（电气工程专业论文）集控站微机五防系统应用研究.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 随着计算机技术和网络通讯技术的飞速发展，微机继电保护、自动化系统己逐 步引入了电力系统，使变电站的管理能够达到无人值守的水平。实现变电站综合自 动化和无人值守，已经成为电网调度自动化和电力系统自动化发展的必然趋势。 本文首先深入研究了微机五防操作基本理论、系统现状和发展趋势。其次，讨 论了集控站微机防误系统应给予充分考虑的几方面问题，在此基础上设计了种新 式的微机防误综合操作系统，并详细说明了其系统构成、工作原理和功能特点。该 系统操作简单，维护工作量小，能够提高无人值守变电站的自动化水平和变电站设 备运行的可靠性。最后，介绍了十种集控站误操作系统的实施方案，并对每种方案 的优缺点进行了分析。 关键词：微机五防操作系统，集控站，变电站防误，电力系统 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e ra n dn e t w o r kc o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y ， c o m p u t e r i z e dr e l a yp r o t e c t i o na n da u t o m a t i o ns y s t e mh a da p p l i e di np o w e rs y s t e m ， w h i c hm a d et h em a n a g e m e n to fs u b s t a t i o nr e a l i z e dn o n a t t e n d e d f u l la u t o m a t i o na n d n o n - a t t e n d e ds u b s t a t i o nh a v eb e c o m ea l li n e v i t a b l et r e n do ft h ed i s p a t c h i n ga u t o m a t i o n o fe l e c t r i c a ln e t w o r ka n da u t o i m m u n i z a t i o no fp o w e rs y s t e mn o w f i r s t l y , t h eb a s i ct h e o r yo fc o m p u t e r i z e df i v e p r e v e n t i o no p e r a t i o ns y s t e mi s p r e s e n t e d t h ec u r r e n ts i t u a t i o no fs y s t e ma n dt h et r e n do fi t sd e v e l o p m e n ta l ea l s o i n t r o d u c e d t h e n ，b a s e do nt h ee m b e d d e dd i s c u s s i o n ，t h i sp a p e rd e s i g n san e wk i n do f f i v e p r e v e n t i o no p e r a t i o ns y s t e m c o m p o s i t i o n ，w o r kp r i n c i p l e ，f u n c t i o n sa n df e a t u r e s o ft h i ss y s t e ma r ea l s od e c r y p t e d t h es y s t e mc o u l db eu s e da n dm a i n t a i n e ds i m p l y i t s a p p l i c a t i o nh e i g h t e nt h ea u t o m a t i o nl e v e lo ft h en o n a t t e n d e ds u b s t a t i o n ，w h i c ha l s o i m p r o v et h es e c u r i t yo fe q u i p m e n ta n dp o w e rs u p p l y f i n a l l y , t h i sp a p e rp r e s e n t e dt e n k i n d so fc o n f i g u r a t i o no fc o m p u t e r i z e df i v e p r e v e n t i o no p e r a t i o ns y s t e m t h em e r i ta n d d e m e r i to fe a c hc o n f i g u r a t i o na r ea l s oa n a l y z e d l ib i n ( e l e c t r i ce