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第1
—1—
微机网络电气五防闭锁系统的研究
苏军
山东菏泽供电公司
摘要:
目前各类“五防”闭锁系统在防止误操作方
面起到了重要作用,但以往的“五防”闭锁系统
尚存在重大缺陷,尚未达到电力系统对“五防”
闭锁系统的要求。
根据安全生产的实际需要,本
文应用微机网络技术研究新一代微机网络五防
闭锁系统,通过计算机网络对所有设备的实际分
合状态设备分合状态进行强制性对位,并利用曲
嵌的“五防”闭锁逻辑对操作过程进行逻辑校验。
现场操作的每一步均依据模拟操作顺序在微机
的控制下,严格防止了“带负荷拉合刀闸”、“误
拉合开关”、“带地刀合闸”、“带电合地刀”。
在
地桩上设置了地线号识别装置、锁具及地线管理
器,确保了“防止带电挂地线”和“防止带地线
合闸”。
同时将网门作为独立设备设置了程序锁
纳入到防误闭锁控制系统中,有效防止了“误入
带电间隔”,从而在真正意义上实现了五防的效
果;是微机电气五防闭锁装置的发展方向。
关键词:
网络电气五防闭锁技术报告
前言:
“五防”闭锁系统是我国电力
系统对发电厂、变电站输配电过程
中防止发生倒闸误操作的一种控制
系统。
主要是以技术手段限制:
误
入带电间隔;误拉合开关;带负荷
拉合刀闸;带电合地刀(挂地线);
带地刀(地线)合闸。
[1]
倒闸误操作,历年来多次在电
力系统重复引发严性事故,是关系
变配电安全的关键之一,也是电力
行业下决心根绝字全隐患的重要环
节。
电力系统在防误操作方面已经
建立了完善的组织管理措施,在技
术措施方面也先后推也了多种机械
锁、机械编码锁“五防”闭锁系统
和微机“五防”闭锁系统。
现场应
用表明,尽管各类“五防”闭锁系
统在防止误操作方面起到了重要作
用,但截止目前为止,各类“五防”
闭锁系统尚存在重大缺陷,尚未达
到电力系统对“五防”闭锁系统的
要求。
为此,根据安全生产的实际
需要,研究新一代微机网络五防闭
锁系统。
传统防误闭锁与现代微机网络
五防技术相比,传统电气防误是建
立机械闭锁或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。
微机五
防闭锁则是一种采用计算机技术,
—2—
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、模拟屏、
电脑钥匙、机械编码锁、电气编码
锁等功能元件组成。
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
(开关柜门),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,对上述设备须由软件编
写操作闭锁规则。
而微机网络五防
闭锁装置是微机闭锁的发展方向。
微机网络电气五防系统与传统防误
技术比较:
a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;机械闭锁更是如
此。
b微机五防系统一般不直接
采用现场设备的辅助接点,接线简
单,通过五防系统微机软件规则库
和现场锁具实现防误闭锁。
c电气闭锁回路一般只能防
止开关、隔刀和地刀的误操作,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“。
d微机五防系统可根据现场
实际情况,编写相应的“五防”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。
另外,
微机五防系统还存在操作过程中漏
项导致误操作的问题。
e微机网络五防闭锁系统则
可以实时检测供电设备的运行状
态,应用内部的防误程序提供正确
的防误方案,从而可以灵活的具有
以往五防系统的各种功能,还可以
有效的防止操作过程中漏项导致误
操作的问题及操作过程中的设备变
—3—
位问题。
1系统目标
a、设计一套自适应于一次系统
结线方式的内嵌“五防”闭锁逻辑。
b、开发可方便地在计算机大屏
