（电气工程专业论文）新型防误操作闭锁装置在综合自动化变电站的应用.pdf

：t 盘叁堂王型熊堂鱼迨塞 摘要 随着现代化社会建浸的发展，剥电力系统的可靠性提出了越来越高的要求。电 气误操作事故约占全部电气事故的1 2 左右，往往造成人员伤亡、设备损坏、大面 积停电、电网解列等严重后果，防止电气防误操作并研究新型的适应现代变电站综 台自动化系统( s a s s u b s t a t j o na u t o m a t i o ns y s t e m ) 要求的微机防误闭锁装置成 为大家关注的难点和重点。 以前的防误操作闭锁装置如机械闭锁、程序闭锁等在特定的历史阶段发挥了 定的作用，已经逐步不能适应需要。目前“电脑钥匙”型微机防误闭锁装置作为一 点f b 种大量使用的微机防误装置，仍然存在一些不足，比如修维护工作量大，常常需要 进行人工对位，“虚遥信”技术在实际应用中存在走空程现象，对遥控操作起不到 防误操作的作用。本文作者结合本公司研制成功的a a n 一2 0 0 0 智能化微机防误网络系 统，对以前的防误闭锁装置从硬件和软件上提出了一些见解，并对微机防误闭锁装 置的运行维护提出来一些意见。研究的主要内容如下： 提出系统应采用分布式控制、结构化布线技术 锁具作为现场闭锁的执行者应既具有闭锁功能，还应具有实时采位功能， 使系统真正做到“在线”，避免“虚遥信”。 现场分布式控制器具有l e d 指示灯和蜂呜音报警功能。 使用现场c a n 总线技术，实时采集设备状态信息和对设备进行实时控制。 ，具有专家系统和智能化特点，可在线自动判别，完成闭锁功能。 工作站设置友好的人机界面和完备的功能，如参数查询、防误规则的修改、 系统图修改、系统自检等功能。 设置与综合自动化系统、调度自动化系统的标准接口，采用标准通信协议， 使信息能够共享，并能实现网络防误。 其他如人员的权限管理、解锁功能设置以及运行维护建议等。 关键词：微机防误综合自动化网络闭傲 v 土塑盔堂三! 三壁亟主堂焦垒塞 a b a t r a c t a l o n g w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h em o d e ms o c i a lc o n s t r u c t i o n ，p u tf o r w a r dt h em o r e a n dm o r eh i g hr e q u e s tt ot h ec r e d i b i l i t yo ft h ee l e c t r i cp o w e rs y s t e m t h ee l e c t r i c i t y m i s t a k eo p e r a t i o na c c i d e n ta b o u th a sa l l1 2 so fe l e c t r i c i t ya c c i d e n to rs o ，u s u a l l yr e s u l t i np e r s o n n e l sc a s u a l t y ，e q u i p m e n td a m a g e ，p o w e rc u ti nb i ga r e a ，e l e c t r i cp o w e rn e t w o r k u n t i e d ，s e r i o u sr e s u l t sa n ds oo n p r e v e n tt h em i s t a k eo p e r a t i o na n ds t u d yt h en e wk i n do f a n t i m i s o p e r a t i o nl o c k i n gd e v i c eb a s e dm i c o c o m p u t e rh a v eb e c o m ee v e r y o n e sp a y a t t e n t i o nt od i f f i c u l ta n de m p h a s i s ，a d a p t i n gt h em o d e mt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o ni n t e g r a t e d a u t o m a t i o ns y s t e m ( s a s ) t h ep a s ta n t i m i s o p e r a t i o nl o c k i n gd e v i c es u c ha st h em a c h i n el o c k ，t h ep r o c e d u r e l o c ke t c ，e x c ns o m ef u n c t i o ni nt h ep a r t i c u l a rh i s t o r ys t a g e ，a l r e a d yh a v en o ta d a p t e dt h e d e m a n dg r a d u a l l y c u r r e n t l yak i n do fm i c o p r o c e s s o r b a s e d l o c k i n gd e v i c eo f t h e c o m