n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f s o n gw e i k e yw o r d s ：c o m p u t e r i z e df i v e p r e v e n t i o n s y s t e m ，c o n c e n t r a t e d c o n t r o l s u b s t a t i o n ，t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o nm i s t a k ep r e c a u t i o n ，e l e c t r i cp o w e rs y s t e m 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 随着计算机技术和网络通讯技术的飞速发展，微机继电保护、自动化系统己逐 步引入了电力系统，使变电站的管理能够达到无人值守的水平。实现变电站综合自 动化和无人值守，已经成为电网调度自动化和电力系统自动化发展的必然趋势。 本文首先深入研究了微机五防操作基本理论、系统现状和发展趋势。其次，讨 论了集控站微机防误系统应给予充分考虑的几方面问题，在此基础上设计了种新 式的微机防误综合操作系统，并详细说明了其系统构成、工作原理和功能特点。该 系统操作简单，维护工作量小，能够提高无人值守变电站的自动化水平和变电站设 备运行的可靠性。最后，介绍了十种集控站误操作系统的实施方案，并对每种方案 的优缺点进行了分析。 关键词：微机五防操作系统，集控站，变电站防误，电力系统 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e ra n dn e t w o r kc o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y ， c o m p u t e r i z e dr e l a yp r o t e c t i o na n da u t o m a t i o ns y s t e mh a da p p l i e di np o w e rs y s t e m ， w h i c hm a d et h em a n a g e m e n to fs u b s t a t i o nr e a l i z e dn o n a t t e n d e d f u l la u t o m a t i o na n d n o n - a t t e n d e ds u b s t a t i o nh a v eb e c o m ea l li n e v i t a b l et r e n do ft h ed i s p a t c h i n ga u t o m a t i o n o fe l e c t r i c a ln e t w o r ka n da u t o i m m u n i z a t i o no fp o w e rs y s t e mn o w f i r s t l y , t h eb a s i ct h e o r yo fc o m p u t e r i z e df i v e p r e v e n t i o no p e r a t i o ns y s t e mi s p r e s e n t e d t h ec u r r e n ts i t u a t i o no fs y s t e ma n dt h et r e n do fi t sd e v e l o p m e n ta l ea l s o i n t r o d u c e d t h e n ，b a s e do nt h ee m b e d d e dd i s c u s s i o n ，t h i sp a p e rd e s i g n san e wk i n do f f i v e p r e v e n t i o no p e r a t i o ns y s t e m c o m p o s i t i o n ，w o r kp r i n c i p l e ，f u n c t i o n sa n df e a t u r e s o ft h i ss y s t e ma r ea l s od e c r y p t e d t h es y s t e mc o u l db eu s e da n dm a i n t a i n e ds i m p l y i t s a p p l i c a t i o nh e i g h t e nt h ea u t o m a t i o nl e v e lo ft h en o n a t t e n d e ds u b s t a t i o n ，w h i c ha l s o i m p r o v et h es e c u r i t yo fe q u i p m e n ta n dp o w e rs u p p l y