860—2011電力安全工作規(guī)程發(fā)電廠和變電站電氣部分［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

11 中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).DL/T5149—2001 220 kV-500 kV變電所計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2001.

2015-09-10。

毛耀紅（1971-），男，高級(jí)工程師，主要從事國(guó)內(nèi)外電力行業(yè)防誤閉鎖技術(shù)研究工作，email：st_myhong@163.com。

劉志洋（1973-），男，高級(jí)工程師，主要從事變電站防誤操作技術(shù)和變電站設(shè)備運(yùn)維管理研究工作。

趙春山（1974-），男，工程師，主要從事電力工程管理工作。