p u t e rk e y w a su s e di nl a r g eq u a n t i t y ，s t i l le x i s t i n gs o m es h o g a g e ，ag r e a td e a lo f s e r v i c i n gw o r k ，u s u a l l yn e e d i n gt om a n u a l l yc h e a ka g a i n s tt h ee q u i p m e n tp o s i t i o n ，t h e t e c h n i q u eo f “i m a g i n a r y r e m o t ec o m m u n i c a t i o n e x i s tt h ew a l ke m p t yd i s t a n c e p h e n o m e n a ，c a nn o tp r e v e n tt h em i s t a k eo p e r a t i o nw h e nr e m o t ec o n t r 0 1 t h ea u t h o r c o m b i n e sw i t ht h es u c c e s s f u lr e s e a r c ho fh i sc o m p a n yf o ra a n 一2 0 0 0i n t e l l i g e n t i z e d m i c o p r o c e s s o r - b a s e dl o c k i n gn e t w o r ks y s t e mb a s e dm i c r o c o m p u t e r ，l o t t ot u mt h et i n y m a c h i n et od e f e n dt h em i s t a k en e t w o r ks y s t e m ，p r e s e n t ss o m ev i e w e so nt h ep a s tl o c k i n g d e v i c ef r o mt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r e s ，a n dg i v e ss o m eo p n i o na b o u to p e r a t i n g m a i n t e n a n c e t h ef o l l o w i n gi st h em a i nc o n t e n t so fs t u d y ： p u tf o r w a r dt h es y s t e ms h o u l da d o p tt h et e c h n i q u eo f d i s t r i b u t i o nc o n t r o l ， s t r u c t u r a ld i s p o s a lo fl i n e s ， 。t h el o c kn o to n l yi st h eo n el o c a ll o c k i n gp e r f o r m e r , a n dt h a ts h o u l dc h e a k a g a i n s tt h ee q u i p m e n tp o s i t i o no nr e a lt i m e m a k es y s t e mr e a l l y “o n l i n e ” a v o i d i m a g i n a r yr e m o t ec o m m u n i c a t i o n ” t h el o c a ld i s t r i b u t i o nc o n t r o l l e rh a st h ei n d i c a t o ro fl e da n dt h eb u z z e rf o r a l a r m u s i n gt h et e c h n i q u eo ff i e l dc a n b u s ，c o l l e c tt h ee q u i p m e n t si n f o r m a t i o na n d c o n t r o lt h ee q u i p m e n t so nr e a lt i m e e x p e r ts y s t e mh a v et h ei n t e l l i g e n t i z cc h a r a c t e r i s t i c ，c a no n l i n ea u t o m a t i c a l l y d i s t i n g u i s h ，c o m p l e t et h el o c k i n gf u n c t i o n t h ew o r k e rs t a t i o ne s t a b l i s h e st h ef r i e n d l ym a r l m a c h i n ei n t e r f a c ea n d v t 土塑盔堂王矍亟堂焦鲨塞 p o s s e s s e sc o m p l e t ef u n c t i o n s ，s u c