f i n a l l y , t h i sp a p e rp r e s e n t e dt e n k i n d so fc o n f i g u r a t i o no fc o m p u t e r i z e df i v e p r e v e n t i o no p e r a t i o ns y s t e m t h em e r i ta n d d e m e r i to fe a c hc o n f i g u r a t i o na r ea l s oa n a l y z e d l ib i n ( e l e c t r i ce n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f s o n gw e i k e yw o r d s ：c o m p u t e r i z e df i v e p r e v e n t i o n s y s t e m ，c o n c e n t r a t e d c o n t r o l s u b s t a t i o n ，t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o nm i s t a k ep r e c a u t i o n ，e l e c t r i cp o w e rs y s t e m 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文集控站微机五防系统应用研究， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的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。 学位论文作者签名：日期：歹口肜，d 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： 日 期： 华j i ：i e 力人学i ：牲硕十学位论文 1 1 本课题研究的背景 第一章绪论 随着国民经济的发展，要求电力工业不仅能够提供充足的电能，也要提高供电 质量和可靠性，同时要求减员增效。实现变电站综合自动化和无人值守，已经成为 电网调度自动化和电力系统自动化发展的必然趋势。随着无人值守变电站的推广应 用，电力系统调度自动化信息收集与执行系统要求在线监控变电站的隔离刀闸、接 地刀、甚至接地线，以使现代化电力系统的运行具备完善的安全功能和控制手段。 变电站无人值守式微机五防操作系统正是应其而生，推动了电力系统的快速发展。 纵观近年来国内供电企业所发生的事故，其中9 0 以上由违章引起，7 0 以上 典型事故归咎于习惯性违章f 2 l 【3 1 。违章是引发事故的根源，分析各类误操作事故， 值得我们深刻反思。在我国，隔离丌关一般是手动的，没有电气闭锁装置，特别是 接地线量大，这使变电站监控出现了盲区，也易导致严重的电气误操作事故。为了 有效防止运行电气设备误操作引发的重大人身和设备事故，我国早在1 9 9 0 年就根 掘中外电气运行实践，提出了电气设备“五防”要求，并以法规形式明文规定了电 气防误的管理、运行、设计和使用原则。但是，目前大部分场站采用的防误装置并 不能完全杜绝误操作的出现。随着电力系统的不断发展，系统结构越来越复杂，每 次事故所造成的损失将是以前的数倍。变电站的电气误操作事故是一种危害性极大 的频发性事故，长期以来1 矿重威胁着屯力系统的安全运行，因此研究如何防止因电 气误操作引发的事故具有非常重要的意义。 可靠、完善的变电站防误操作系统对提高电力系统的供电质量，保证运行的经 济性和安全性有重要的作用。安全可靠是电力系统运行的基础，变电站是电能输送、 分配的枢纽。变电站一旦出现电气误操作，将导致设备损坏、系统故障、停电或人 员伤亡。 根据电力系统的运行与发展需求，丌发研制完善的变电站无人值守式微机五防 操作系统是刻不容缓的任务，而且这项工作具有重大的经济价值和社会效益。 1 2 “五防功能的定义 结合中外电气运行的实践，为了有效防止运行电气设备误操作引发的人身和重 大设备事故，我国电早在1 9 9 0 年就提出了电气设备“血防要求，并以法规形式( 能 源安保( 1 9 9 0 ) 1 1 1 0 号文) 明文规定了电气防误的管理、运行、设计和使用原则。 在设计和。实现变电站微机防误系统的过程中，设计防误方案并将之标准化的依 华北电力人学l ：稗硕十学位论文 据就是文件中所提出的“五防”。其功能的具体定义为： ( 1 ) 防止误分、合断路器。 ( 2 ) 防止带负荷分、合隔离丌关。 ( 3 ) 防止带电挂( 合) 接地线( 接地刀闸) 。 ( 4 ) 防止带接地线( 接地刀闸) 合断路器( 隔离丌关) 。 ( 5 ) 防止误入带电间隔。 1 3 微机防误系统与传统电气防误技术比较 传统电气防误是建立在二次操作回路( 即变电站的输出侧) 上的一种防误功能， 一般通过丌关和刀闸的辅助接点联合闭锁来实现。微机防误系统则是一种采用计算 机技术，用于高压开关设备防止电气误操作的装置。