一体化五防技术及其应用.doc

一体化五防技术及其应用周俊礼，蔡 颖（江苏南京溧水供电公司，江苏 南京 溧水 211200）摘要：一体化五防系统，为无人值班变电站的操作，提供了可靠的保证，避免了操作过程中的错误。文章从一体化五防的系统组成、技术特点、闭锁方式进行了深刻交代，对五防系统的可行性和必要性进行了分析。五防系统包括五防通道建设，五防通道通常采用串口RS-232和网络通道两种，对它们的测试尤为重要，为判断故障提供了依据。文章最后展望了IEC61850标准的独立微机五防系统。关键词：一体化五防系统；闭锁方式；五防通道；IEC61850标准0 引言随着变电站无人值班的全面推广，变电操作将是远程遥控操作，为了防止操作过程中可能出现的错误，变电站防止误分合开关、防止带负荷拉合刀闸、防止带电合接地刀闸、防止带地线合闸和防止误入带电间隔，即所谓的变电站五防系统应允而生。一体化五防系统由站控层防误和间隔层防误两层构成。五防系统信息量不大，但是可靠性要求极高，所以该系统通常使用串口RS-232作为变电站到集控站的传输通道，但也有采用网络通道来传输的。由于串口RS-232接口简单、方便，所以得到了广泛的应用。1一体化五防的技术特点和闭锁方式一体化五防系统应由站控层防误和间隔层防误两层构成，站控层防误包括防误闭锁软件系统、电脑钥匙及锁具，间隔层防误是由测控装置的软件逻辑闭锁来完成。1.1防误的技术特点客户端数据同步服务器图形界面实时数据库实时数据库遥控申请规则检测五防服务器进程图1 一体化五防服务进程首先防误应采用与自动化系统一体化的模式，指在逻辑意义上防误闭锁软件与自动化系统融为一体，具体指：（1）防误闭锁软件与自动化系统具有统一的数据库，五防模块与自动化系统的其他应用模块一样从同一个实时库获得数据；（2）防误闭锁软件与自动化系统具有统一的数据库组态，五防数据直接从自动化系统数据中挑选测点，编辑五防属性，如合分规则，操作术语等。（3）防误闭锁软件与自动化系统具有统一的画面编辑，可以直接采用自动化系统的画面作为五防的画面，不用重新制作。其服务进程如图1所示。在具体实现上，防误闭锁软件可安装在操作员站上，应采用单独设立一台微机五防工作站的方式。1.2主要设备的闭锁方式1）断路器变电站中的断路器有四种操作方式，调度/集控操作、站控层操作、测控屏操作和现场就地操作，五防系统一般对前三种操作方式采用不同的闭锁方式实现闭锁。一是对调度/集控操作采用间隔层防误闭锁方式；二是对站控层操作正常采用的方式是站控层和间隔层防误闭锁方式；三是测控屏操作应采用间隔层防误闭锁方式。2）电动刀闸电动刀闸有多个地方可以操作：调度/集控操作、站控层操作、端子箱、刀闸机构箱，正常运行时再远方遥控和端子箱操作，刀闸机构箱仅作为检修时的操作方式。针对三种不同的操作有不同的闭锁方式。一对调度/集控操作采用间隔层防误闭锁方式；二对站控层操作正常采用的方式是站控层和间隔层防误闭锁方式；三在端子箱采用电气编码锁方式闭锁；四在电动刀闸的机构箱门上加装机械编码锁，将机构箱门锁上。2一体化五防及其可行性和必要性分析2.1在线式一体化五防在上述的一体化五防设计中还需使用各类编码锁，还需手工开锁，为进一步提高运行可靠性、减少人为误操作，目前还提出了在线式一体化五防的功能，提供了免开锁操作的全程的、实时的五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁。其主要改进在于：（1）在测控装置增加后台系统可控制的单独监控五防闭锁节点（JKWF），串入设备的控制回路，可确保操作满足五防逻辑判断和操作票顺序闭锁判断。（2）测控装置单独控制的测控五防闭锁节点（CKWF），串入设备的控制回路，即使在后台监控系统故障的情况下，也可确保操作满足间隔层的五防逻辑判断。（3）增加具有遥控分合功能的空气开关，由测控装置自动控制。在操作的时候，只有监控五防闭锁节点(JKWF)闭合的情况下，操作才能出口。监控五防闭锁节点（JKWF）默认都是打开的，从而可以保证遥控出口接点抖动不会引发误操作。对于测控装置，不仅要接收正常的遥控令，好要接收五防模块发送的闭锁令和解锁令，来控制监控五防闭锁节点（JKWF）的打开和闭合。当运行人员根据操作票预测后，系统就有了和操作票对应的操作序列。在每一步操作之前，后台系统在对当前操作步骤进行五防逻辑判断，判断满足后，将相应测控的监控五防闭锁节点（JKWF）闭合。因此监控五防闭锁节点(JKWF)闭合就意味着经过了五防逻辑判断和操作票顺序闭锁判断。2.2一体化五防系统应用的可行性和必要性分析从目前应用来看，独立的微机五防系统还在大量应用，但深入分析独立的微机五防系统仍存在一些不足之处：（1）独立的微机五防系统的运行完全依赖于其与变电站自动化系统服务器的通信，且目前通讯规约、通讯接口都没有国家或行业标准来进行规范，在工程时需进行大量的调试工作，有时存在通信稳定性问题；（2）独立的微机五防系统的数据库；画面等都不能与变电站自动化系统通用，需重新制作，增加维护工作量和系统复杂性，维护不善有可能导致两套系统的数据、画面不一致的情况，严重影响系统的安全。（3）独立的微机五防系统都是运行在PC机上，无法实现多层的防误闭锁，特别是目前PC机的稳定性不是十分理想。以上提到的独立微机五防系统的劣势正是五防系统的长处，它与变电站自动化系统无缝融为一体，所有数据均在同一平台上，系统简单清晰，且能利用间隔层防误实现多层次的防误体系，即使在站控层计算机全部故障的前提下，仍能依靠测控装置实现装置级的闭锁，是一种非常稳定可靠的防误体系。