ha ss e a r c hp a r a m e t e r ，m o d i f yt h e a n t i - m i s t a k er u l e ，m o d i f yt h es y s t e md i a g r m n ，c h e c ks e l f ，e t c h a v es t a n d a r di n t e r f a c ea n ds t a n d a r dp r o t o c o lw i t ht h es a sa n dt h e s c a d a ( a t t e m p e ra u t o m a t i o ns y s t e m ) ，m a k ei n f o r m a t i o ns h a r e ，a n dc a nc a r r y o u tt h en e t w o r kl o c k i n gf u c t i o n o t h e rm a j o ri si n t r o d u c e ds u c ha st h ep e r s o n n e lp o w e r m a n a g e m e n t ，f u e t i o n s e t t i n gf o ro p e n n i n gl o c k ，a n do p e r a t i n g m a i n t e n a n c es u g g e s t i o ne t c k e y w o r d s ：p r e v e n tm i s - o p e r a t i o n ；：b a s e dm i c r o c o m p u t e r ，s a s ，n e t w o r k o c k h d v i i 占盘盔堂三! 三型熊主堂焦堡塞 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除 了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰 写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名目期：五彩妒亨 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留淦文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 一黼翩虢辎蹶 丁炉譬 上海大学工程硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 随着工农业生产和社会经济的迅速发展，近年来电力供应紧张的局面尤为明显， 电力作为： 业现代化社会活动先行官的地位越显重要，这就对电力系统的技术先进 性和运行可靠性提出了更高的要求。在电力行业中，变电站是电能发、输、变、配 过程中极其重要的一环，担负着输送和分配电能以及监控网络运行的重要作用。基 于微机型继电保护的变电站综合自动化系统( s a s s u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ， 般不加综合i n t e g r a t e d ) 对于实现电力现代化和提高电力系统可靠性以及实现减 人增效举足轻重，已经成为电力行业推行技术进步的重点和热点。 变电站综合自动化系统是以微机保护技术为核心，利用多台微型计算机和大规 模集成电路组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中 央信号系统和远动屏，代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外 界通信的缺陷“1 。变电站综合自动化系统利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功 能，不仅可以采集到比较齐全的数据和状态信息，而且可以方便地监视和控制变电 站内各种设备的运行和操作。具有功能综合化、结构微机化、操作临视屏幕化、运 行管理智能化等特征。如何加快变电站综合自动化系统的应用，提高自动化程度是 实现电力工业信息化的迫切要求，是电力工业在电子信息技术的驱动下由传统： 业 向高度集约化、高度知识化、高度技术化转变的必然需求“1 。 所谓电气误操作事故就是电气操作人员在系统运行操作时违背了操作程序和规 则而导致的事故，其危害极大，往往造成人员伤亡、设备损坏、大面积停电，甚至 引起电网的振荡和瓦解等严重后果，严重危及供电安全。“安全第一，预防为主”是 我国一贯的安全生产方针，安全也是电力系统的根本性要求，是实现供电可靠性的 基硎 ，如何防止电气误操作事故一直是电力企业关注的重点，原电力部于1 9 8 0 年就 将防误闭锁装置列为电力生产急需解决的重大技术问题。1 。为保证电业生产，我国各 级电力管理部门己制订出各项政策、法规随着我国电力事业迅速发展，各电压等 级的变电站普遍应用了综合自动化技术，实现变电站的遥信、遥测、遥控和遥调功 能，大大提高了电网的供电质量和供电可靠性。与此同时，也对变电所中防止电气 误操作闭锁装置的使用产生了重大影响，并提出了新的闭锁要求“1 ，力求完善系统的 1 上海大学： 程硕二b 学位论文 防误( a n t j - m is o p e r a t i o n ) 操作装置，从装鼹上杜绝误操作事故的发生。