通常主要由主机、模拟操作屏、 电脑钥匙、机械编码锁、电气编码锁等功能部件组成。现行微机防误闭锁装置闭锁 的设备有四类：开关、刀闸、地线( 地线刀闸) 、遮栏网门( 丌关柜门) ，上述设备是通 过微机锁具( 电编码锁和机械编码锁) 实现闭锁的，上述设备的操作闭锁规则须由软 件实现。 电气防误闭锁回路是一种现场电气联锁技术，主要通过相关设备的辅助接点联 接来实现闭锁。这是电气闭锁最基本的形式，闭锁可靠。但这种方式需要接入大量 的二次电缆，接线方式较为复杂，运行维护较为困难。微机防误系统一般不直接采 用现场设备的辅助接点，接线简单，通过“i 防”系统微机软件规则库和现场锁具 实现防误闭锁。 电气闭锁回路一般只能防止丌关、刀闸和地线j 闸的误操作，对误入带电间隔、 接地线的挂接( 拆除) 等则无能为力。不能实现完整的“五防”。微机防误系统可根据 现场实际情况，编写相应的“血防”规则，可以实现较为完整的“五防”功能。只 是在微机系统故障而解除闭锁时，五防功能完全失去。 微机防误系统是计算机及网络通信技术应用于变电站自动化的结果。微机防误 系统通过软件将现场大量的二次闭锁凹路变为电脑中的防误闭锁规则库，实现了防 误闭锁的数字化，并可以实现以往不能实现或者是很难实现的防误功能，是电气设 备防误闭锁技术的一个突破。 1 4 微机防误操作系统开发与研究应用的现状 随着电力系统不断的发展，通过大龄的探索和实践中，已经形成了一套完善的 电气防误操作规则。电气防误操作装置的研究与生产，推出了各种各样的产品，如 机械程序闭锁装置，电磁闭锁装置，直到最近发展的微机编码闭锁装置等等。可以 华北电力人学i ：程硕十学位论文 说随着科学技术的进步，变电站防误操作技术也在不断地发展。 目前，在常规变电站( 即：有控制屏的变电站) 中，主要是使用的机械类闭锁、 电气联锁和微机防误三类防误装置。它们在综合自动化变电站中的应用情况为： 1 机械防误闭锁装置 ( 1 ) 3 5 k v 及以下丌关柜、手动柜仍可以机械联锁模式，实现防误闭锁。 ( 2 ) 在综合自动化变电站中，可以采用电磁锁实现防误闭锁，但电磁锁的锁具 和二次回路复杂，故障率普遍较高，检修、维护工作量大。 ( 3 ) 机械程序锁实现闭锁功能必须基于在丌关控制把手( k k ) 上加锁，而在综合 自动化站中控制屏取消后，常规控制把手已不存在。为此，若想在综合自动化站中 实现机械程序闭锁，只得在断路器的远方操作的防误闭锁功能上实现。 2 电气联锁装置 电气联锁防误闭锁装置的应用前提是变电站的全部隔离开关都必须采用电动 操作，因而，无论对于常规站，还是综合自动化站其应用均有很大的局限性。 3 微机防误装置 综合自动化变电站中，微机防误闭锁有以下3 种实现模式。 ( 1 ) 断路器闭锁由软件实现 通过微机防误闭锁软件与后台机监控软件双向通讯和信息共享，配合完成断路 器操作闭锁。即：在操作人员由后台机进行断路器操作时，监控系统向防误系统发 出申请信号，由防误闭锁系统根据由监控系统在线读取的断路器、隔离丌关的实时 状态，按照“血防”原则、能否操作的判断，传给监控系统，从而实现了对断路器 操作的强制性闭锁。 在采用上述通过软件通讯实现对断路器的操作闭锁时，需要特别注意，此时的 防误系统必须具有向电脑钥匙分部( 分块) 传输操作票的功能，或电脑钥匙能够向防 误系统回传操作信息，否则，即使实现了双向通信和信息共享，断路器操作闭锁仍 无法完成。 如：某次操作的操作票为： 合上1 9 1 1 刀闸检查合好 合上1 9 1 5 刀闸检查合好 合上1 9 1 丌关 检查1 9 1 丌关合好 合上1 9 3 1 刀闸检查合好 合上1 9 3 5 刀闸检查合好 1 华北电力人学j l ：程硕+ 学位论文 合上1 9 3 开关 检查1 9 3 丌关合好 在综合自动化变电站中，若该操作票像在常规站一样，一次性传入电脑钥匙， 防误系统将无法知道，何时应允许1 9 1 丌关或1 9 3 丌关合闸；反之，防误系统在合 上1 9 1 1 刀闸后，误合1 9 1 开关，再合1 9 1 5 刀闸时将造成带负荷合刀闸：或者在 应合1 9 1 丌关时，误合1 9 3 丌关，也将在合1 9 3 5 刀闸时造成带负荷合刀闸。，可见， 这样要么无法操作，要么可能造成误操作。上述问题，可采取以下2 种方案予以解 决。 分部传票 将一份操作票按断路器操作分成若干部分，随着操作的进行，分块传入电脑钥 匙，如上例操作票，将1 3 项首先传入电脑钥匙，操作完成第1 、2 项后。“五防” 系统等待监控系统对合1 9 1 开关的操作申请信号，此时“五防”系统只允许1 9 1 开 关的合闸操作。待第3 项执行完毕后，再将第4 7 项传入电脑钥匙，依次类推。 电脑钥匙回传 将一份操作票一次整个传输给电脑钥匙，但每当遇到开关操作时，必须将电脑 钥匙的操作信息回传给“五防”系统，仍以上述操作票为例，首先将上例操作票的 1 8 项传入钥匙，待操作完成1 、2 项后，通过钥匙信息的回传，通知“五防”系统 应进行第3 项操作，即此时只允许进行1 9 1 丌关合闸操作。 ( 2 ) 断路器操作闭锁通过锁具实现 对于保留断路器独立控制二次回路的综合自动化变电站，可在遥控执行屏的遥 控压板处并联电编码锁，实现对断路器闭锁功能。