3五防系统的通道建设五防系统要投入使用，总是离不开传送通道，要把五防的信息传送到集控站，通常的传输通道有数字通道（串口RS-232）和网络通道两种。3.1 RS-232原理在数字通信中，无论哪种定义(V.24、V.28、V.35)的接口，其传送过程实质上都是RS-232简易连线的接口，由收、发、地三根线构成，在RS-232接口上传输的信号是数字码流，只有“0”和“1”两种状态。光纤通信PCM设备中，RS-232的组成如图2所示，其传送过程是：数字信号由集控站站五防系统服务器“发”出，到集控站PCM的数字接口“收”入，经过（光纤）通道传输到变电站PCM数字接口“发”出，送到变电站当地终端，这是从集控站发往变电站的通道。同样的，还有一个从变电站“发”到集控站“收”的通道。光纤/收收收收地地发发发发变电站集控站五 防服务器当 地终 端PCMPCM图2 RS-232的组成 3.2 RS-232的测试数字通道采用收、发短接的方法测试。从上述数字远动通道的传输过程可以看出，对数字远动通道的测试，就是RS-232接口的测试。其原理很简单，如图3所示，只要将末端的A、B两点连接起来，始端接到PC机的COM口上，用测试软件发一批数据包，接收后进行比较，得出百分比。RS-232的测试软件很多，可以在网上下载。RS-232AB收发P C电脑图3 数字五防通道的测试原理这样一来，我们要做的工作就是如何在变电站将RS-232（数字接口）的收与发环起来，也就是只要将相当于图3中的A、B两点接通，就能在集控站端用PC机，顺利的对数字远动通道进行测试。3.3网络五防通道的构成与测试网络五防通道由集控站五防装置，光传输设备以及变电站五防装置构成，如图4所示。以太口192.168.100.51192.168.100.21192.168.100.11网络通道光纤以太口192.168.100.1集控站五防装置变电站五防装置SDH光传输设备SDH光传输设备图4 网络通道的构成网络通道采用Ping IP地址的方法测试，从图4中可以看出，测试时只要在集控站五防装置上Ping各个点的IP地址即可。首先，Ping集控站端五防装置的端口地址：C: ping 192.168.100.1Pinging 192.168.100.1 with 32 bytes of data:Reply from 192.168.100.1: bytes=32 time1ms TTL=64Reply from 192.168.100.1: bytes=32 time1ms TTL=64Reply from 192.168.100.1: bytes=32 time1ms TTL=64Reply from 192.168.100.1: bytes=32 timeping 192.168.100.11同样的，Ping 变电站SDH光传输设备的以太网端口地址：C: ping 192.168.100.21以及，Ping 变电站五防装置的IP地址：C: ping 192.168.100.51Pinging 192.168.100.51 with 32 bytes of data:Reply from 192.168.100.51: bytes=32 time1ms TTL=128Reply from 192.168.100.51: bytes=32 time1ms TTL=128Reply from 192.168.100.51: bytes=32 time1ms TTL=128Reply from 192.168.100.51: bytes=32 timeping 192.168.100.21Pinging 192.168.100.21 with 32 bytes of data:Request timed out.Request timed out.Request timed out.Request timed out. Packets: Sent = 4, Received = 0, Lost = 4 (100% loss)或者用Tracert命令测试时，出现如下情景：C: tracert 192.168.100.21Tracing route to 192.168.100.21 over a maximum of 30 hops1 1 ms 10 ms 10 ms 192.168.100.12 2 ms 1 ms 1 ms 192.168.100.113 * * * Request timed out.4 * * * Request timed out.就表示该处产生了故障，同样道理，如果Ping或者用Tracert命令，测试到哪一级出现的问题，说明该网络通道在那一级产生了故障，需要维护人员去检修。4结束语值得一提的是，IEC61850标准应在国内积极应用，集控站和变电站内的设备均应支持该标准。目前国内支持IEC61850标准的独立微机五防系统尚未在市场上出现，而自动化系统科研单位均在IEC61850技术的研发方面有着雄厚的技术力量，一体化五防系统伴随着新一代支持IEC61850标准的变电站自动化系统的同时，供广大用户所采用，避免了IEC61850新技术应用的初期五防系统无法使用的尴尬局面。参考文献：1 陈炯聪，高新华.变电站五防技术研究与应用.2009电力自动化创新论坛论文集2 周俊礼,傅吉俊.简单实用的数字远动通道检测方法.电力系统通信. 2005,26(7)3 周俊礼,刘东,总文