理沦上， 考虑了各种情况完善的防误装置( 即从措施上1 0 0 保证) 可以杜绝误操作事故的发 生。 1 2 防止电气误操作具有重要意义 在电力系统运行管理中，除设备的管理外，对人员的培训有运行设备的监视、 控制和操作，尤其是对变电站运行人员还需要强化防误操作的培训，是运行人员掌 握技能的重中之重，如正确的操作原则、操作顺序、验电和装拆接地线等，这在变 电站运行维护过程中普遍而大量地存在。而由误操作引起的事故每年都有，并且占 有一定的比重，而且危害比较大，在现代社会“安全重于泰山”的情况下，对事故 责任人和责任单位的处理极其严厉，不仅有经济上处罚、撤职以及开除，而且除事 敌伤害还对当事人的身心健康均造成很大的影响。近几年华东电网变电事故及误操 作事故统计见下表： 表i i 近几年华东电网变电事故及误操作事故统计 年份2 0 0 2 年 2 0 0 3 正2 0 0 4 芷 变电事故总次数 6 4 次9 4 次8 2 次 误操作次数 1 5 次 1 0 次 5 次 误操作比例 2 3 4 l o 6 61 从上面统计表可以看出误操作事故的比例还是比较大的，据有关部门统计，该 类事故约占全部电气事故的1 2 左右”1 ，往往造成人员伤亡、设备损坏、大面积停 电、电网解列等严重后果，严重威胁电力系统的安全运行。从2 0 0 0 年国家电网公司 颁发防止电力生产重大事故的二十五点要求( 国电发 2 0 0 0 5 8 9 号文) 以后， 通过系统内安全性评价等活动电力系统各运行单位对防误闭锁装置给予了较大的关 注，积极应用新技术新设备完善各级变电站防误操作功能，自2 0 0 2 年以来该类事故 呈明显下降趋势。因此对变电站防误闭锁装嚣尤其是新型的基于综合自动化变电站 的防误闭锁装置的研究具有重大意义。 1 3 变电站综合自动化现状 1 3 。1 国外变电站综合自动化发展概况 变电站自动化的内容包括电气设备运行参数的采集和设备状态的监视、控制和 2 上海大学： 程硕士学位论文 操作，保证变电站的正常运行和安全：在发生故障时，微机保护装置根据锁采集的 电气参数控制设备( 如断路器) 迅速切除故障“3 。国外变电站综合自动化的研究工作 始于7 0 年代，并随着微计算机技术的发展，变电站综合自动化技术于8 0 年代中、 后期快速发展。英国、意大利、法国、西德、澳大利亚等国，在7 0 年代末，新装的 远动装置都是微计算机型的，个别有用1 6 位小型计算机| ! 内，布线逻辑的远动装置已 开始淘汰。同时，监控系统的功能呈扩大的趋势，供电网的监控功能以综合自动化 为目标迅速发展。到1 9 8 4 年，瑞士b b c 公司首次推出了他们的变电站综合自动化系 统，西门子公司于1 9 8 5 年在德国汉诺威正式投运其第一套变电站自动化系统l s a 6 7 8 。 1 9 9 5 年5 月，为了配合变电站综合自动化方面的进展，国际电工委员会第5 7 技术委 员会( i e ct c 5 7 即电力系统控制和通信技术委员会，主要为电力系统的控制设备和 系统( 包括e m s ，s c a d a ，d m s 、配电自动化、远方保护、电力线载波通信，以及设计、 运行、维修) 制定标准) “变电站控制和保护接口”工作组向i e c 秘书处提交了保护 通信伙伴标准i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 ，我国与之配套的标准是d i 一t6 6 7 1 9 9 9 ”1 ，进一步 规范了控制与保护之间的通信标准，为综合自动化系统大规模应用和快速发展提供 了标准化的依据。 1 3 2 我国变电站综合自动化的发展 我国对变电站综合自动化系统的大面积研究和应用起始于8 0 年代末期，1 9 8 7 年， 清华大学电机工程系研制成功我国第一个变电站综合自动化系统，并在山东威海望 岛变电站成功地投入运行，而且达到3 8 0 年代国际先进水平。9 0 年代，变电站综合 自动化已成为热门话题，研究单位和相关产品蓬勃发展，规模比较大的有南瑞公司、 四方公司等，而且国外大厂商如西门子、a b b 等也纷纷与国内厂家合作。随着1 6 位、 3 2 位单片机及微处理器的发展，网络技术、现场总线等的出现，给变电站综自系统 的发展提供快速发展的条件。因此，9 0 年代以来变电站综合自动化的发展进入了高 潮，其功能和性能也不断完善，已经成为变电站的主导技术。 1 4 变电站综合自动化的结构和功能 变电站的综合自动化系统就是将变电所的继电保护装置、控制装置、测量装置、 信号装置综合为一体，以全微机化的新型二次设备替代机电式的二次设备，用不同 的模块化软件实现机电式二次设备的各种功能，用计算机局部网络通信替代大量信 号电缆的连接，通过人机接口设备，实现变电所的综合自动化管理、监视、测量、 控制及打印记录等所有功能。变电所综合自动化系统的结构模式可分为集中式和分 3 上海大学工程硕士学位论文 散式两种类型。集中式是传统结构形式，所有二次设备以遥测、遥信、电能计量、 遥控、保护功能划分成不同的子系统；分散式是以间隔为划分，每个间隔的测量、 信号、脉冲、控制、保护综合在一个( 保护和控制合一) 或两个( 保护和控制分开) 单元上，3 5 k v 的二次部分可直接安装在开关柜上，主变压器等的二次部分集中组屏 于控制室内“。