但此方案无法实现对控制、保护 合一，后台机遥控命令通过网络直接下达到丌关操作箱模式的综合自动化变电站的 防误闭锁。 ( 3 ) 部分实现“五防”闭锁 若由于某种原因，采用微机防误装置综合自动化变电站既不能实现软件闭锁， 也无法在遥控回路中加锁，在此情况下，可以在监控系统后台断路器操作界面上， 通过反复的提示和确认，实现对断路器操作的“提示性闭锁”，也可以在断路器的 转换常丌( 闭) 接点上加装验屯锁。 由于电气操作环境以及工作的特殊性，使得防误操作设备至今都不十分理想， 原因有以下几点： 操作现场在室外，防误闭锁装置长期在露天恶劣环境下工作，难以保证装置 长期运行的可靠性。可靠性设计与制造，是防误操作装置首先要解决的技术问题。 以往的防误操作装置郜是作为一个独立的装置来设计的，值班人员在考虑到 4 华北电力人学l 寸手ii 硕十学位论文 全站系统运行方式的前提下丌除操作票，并进行了操作预演。而现场操作是少数操 作人员来执行的，变电站监控系统不能对现场操作过程监控，这就难以避免由于操 作人员经验不足以及操作当时的情绪而产生的误操作。 防误操作装置，锁头量多( 多达几百个) ，分御范围广，又在现场长期运行， 目前装置还没有定期自检的能力，定期维护难以列入值班和检修人员的f 1 程。而一 旦要执行操作时，发生锁头坏死或者机构失灵，往往又不允许有维修的时间，只能 采用手动消除闭锁进行强制操作。这也是有防误操作装置，又发生误操作的原因之 一o 机械闭锁装置和电磁闭锁装置，主要问题是由于锁头以及机械闭锁机构制造工 艺差，使之不可靠；另外还有机械闭锁的方案不完善等原因影响推广使用。 最近发展采用微机编码技术的微机防误操作装置，根据操作票进行操作预演， 从而生成操作顺序，记忆在电脑钥匙中。对隔离刀闸进行现场操作时，电脑钥匙识 别编码锁正确后丌锁，转入下一步操作。可是由于种种原因开锁后隔离刀闸并未进 行操作，早期的电脑钥匙没有识别这种空操作( 或空回程) 的能力，就可以进入下一 步的操作，这无疑是微机防误操作设计中的一大问题。近期推出了一种防止空回程 锁，刀闸操作确实到位后才能进入下一步的操作，这是微机防误操作的又一进步。 但是这种防空回程锁在下述两种情况就显得无能为力： 当元件操作到位，由于各种原因接入辅助接点并未到位，此时电脑钥匙一直 处于判断等待状态，阻止下一步的操作实现。 当操作进行时，由于保护动作等原因有其他的丌关变位，此时存储在电脑钥 匙中的操作票失效，不能作为以后操作的依据，须重丌操作票。 防误闭锁经过三代的发展，可以得出一个结论：要求锁绝对可靠是不可能的， 提高制造工艺后可以做的更好些，但也不能做到绝对可靠。锁的故障率总是高于人 的错误概率，因此只能通过增加智能性和自检末弥补这个不足。 采用微机型计算机技术，一个完整的防误操作系统应该如下设计：把与现场操 作有关的控制信息和位置信息全部引入计算机系统。人工给定操作任务，智能操作 票专家系统自动生成操作票，并在大屏幕上进行操作预演，操作人员的现场操作全 部处于计算机系统的监视之下，例如山计算机系统根据操作票自动打丌某隔离刀闸 的电磁锁，不断监视操作过程中丌关变位信息，给出操作f 确或错误的提示( 如语音 操作指导) ，只有该丌关的所有操作完成后，计算机系统爿可能下令执行下一步操作。 这种方案是电力系统技术、管理和运行人员公认的最佳方案一一全过程监视的智能 化防误操作系统。 但很长一段时删，我们无法实施这一方案，主要原冈有以下几点： 华北电力人学i ：程硕十学位论文 变电站丌关现场，操作时要控制的锁数量以及要监视的丌关位置信号量太多 ( 可达上百到千个) ，采用放控制电缆实现计算机集中控制方案，费用太高，而且也 必然带来许多运行和管理的问题。 没有适用于变电站操作的计算机网络技术。许多发展比较成熟的计算机网络 技术，如n o v e l l 网、以太网等，都是适用于具有大量数据输出的要求的计算机通 信。把这些技术用于防误操作造价太高，大马拉小车，是一种严重的资源浪费，而 且这种网络用于丌关现场，还有许多抗干扰及户外环境温度的问题需要解决。 没有完善、成熟、通用和智能化的操作票号家系统。以往的操作票专家系统 通用化程度低，针对变电站、发电厂都需要重新编程，丌发周期长，成本高；缺乏 用户可维护性，系统生成后，在实际应用中需要随着现场设备配置、操作规程和操 作任务的变更而不断地修改、完善和扩充，因用户不懂计算机而难以介入，导致软 件缺乏生命力；操作票自动生成系统与五防闭锁控制及变电站培训仿真没有有机结 合在一起研究，发挥不出其协调后的潜力，所以系统功能单一，还不能彻底防止误 操作事故发生。 1 5 微机防误操作系统的发展趋势 目前，电力系统各种规程、规定、资料、文件中所提及的电气“五防”是指： 防止误分、合断路器；防止带负荷分、合隔离丌关；防止带电挂( 合) 接地线( 接地刀 闸) ；防止带地线( 接地刀闸) 合断路器( 隔离丌关) ；防止误入带电f b j 隔。为了防止这 些误操作的出现，大部分厂站都采用了防误装置，但是由于种种原因仍出现误操作。 电力系统不断发展，操作方式也发生了很大变化：远方操作、就地操作、检修 操作、事故操作、多地点操作、解锁操作。