因为主变保护或高压2 2 0 k v 及以上的线路保护的单元比较多，分散式 其中也就存在集中组屏( 如主变保护) ，严格的说就是集中分散式。目前使用较多 的是分散式的形式，典型的分散式综合自动化系统结构如图1 1 ，该图已经是结合了 图1l典犁的分散式综合自动化系统结构不意图 现场总线的分散式系统( f c s ，即f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m ) ，也是目前普遍使用 的哥十综合自动化变电站的结构形式，整个系统结构分为间隔控制层( 间隔层) 和 中央控制层( 变电站层或主控层) 。1 。 根据供电系统的实际需要，以及技术上实现的可能性以及经济上的合理性，变 电站综合自动化以计算机监控系统为核心技术，取消了常规控制、信号、测量手段 之后，来实现远方监视控制，其基本功能如图1 2 。概括来讲，就是达到“四遥”， 即遥控、遥测、遥信、遥调，具有基本的s c a d a 功能和一些综合应用管理功能。一 般来说，变电站综合自动化系统站内监控功能主要包括站内数据采集与处理、运行监 视与报警记录、设备检测与诊断、报表编辑生成修改与打印、人机刺话( 召唤数据) 与系统维护管理、计算统计、历史数据记录、事件顺序记录( s o e ) 、事故追忆、远 方通信等常用s c a d a 功能“。s c a d a 系统( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n 4 上海大学： 狸硕士学位论文 数据库 数据记录 操作闭锁 自诊断一 塑望塑l 望堕堡里 i o 接口 远方控制 人机对话 即数据采集与监视控制系 统) 的数据信息可以分为 网络管理信息、变电站运 行实时信息以及图形信息 三大类3 。 1 4 1 数据采集功能 么申仃盱直接黧罢姿 i i 豇场莰蓄孬诞b 矗玎巧滠岳粟羹t 巧再亍雨前订 及变电站相关设备的运行 图l2 变电站综合自动化功能框图 状态，是电网调度自动化 14 2 数据处理与记录功能 相关运行数据采集以后，系统对其进行统计、分析与计算，另外对各种设备动 作信息顺序记忆并登录存档。当设备动作或运行参数越限时，进行动作和越限报警 并记录下被监测量的名称、越限( 动作) 值、动作的起止时间等。 1 4 3 控制与操作闭锁 变电所内的各高压断路器、隔离刀闸、主变压器( 包括分接头) 、电容器等设 备可以通过变电所综合自动化系统屏幕进行操作“，同时为了防止系统故障时无法 操作被控设备，还保留人工直接( 就地) 操作手段。同时为防止错误操作，监控保 5 上海大学j 程硕士学位论文 护系统内使用一定的操作闭锁程序，如：操作出口具有并发性操作闭锁功能，根据 实时信息闭锁断路器、隔离刀闸的操作；适应现场接线方式的“五防”操作及闭锁 系统( 国电生 2 0 0 3 2 4 3 号文防止电气误操作装置管理规定指出“五防”即：防 止带负荷拉、合隔离刀闸；防止误入带电间隔：防i e 误分、合断路器；防止带电挂 ( 合) 接地线( 接地刀闸) ；防止带地线( 接地刀闸) 合开关( 隔离刀闸) 。) ； 屏幕操作闭锁功能，只有输入正确的操作口令和监护口令才有权进行操作控制。 1 4 4 微机保护及自动装置 微机保护是综合自动化变电站的重要环节，主要包括线路保护、变压器保护、 母线保护、电容器保护、备用电源的自动投入装置和自动重合闸装置等。根据采集 的数据对系统的运彳亍状况进行实时监控和保护，在系统故障时发异常信息机进行保 护动作，切除故障设备和线路。 1 45 远方通信 不仅能实现常规的远动功能或扩充的远动功能，如实现遥测、遥信、遥调、遥 控，而且增加远方( 操作控制中心或电力部门调度中心) 修改整定保护定值、投退压 板等。 1 4 6 人机联系功能 运行人员在当地监控系统的后台机( 或称主机) 或在远方操作控制中心的主机 或工作站上进行人机联系，主要有屏幕显示、键盘输入、操作控制和打印功能等。 1 4 7 自诊断功能 自诊断是自动化系统的一个重要功能，各单元模块应具有自诊断功能，自珍断 信息送往后台机操作控制中心，在自诊断出错时发出实时报警信息甚至关闭自身一 些相关功能。 1 4 8 强大的数据库功能 变电站综合自动化系统的数据库可存储整个供电系统所涉及到的数据信息和 6 上海大学：1 群硕士学位论文 资料信息。对供电系统而言其数据库包括一些基本信息，如：设备的型号、规格、 技术参数及数量，供电电源的有关参数，设计资料以及修试资利等。另外，数据库 还应包括供电系统的运行参数和运行状态数据，如：电压、电流、有功功率、无功 d 功率、有功电量、无功电量，开关位置，变压器分接头位置、变压器的油温、补偿 电容器的状态等。 1 4 ，9 综合管理功能 以后台盟控系统为平台，可方便的与其他监控系统接口，实现其他综合( 译作 i n t e g r a t e d 或c o m p r e h e n s i v e ) 管理功能( 如图1 3 ) ，如：火灾安全报警、视频监控、 图1 3 变电站综台管理功能示意图 主设备在线监测、无功优化和谐波管理、信息和报表管理，以及其他的一些专家系 统等等。真正使对生产全过程的控制更精确、更准确和具有更高的自动化水平。 1 5 变电站综合自动化的发展趋势 变电所综合自动化技术发展趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、 测量和数据通信一体化的方向发展。 1 5 1 计算机化 随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。现已发展到以3 2 位 微处理器为基础的微机型变电所综合自动化系统。继电保护装置的微机化，计算机 化是发展趋势。 1 5 ，2 网络化 7 上海大学： 程硕士学位论文 计算机网络作为信息和数据通信工具巳成为信息时代的技术支柱。国外早巳提 出系统保护的概念，因为继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范 围( 这是首要任务) ，还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求实现微机保护装 f 置的网络化。而且继电保护装置得到的系统故障信息愈多，则对故障性质、故障位 置的判断和故障距离的检测愈准确，这就是自适应。但要真正实现保护对系统运行 方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息。微机保护装置网 络化可大大提高保护性能和可靠性，是微机保护发展的必然趋势。 1 53 保护、控制、测量、数据通信一体化 目前，为了测量、保护和控制的需要，室外变电所的所有设备，如变压器、线 路等的二次电压、电流都用控制电缆引到主控室，所敷设的大量控制电缆不但要大 量投资，而且使二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数掘通 信一体化的计算机装置就地安装在室外变电所的被保护没备旁，将被保护设备的电 压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主控室监控终端，用 作保护的计算判断和作为测量，从主控室通过网络可将操作控制命令送到此一体化 装置。这种装置可免除使用大量的控制电缆，如果用光纤作为网络的传输介质，还 可免除电磁干扰。在故障或正常运行情况下均可完成测量、控制、数据通信功能， 真正实现保护、控制、测量、数据通信一体化。 1 5 4 智能化 近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、模糊逻辑等在电力系统各个领 域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。很多难以列出方程式或难 以求解的复杂的非线性问题，应用智能技术则可迎刃而解。例如电力系统经过渡电 阻接地的过程是一非线性问题，很难正确判断故障位置。如果用神经网络方法，经 过火量故障样本的训练，只要样本充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可 正确判别。又l v , 7 7 ，利用人工智能技术或一些专家系统，可以解决负荷预测、预期 寿命、实时优化无功力率、事故应急处理等等。 1 。6 研究内容 对变电站自动化系统的研究与开发在提高自动化元件可靠性的基础上，主要 8 上海大学工程硕士学位沦文 有两个方面的内容：其一是如何提高系统的智能化自动化水平，更好地实施无人值 班，达到减人增效的目的；其二是如何采用新的控制方式，解决由于各专业在技术 上相对独立而造成的脱节、重复投资，甚至影响运行可靠性的弊端。目前系统存在 的一些具体问题： 1 多数操作管理系统没有把微机监控系统与“五防”闭锁系统有机地结合在 一起，二者分别设置，在实际运行中不能有效地指导电器设备的闭锁操作。因此，把操作 管理系统融入微机五防闭锁系统，又能和微机监控系统有机地融为一体，应是变电站 综合自动化监控系统的必备功能 1 4 。 2元件模块化，提高可靠性以及智能判断能力。 3 标准的、全，1 t 放式的f c s 系统( 现场总线控制系统) 必将是未来的发展趋 势 1 5 ，网络结构还有待加强，网络物理介质应向光纤方向发展，尤其要符合一些大 型枢纽变电站对抗干扰的很高的要求。 4 各公司的产品应遵循统一的、开放的接口和协议标准。 5 提供各种灵活方便的系统维护、开发工具软件，比如继电保护可以根据不 同逻辑情况进行设定和出口。 6 发展图形逻辑以及数据库调用和编辑功能。 作者所在单位( 独立研创人为公司总工程师孙进波) 在2 0 0 0 年成功地独立开发、 自主研制和生产了“a a n 一2 0 0 0 智能型电气防误操作网络系统”，作者在研究初期 参与了现场安装、试运行、功能测试等工作。本课题主要是通过一种新型的防误操 作系统一- - a a n 2 0 0 0 来研究防误操作闭锁装置在综合自动化变电站的应用。研究的 重点和难点： 1 微机“五防”装置应向网络化、在线式、分布式方向设计。 2 相关硬件如锁具、网络介质、控制器的选择。 3 根据每个变电站的接线方式、运行方式的不同，灵活确定逻辑程序，并且 随着接线方式、运行方式的发展，运行管理人员可以方便的更改程序及开 展系统。 4 电气电子设备( 尤其是户外) 的抗干扰问题的解决。 5 与综合自动化后台系统( 监控系统) 的融和。 6 确定运行维护的内容。 9 上海大学： 程硕士学位论文 第二章防误操作闭锁装置的形式 2 1 防误装置的形式 传统电气防误是建立在二次操作回路上的一种防误功能，一般通过开关和刀闸 的辅助接点联锁来实现，较多地使用二次电缆1 ”。