要防止上述操作方式下的各种误操作， 强制性闭锁措施是必不可少的，防止电气误操作应涵盖技术管理、权限管理、操作 管理、操作方式管理、防误设备管理、操作人员管理等多个方面，而“五防”概念 中防止误操作远远没有涵盖这些内容。这都对防误闭锁技术的系统性、完整性提出 了新要求。 在这种背景下，微机防误提出了防止电气误操作五层防线理论，为完善电气防 误体系提供了新思维。 五层防线的定义是：为防止电气误操作，在人和设备之问，用技术措施筑起的 五层防线。这一新的思维是对传统五防概念的扩展和跨越，在涵盖传统五防概念的 基础上，从设备操作过程全程防误的角度出发，采用不同的技术措施，从根本上杜 绝电气误操作的发生。五层防线结构示意图如图1 1 所示： ( 1 ) 权限管理层：该层进行权限定义，管理及分配系统中各用户的权限，保证 只有具备系统定义的权限的人，j 。有对f 、筻的设备的使剧权及操作过程的相应控制 6 华北电力人学i ：氍硕十学位论文 权。防止越权行为产生的误操作。权限管理不仅包括设备正常操作权限，还包括操 作过程的各控制权，异常操作( 如解锁操作等) 权限的管理。 ( 2 ) 唯一操作权层：对于任何设备，在任意时刻，应确保只有唯一的人员可以 取得该设备操作权。该人员取得操作权后，任何其他人员，都不能操作陔设备和相 关的设备，只有该工作人员工作结束，释放操作权，或主动将该操作权转移，其他 人员才有可能对该设备及相关设备进行操作。确保操作人员和被操作设备的安全。 ( 3 ) 模拟预演层：对经过批准的各类操作票，在执行操作前，通过模拟预演， 使用五防闭锁逻辑规则库进行正确性确认，确保操作项符合电力系统的安全规定及 运行要求。并且依据证确的判断结果生成操作解锁的步骤。 ( 4 ) 实时逻辑层：根掘现场的实时遥信，遥测值及闭锁元件的状态，通过闭锁 逻辑判断、拓扑闭锁逻辑分析，操作过程状态跟踪分析等方法形成多项判据，实现 操作过程实时解、闭锁，确保当前设备的操作过程满足安全规定及运行要求。 通过实时逻辑层可有效地解决“空程序”问题，实现设备操作实时验电、锁具 实时闭锁、多任务操作相互闭锁、锁具实时自检等功能。 ( 5 ) 闭锁元件层：针对不同电气设备，不同操作方式( 远方就地、电动手动) ， 不同操作地点采用可靠的强制闭锁方式和锁具，实现强制闭锁。 盱 人员 权限管理层 唯一操作权层 模拟预演层 实时逻辑层 誊：器：。闭锁元件层 i ，j ij j ，。兹t 。，一。，一 二，。、，i 。一- ，二。善 设备 图1 1防误操作系统的五层防线结构图 1 6 本论文主要的工作 本文结合血防的明确定义，分析了微机五防与传统电气血防的区别和联系，在 深入研究微机“防操作基本理论和系统现状的基础上，围绕变乜站防误操作系统的 7 华北电力人学 ：祥硕十学位论文 设计、开发以及智能化展丌研究及丌发工作。主要工作为： ( 1 ) 分析了微机防误综合操作系统的结构，阐述了微机防误综合操作系统的原 理，在此基础上，介绍了微机防误综合操作系统的特点，并分析了微机防误闭锁系 统实现的功能和其先进性。 ( 2 ) 说明了微机防误系统主机的设计步骤，阐述了其中的核心部分规则控制系 统，设计了系统的工作流程图，进而说明操作票专家系统的功能和特点，并以1 0 4 规约为例，介绍了应用于五防的通信规约。 ( 3 ) 分析了集控站微机防误综合操作系统的系统构成、工作原理和功能特点。 提出了集控站微机血防的十种配置方案，并分析了各种配置方案的优缺点。 8 华北l e 力人学i 程硕十学 审论文 第二章微机防误综合操作系统的原理及特点 21 微机防误综合操作系统结构 系统从结构上分为站拄层、l 隔层、过程层三层( 圈2 - 1 ) 。站控层m 防误丰机构 成，完成操作票的模拟、防谋逻辑的判断、实时状忐的采集等功能。删隔层山网络 控制器、分却式控制器、无线路由器、无线电脑钥匙构成，完成有线和无线网络的 通讯、解闭锁控制等功能。过程层山智能锁具、普通编码锁等组成，完成闭锁各种 设备的功能。 e ； h2 1防综台操n 系统结构削 整个系统d i 订线村lu t - n e t 无线两种通i | t 删络构成，防误机墟过叫络控制器， 采用有线或无线通讯7 j 式与智能锁1 、电脑钥匙通讯， h 月卤_ 匙r j 通过红外线、 u t - n e t 无线州鲳、，防误土机通汛，保证了系统状态的实叫刷新、操作过# 一的全程 班时趴踪。 竹能锁i 驶遥摔闭锁琳u 器采j i j 午总 k h 络j 人也 - 。i 拔地f | j j 一? 州锁山代，阢 一一k in曩 华北l 乜力人学i ：科硕十学位论文 止雷击、干扰、直流接地等故障对系统造成影响。系统具备完善的自诊断功能，一 旦发现潜在的故障，立即启动报警，以便工作人员及时处理。 2 2 微机防误综合操作系统工作原理 2 2 1 三种工作模式 本文在广泛应用的u t - 2 0 0 0 系列微机综合防误操作系统基础上，引入系统总线 式有线网络和微功耗u t - n e t 无线网络两种传输方式通讯，防误主机与无线电脑钥 匙以及现场锁具之1 1 日j 实现实时通讯。系统对操作任务实时在线传输并跟踪监控，根 据当自仃实时信息对闭锁逻辑进行判断，并对整个操作过程进行控制。 系统支持三种工作模式：有线实时模式、无线实时模式、综合实时模式。常规 状态下，由有线网络或无线网络构建实时数据传输通道，保证系统状态的实时刷新、 操作过程的全程实时跟踪等功能，有线与无线两种网络通道互为冗余，使系统更加 安全可靠。同时，系统既支持在线操作，也兼容离线操作，为操作人员提供更为灵 活方便的操作手段。 综合实时模式 无线实时模式有线实时模式 图2 - 2防误综合操作系统三种丁作模式 ( 1 ) 有线实时模式：防误主机通过网络控制器和电缆直接与现场智能锁具相连 接，并对其进行解闭锁控制。当某一项操作任务模拟预演完成后，防误主机通过网 络系统控制现场相应设备的解闭锁。整个操作过程无需电脑钥匙干预，在显示器或 触摸屏上顺序并完整显示，自动依次解闭锁。 ( 2 ) 无线实时模式：防误主机通过无线电脑钥匙和u t - n e t 无线网络与现场锁具 交互通讯并对其进行解闭锁控制。当某一项操作任务模拟预演完成后，防误主机通 过无线电脑钥匙对现场相应设备进行解闭锁，整个操作过程在无线电脑钥匙的上传 下达作用下，在显示器或触摸屏上顺序并完整显示，手动依次解闭锁。 1 0 华北电力人学1 ：稃硕十学位论文 ( 3 ) 综合实时模式：有线与无线模式的交互使用。即防误主机既可通过网络控 制器直接与现场锁具相连并对其进行解闭锁控制，又可通过无线电脑钥匙和u t - n e t 无线网络与现场锁具交互信息并对其进行解闭锁控制。 2 2 2 系统闭锁方式 ( 1 ) 断路器、电动刀闸等设备，采用遥控闭锁继电器进行闭锁； ( 2 ) 状念通过辅助接点上传给监控系统的手动刀闸等设备，采用普通编码锁进 行闭锁； ( 3 ) 临时接地线、网门等监控系统无法通过辅助接点采集其状态信号的设备， 采用智能锁具采集其状态并进行闭锁。 2 3 微机防误综合操作系统特点 本文提出的防误综合操作系统结合计算机、通讯、工业设计技术等多种学科， 基于安全实用的设计理念，具有较强的可操作性和完善的防误闭锁功能。 ， 2 3 1 双网络多模式操作方式 系统采用双网络：系统支持有线和无线两种通讯方式，两者既可单网运行，也 可交叉运行，互为备用，提高了网络运行的可靠性；支持红外线( i r d a ) 平f i 无线网络 接票两种方式，具有在线和离线两种操作模式，支持智能锁具和普通编码锁具的解 闭锁；集信号采集、解锁控制、自诊断等功能于一体，可在线控制解闭锁，也可 用电脑钥匙进行解闭锁。 在单任务分组操作时，防误主机按照操作票的操作顺序，将同一操作任务分解， 山多组人员操作，多组人员的操作顺序由防误主机控制，严格按操作票执行：防误 主机可在满足血防原则与不能交叉作业的自，j 提下，支持多个操作任务并行执行；实 现单人操作远方监护，并使单人操作全程防误。 2 3 2 完善的实时防误闭锁功能 防误主机通过分和式控制器或无线电脑钥匙上传的实时数据，使设备状念实时 在线，确保防误主机显示的设备状念与现场的设备状念完全一致：系统可采集设备 实时状态，在某操作任务进行时，防误主机可根据设备位置状念的变化，对当前操 作进行实时逻辑判断，确定操作是否继续：整个操作过程自动根据模拟操作票的顺 序进行，防误主机直接控制或通过无线电脑钥匙控制现场锁具的解闭锁，被操作设 备的状态和锁具状念经采集后，通过有线网络或u t - n e t 无线网络反馈给防误主机， 并实时显示在防误主机的操作界面上。在检测到当前操作的设备状态f 确变位后爿 ) l ：放下步的操作，有效防【i ：操作中走“窄程序”等问题。 华北电力人学一i - t ! u 硕十学位论文 系统采用遥控闭锁继电器对监控操作实施硬接点强制闭锁，即操作回路中串联 接入闭锁常丌接点。防误系统进行模拟预演后，依次控制遥控闭锁继电器接点吸合， 监控系统爿能对相应设备进行操作。可有效解决当地监控系统或通讯系统由于雷击 或软、硬件故障、干扰等造成的误动作，也可防止在集控站远方操作或当地监控操 作中，由于运行人员操作不当所造成的误操作；并具有完善的解锁方式： ( 1 ) 有线或无线网络j 下常时，通过网络控制器或无线电脑钥匙进行在线解闭锁 操作； ( 2 ) 有线或无线网络异常时，使用电脑钥匙的常规功能，按操作票手动依次进 行解闭锁操作； ( 3 ) 电脑钥匙故障时，由机械式紧急解锁钥匙解闭锁； ( 4 ) 智能紧急解锁。在事故处理时，可不经模拟，直接启动电脑钥匙紧急解锁 功能，对现场设备进行有五防闭锁的紧急解锁操作。 防误主机可实时检测所有在线装置的运行状况，包括网络通讯状况和现场在线 智能锁具的运行状况。如果有异常情况，系统自动定位故障点，实现整个系统的自 动诊断及处理。 2 3 3 智能锁具 智能锁具具有统一的总线接口，支持以总线方式组网，即使采用有线模式也比 传统电磁锁使用的电缆数量大大减少；具备防误主机直接操作、电脑钥匙操作双接 口；集信号采集、解闭锁控制、自诊断等功能于一体，是测控一体化高智能锁具， 使网门、临时接地线等设备的状态的实时采集成为可能；具有完善的解闭锁功能； 安装灵活简便。 2 3 4 移动操作终端 电脑钥匙可切换成移动操作终端模式。电脑钥匙具备无线接口，可与防误主机 实时通讯，从而将防误主机的部分功能从鼠标键盘、触摸屏按钮转移到电脑钥匙上。 同时将防误主机的人机交互信息显示在电脑钥匙上，电脑钥匙变成一个移动操作终 端，为运行人员提供远程操作功能，在现场直接控制电动设备，设备是否到位一目 了然。 