微机五防则是一种采用计算机技 术，般不直接采用现场已有设备的辅助接点，通过五防系统微机软件规则库和现 场锁具实现防误闭锁，接线简单，使用二次电缆较少 ” 。电力系统中防误闭锁操作 装置主要有如下几种形式：( 除第1 点外均为传统防误闭锁形式) 2 1 1 微机防误闭锁 采用微机或微处理器控制的电气防误操作装置，其中有能独立工作的微机防误 闭锁规则。如图2 1 所示博1 ，是目前典型的微机型防误闭锁系统。它的信息来源分实 时采集信息与间接采集信息两部分。实时信息的采集不采用设备固有辅助节点的常 规办法，而是通过并行龄昕接收变电站内远动装置信息而获得站内设备状态；问接 采集信息( 也称虚遥信) 则是通过站内的电脑钥匙下现场刈没有辅助节点的操作对 象进行操作，然后返回给防误主机进行状态更新。该防洪系统是与变电站综合自动 化系统配套的双机系统模式。 2 1 2 电气闭锁 对电气控制回路及电动操作回路实行电接点控制。 1 0 上海大学二 j ! t 硕士学位论文 2 1 3 电磁锁闭锁 利用电磁锁的锁栓对操作设备的操作部件实行机械定位控制。 2 1 4 电动锁闭锁 利用电动锁的锁栓对手动操作设备的操作部件实行机械定位控制。 2 1 。5 机械程序锁 使用的机械锁具带有程序编码性质，对操作设备的操作部件实行机械定位控制。 2 16 程序挂锁 使用带有程序编码性质( 类似于机械程序锁) 的挂锁对手动操作设备的操作部 件实行加锁控制。 2 1 7 机械闭锁 相关电气设备的机械传动部分通过连杆或连板而实现的操作设备之间的互相机 械限位闭锁。 目前，根据变电站的电压等级和主接线的复杂程度，其应用的防误闭锁系统往 往是几种不同形式的闭锁装置的综合体。如电压等级较高的2 2 0 k v 、5 0 0 k v 变电站 变电站，在电气化程度较高时( 隔离刀闸也采用电动操作) ，可以采用程序防误，即 综自一防误一体化系统：在一些接线较复杂的变电站则可使用微机“五防”闭锁装置， 往往是独立的；在一些接线较简单的较低电压等级的变电站往往使用机械程序锁加 电磁锁的防误系统则可以基本满足要求。而电厂还有基于d c s 系统的防误闭锁系统。 2 2 目前防误闭锁装置存在的问题 随着变电站综合自动化系统的推广应用，在新建和改造变电站时，随着综合自 动化程度越来越高、变电站设备日趋先进、并达到减人增效的效果防误操作闭锁 装置存在的问题越显突出，以前沿用的一些闭锁装置的形式已经不能适应需要。目 前，发电厂、变电站主要采用两种闭锁方式，一是老式的电气闭锁装置与机械程序 上海大学：| = 程硕士学位沦文 闭锁相结合的形式达到闭锁要求，二是采用微机防误闭锁装管( 分为独立运行的微 机防误系统、综自微机防误一体化系统) 。这两种操作闭锁系统均存在一些具体问题： 1 “防误拉合开关”是“五防”程序的第一步，老式变电站是采用由模拟屏上的 红、绿翻牌( 红、绿相当于操作控制把手的钥匙，各对应合、拉开关) 进行对 断路器的操作。而综合自动化变电站的开关操作是用按钮或远方微机控制，没 有硬闭锁( 如老式的红、绿翻牌形式) ，使误分、误合开关的可能性大大增加， 这个问题在目前的老变电站改造时尤为明显。而且在没有了第一步的程序，则 接下去的防误拉合隔离刀闸的程序就失去前提。 2 防误闭锁装置应以强制闭锁为优先，如机械闭锁和电气闭锁，目- h f l l o k v 及以下 变电站防误装置的选择中，仍然较多地使用机械闭锁i 】，仅能达到“三防”，有 其固有缺点，如线路有电的情况、母联兼旁路以及主变的检修接地等很难单纯 用硬件闭锁，而且根本不能融合到综合自动化的系统里面。 3 程序防误，或称为一体化防洪，也是一种电气防误闭锁形式，如变电站综自防 误、电厂d c s 防误，具有完备的实现电气防误系统的逻辑功能【2 ，但是对手动 操作设备具有很大的局限性。因为有些设备不具有电气操作回路，如手动刀闸、 设备网门以及临时接地锁等，需要另外加装转接锁具、辅助开关等。 4 国内近年来微机防误闭锁装置的开发与应用得到了较快的发展，并己逐步占据 主导地位。但现在主流产品的设计模式基本上是一致的：即五防规则的管理由 主机实现，对现场的被控设备仍采用机械锁( 编码锁) 。操作管理过程是运行人 员在微机防误模拟屏上进行操作预演，装置根据典型的专家系统( 在- ? f 1 算机和 控制器中存储了闭锁电气设备的“五防”操作规程) 对操作进行智能判断，直 至操作正确后，将正确的操作内容传送到电脑钥匙；操作人员用电脑钥匙到现 场依步骤与串在开关、刀闸、地刀等控制回路的相应编码锁进行对位操作；操 作完毕后再将电脑钥匙中的当前状态信息返回给防误主机进行状态更新，以实 现防误主机与现场设备状态的一致性。这种电脑钥匙型微机防误系统具备“五 防”功能，安装、操作方便，能与远动系统实现联机，能实时打印操作票及其 他表格等功能。缺点在于，随一次设备的改变( 包括编号、名称、设备增减等) 须及时修改装置的数据库、系统软件、电脑钥匙、编码锁等时，经常发生错误 导致维护工作量大；另一方面，搡作预演的正确性须以微机防误模拟屏能实时 反映一次没备的实际位置为前提，但早期变电站的远动系统均无刀闸、地刀的 1 ， 上海大学工程硕： 学位论文 分、合位置以及网门位置等，常常须进行人工对位2 “，而且在实际应用中还存 在走空程( 操作过程中漏项) 引起误操作的现象。由于这种模式不是真正意义 上的实时状态( 在线) 采集( 采用电脑钥匙编码的“虚遥信”技术) ，当电脑钥匙 无法得到实际的刀闸状态( 分或合) 时，可能会出现“空走程序”的问题，即 操作人员打开锁后，未进行倒闸操作就闭锁。若电脑钥匙认为操作已进行，就 会出现实际状态与电脑钥匙上传送的虚遥信状态不一致的情况【22 1 。因而不能彻 底杜绝在开关、刀闸、接地点等设备的现场实际状态与防误主机不一致时，仍 然存在发生误操作的隐患。同时，目前大部分变电站己实现遥控操作，而遥控 操作可以对微机进行无编码锁对位，因而微机防误闭锁装置在遥控站不能起到 应有的作用。 5 而且现有绝大部分的防误闭锁装置不能根据对侧变电站的状态进行闭锁判断， 即不具有网络防误功能。 从长远来看防误装置应作为综合自动化系统的部分，达到采集信息共享、操 作直观、简单易行【2 3 】，最终要求是所有的设备均能做到在线和集中监控以及自诊断 功能，并应具备网络防误功能( 如根据对侧设备的状况进行闭锁) 。目前除综自一防误 一体化系统外，绝大部分的微机“五防”装置都不能与自动化系统接口，往往自成 一体，独立在综自系统外，而且不具备自诊断和在线功能以及网络防误功能，其他 老式的如程序锁、电磁锁更加不能达到要求。 2 3 提出设计思路 防误闭锁装置应立足于适应现有变电站的改造和新建变电站的要求，以网络化、 智能型、在线式为基本设计理念，满足复杂多变的运行需要，从装置和技术措施上 做到防洪操作万无一失。概括起来讲，可以称为“六要素”思路，即：在线性、适 应型、网络化、简易性、可靠性、共享性，并达到后台五防、当地五防和紧急解锁 的基本功能。 2 。3i 在线式要求 对所有运行设备进行实时采样，对设备的运行、断开、检修这三种位置有一一 对应的位置信号结点，是“实遥信”而非“虚遥信”方式。设各能自动判断每个状 态是否满足条件以决定是开放或闭锁，真正实现自动化控制。 上海大学工程硕士学位论文 2 3 2 适应各种逻辑的多样性 根据各个变电站设备和接线的不同，管理员能根据运行要求输入设备每一个位 置的逻辑判断条件，并力求简单和随时扩充更改，是闭锁装置自动判断的逻辑依据。 2 3 3 网络化和模块化设计 采用分布式控制对每一个设备的闭锁装置( 通常简称为锁具) 进行控制，该锁 具应有尽量做到免维护、高可靠性的特点，把相关的每一个问隔做在一个现场控制 器内作为一个子模块。分布式控制器采用现场总线方式与防误主机相联，主枫的运 算和控制能力保证扩容的需要。网络化还应包括网络防误的概念。 2 3 4 简易性和可靠性 有简便的人机对话，逻辑程序可由有经过培训的运行人员进行设定，并能用模 拟操作来进行验证。安装应尽可能做到设备不停电，运行维护应简单可行，主机、 模块应长寿命有较高的可靠性。 2 3 5 集中控制以及与监控系统、调度s c a d a 系统接口等 能满足现阶段电力行业变电监控的特点，能做到远方集中 i ：i 控，并根据需要与 变电站监控系统和远方调度s c a d a 系统( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ， 即数据采集与监视控制系统) 进行接口，使资源能有效共享，并尽量使运行操作简便 易行。 作者所在单位( 独立研创人为公司总工程师孙进波) 在2 0 0 0 年成功地独立开发、 自主研制和生产了“a a n 一2 0 0 0 智能型电气防误操作网络系统”，即是遵循以上几点 设计思路。于2 0 0 2 年4 月通过中国电力科学研究院型式试验，2 0 0 2 年8 月通过国家 电力公司科技成果鉴定，该产品已经过得获得国家专利并获得江苏省电力公司2 0 0 3 年科技进步等奖，目前逐步在电力系统中得到广泛应用，并且反映良好，并逐步 完善，陆续推出了一、二、三代产品。作者在研究初期参与了系统的现场安装调试、 挂网试运行、功能测试、防误规则的完善等工作。 1 4 上海大学： 嚣! 硕： 学位论文 第三章微机防误闭锁装置硬件的实现 现代的微机防误闭锁装置，如基于电脑钥匙和模拟屏的微机防误闭锁装置，其 硬件主要有：模拟屏、控制器、电脑钥匙、编码锁、闭锁继电器以等组成【2 ”。根据 上一章提出的“六要素”设计思路，即：在线性、适应型、网络化、简易性、可靠 性、共享性( 方便的接口) 。作者认为其关键在于硬件尤其是现场闭锁执行装置的设 计首先要满足在线式和简易性的要求，而且应该具有可靠性和适应性。 3 1 现场闭锁装置( 锁具) 3 1 1 锁具的主要功能和形式 闭锁功能的执行一般可以通过两种方式实现，一种是电动设备( 如断路器和电 动隔离刀闸) ，可以直接在电气操作回路中串入通断继电器来控制发备是否能断开和 合闸，目口电气闭锁，主要通过相关设备的辅助结点连接来实现 2 6 1 ：一种是手动操作 设备( 如普通的隔离刀闸，设备检修状态时的接地) ，往往是需要外加一个装置来执 行闭锁功能，使设备在某种情况下可行开放操作功能。若某个变电站所有设备( 包 括设备所有的检修接地) 均采用电动操作，从理论上来讲，每一个设备的闭锁电气 回路可以通过若干个继电器的连接来实现。但现在一个变电站要想达到完善的闭锁 功能，仅通过电气回路的闭锁是很难实现的，不仅因为这会增加相关的电缆用量， 而且因为很多电气回路的辅助结点和通断继电器的接入使这个系统变得极为复杂， 大大增加运行维护工作量和降低可靠性。而手动操作设备依靠一个外加的装置来达 到闭锁功能，通常