无线电脑钥匙紧急解锁功能也是移动操作终端的一种具体应用形式。 2 4 微机型防误闭锁系统实现的功能及其先进性 电力系统都强调“狠抓习惯性违章、防止误操作事故”。但却屡禁不绝。其原 因就是确! 简单性、常规性的。l ：作中，对存在的一些潜在风险和危害冈素失控。总的 1 2 华， 匕电力人学i ：程硕十学位论文 来说，对电气误操作总是“防了又防”，可实际却是“防不胜防”。 如今，随着电力企业管理的现代化、标准化，人们对防误系统解决实际问题能 力的要求也逐渐提高。传统防误闭锁方式的安全技术组织措施和防护手段不到位， 不能严把操作质量关，不能满足同益提高的安全性需求。事实上，所有的变电站综 合自动化系统都无一例外地采集到断路器、隔离丌关等诸多设备的遥信量，因此， 利用综合自动化系统提供的这些信息再辅以适当的硬件即可实现微机型防误闭锁 系统的功能，为电气运行人员创造灵活的操作方式和安全的操作坏境。 本文在充分理解并熟练掌握系统深层设计丌发的前提下，深入挖掘数据库信息 的科技含量，并进行扩展和创新，使这套微机防误闭锁系统与其他系统相比，具有 丰富的特性和内在的潜能。 2 4 1 防止空行程 目前变电站普遍使用的防误装置和防误措施，由于存在一些问题，而影响其防 误作用。其中一个主要问题是有空行程，而本套微机防误系统彻底地解决了空行程 问题。 ( 1 ) 倒闸操作时，电脑钥匙只能遵循操作票的顺序执行，既不会漏项，也不会 跳项，保证每项操作的唯一性。 ( 2 ) 操作进行中，不解锁或解锁后又误合上，电脑钥匙不执行( 无法执行) 下一项 操作，始终停留在本项操作上，要求操作人员重新操作。 ( 3 ) 解锁后不操作，此时电脑钥匙显示器上显示“检查x x 确在x x 状念”，以 提醒操作人员进行核对，而不显示下一项操作内容。 ( 4 _ ) 如果操作不到位，即在操作中途停下来，未完成整套操作，则防误锁锁不 上。针对不同类型机构的特点，分析发生误操作的可能性，考虑主、客观因素的影 响，对不同电压等级的隔离丌关、接地刀闸以及网门等采取具体措施，增加不同的 附件达到防空行程的目的。 ( 5 ) 操作到位但未锁住，此时电脑钥匙无法确认设备状态，不显示下一项操作 内容，直到把防误锁锁好。 到目前为止，变电站内隔离丌关、接地刀闸、临时接地线、网门等都已达到了 防空行程的目的，大大地提高了操作质量。 2 4 2 防止误操作 近年来，带负荷拉、合隔离丌关、带电挂地线、带接地线送电等误操作接连发 生，造成人身伤亡、设备损坏，带来无法估量的损失，因此，防止误操作是电力系 统运行人员防止事故的关键。微机防误系统具有丌探作票和预演操作票的功能，是 华北电力人学：i ：科硕十学位论文 避免电气误操作最有效的技术手段。 ( 1 ) 系统具有专家诊断功能。丌( 或预演) 操作票时，一旦出现“五防”( 即防误 分合断路器：防止带负荷拉合隔离丌关：防止带电挂接地线或带电合接地刀闸；防 止误入带电问隔；防止带接地线或合接地刀闸送电) 中的任一种情况，防误系统便立 即提示：“操作错误”，拒绝执行，同时给出正确的操作提示( 有时一种，有时多种， 视运行方式而定) ，直到操作币确无误才下传到电脑钥匙，同时还可以打印操作票。 ( 2 ) 电脑钥匙能显示每项操作的序号和具体的操作内容。为操作人员提供了方 便，同时也起到正确的引导作用。 ( 3 ) 如果操作人走错f n j 隔或与操作对象不符，电脑钥匙发出告警声响，拒绝执 行，告诫运行人员进行核对。 ( 4 ) 能有效地防止误分、误合断路器。根据断路器本身的特性，对分合断路器 提出更高的要求。 ( 5 ) 对附有电动机构的隔离丌关的防误。结合变电站电动隔离开关的操作方式 多样性的实际( 用电动机操作，既可以遥控，也可以就地操作；不使用电动机，还可 以手动操作) ，决定加装防误锁。一方面是防止值班人员操作错误：另一方面是防止 非值班人员误动设备。 ( 6 ) 操作任务和操作内容f b j 形成制约关系，杜绝操作任务和操作内容之间不对 应。由于主观原因，可能会出现如下情况，“2 2 0 k v x x 线线路停电检修”，虽然操作 任务明确，但是操作内容可能是其他馈口停电的项目，造成任务与内容之f n j 脱节， 微机防误系统能够避免这种错误，丌操作票时，一旦操作任务被确定，就能够保证 内容正确，绝对不会停错馈口。随着综合自动化程度的不断提高，其它方面的防范 措施f 逐渐完善。 ( 7 ) 丌操作票过程中可充分发挥遥信量的作用。由微机自动识别设备状态和设 备参数、属性等，减少人为因素的影响，将主观的因素客观化。例如，“检查x x 丌 关在合位”，此项内容中的合位，取自遥信量，克服并解决了人为再判断的问题。 出系统主机自动识另4 并直接反映到操作项目中，真正达到了防误和高效的综合与统 一o 2 。4 3 防误与监控一体化 监控系统已实现了“四遥”功能，但是对于无遥信的设备( 如所内部分隔离丌关 和接地刀闸) ，其状态信息不能直接由监控系统采集出来，而在监控系统中需要监视 其状态，若设备状态不反映出来，势必干扰值班人员的工作。微机防误系统解决了 这一难题。 ( 1 ) 防误系统弥补了监控系统的不足。防误系统利用综合自动化