幕上进行操作的内嵌逻辑的模拟操
作系统。
c、实现所有设备分、合位置的
强制性实时对位。
d、充分利用现代微电子技术,
实现完善的地线管理功能。
e、对各类操作者进行严格的IC
卡身份限制。
f、在遇有紧急操作时,能进行
“五防”逻辑控制下的解锁操作。
g、实现多个操作任务下的并行
操作功能。
h、设计制造方便可靠的“五防”
闭锁锁具。
i、设计方便实用的机械万用钥
匙,以备在控制系统出现故障时,
实施组织措施保证下的解锁操作。
2设计原则
a、紧紧围绕防误操作的主题,
强化防止各类误操作发生的功能,
而简化与防误操作关系不甚密切的
华而不实的功能。
力求主体功能完
善,辅助功能简单实用。
b、硬件可靠性要高。
在规定寿
命期间内基本不出故障。
c、软件应用性要好。
不允许有
逻辑错误和代码错误,不允许有因
软件问题而造成系统运行异常中止
或者死机的现象。
d、易操作性。
“五防”闭锁系
统的操作应简单明了,且第一步操
作都应有提示与帮助信息。
e、可维护性强。
对控制系统的
各类故障和操作错误应有明确的提
示。
3系统构成
微机网络“五防”闭锁系统由
模拟操作与控制计算机(下文简称
上位机)、IC卡及其读写器、现场控
—4—
制器、地线管理器、各类锁具、状
态传感器、地线桩、地线头、网络
通讯控制卡等硬件及“五防”闭锁
控制软件组成。
3.1现场控制器:
主要由单片微
机、电力线通讯接口、脉冲式电磁
锁控制电路、设备状态检测电路及
控制软件等部分组成,用于对刀闸、
电动刀闸、地刀、地桩、网门、开
关把手、开关位检等设备的锁具控
制及设备分、合位置检测。
3.2地线管理器:
主要由单片微
机、电力线通讯接口、地线头读取
电路、LED指示电路、地线管理器控
制软件及地线管理器壳体等部分组
成。
用于地线号的识别、取出与装
回地线指示及合闸前强制送回地线
的检测。
3.3IC卡及其读写器:
主要有单
片微机、IC卡读写头、RS232接口
及IC卡读写软件组成。
用于对各类
操作人员的身份IC卡进行读写操
作。
本系统应用的IC卡为加密型IC
卡,用于储存操作人、监护人、值
班负责人、设备维护人、系统管理
员的姓名、密码及权限。
3.4“防误”锁具:
主要有锁体、
锁销、驱动线圈、开锁指示LED、防
雨罩等部分组成,用于设备分合位
置的确定。
3.5状态传感器:
主要用非接触传
感器芯片、壳体及被检测目标体共
同组成。
3.6地线桩、地线头
地线桩由桩体、脉冲式电磁锁、
地线头识别装置、地线头锁定机构
及地线桩防雨罩组成。
完成对地线
拆挂的控制及地线锁定。
地线头由地线联接与锁定部分
及地线编号电路组成。
该地线头使
每一地线具备控制器可识别的唯一
编号。
3.7网络通讯控制卡
—5—
主要有单片微机、电力线通讯
接口、RS232接口及相应控制软件组
成。
完成上位机与各类现场控制器、
地线管理器的通讯开关与信息传
输。
3.8模拟操作与控制计算机
硬件配置为PentiumIIICPU、
128M内存、40G硬盘和20"大屏幕
显示器。
软件平台为Windows98。
3.9模拟操作与现场控制器应用
软件
a模拟操作软件
该部分由一次系统结线图、内
嵌的可自动适应于一次设备结线方
式变化的“五防”闭锁逻辑、IC卡
身份限制、一次系统图移位、设备
拉、合操作与地线拆挂操作等功能
组成。
主要完成根据操作票、用鼠
标在一次系统图上对一次设备进行
模拟操作,并据此生成现场设备的
操作轨迹。
b现场控制软件
主要由现场操作控制模块、设
备状态与现场控制器工作状态巡回
检测模块、各类现场控制器与地线
管理器的控制通道与设备关联定义
模块、设备维护模块、IC卡身份限
制模块、查询统计及打印等模块组
成。
4工作原理
该“五防”闭锁系统在网络控
制技术支撑下,涵盖了内嵌“五防”
闭锁逻辑的计算机模拟操作;IC卡
身份限制;现场设备状态实时传入
闭锁系统,保证设备分合位置与闭
锁系统一致;多操作任务并行和严
格的地线管理与闭锁功能。
上位机通过网络对所有设备的
实际分合状态与一次系统图的设备
分合状态进行强制性对位,并利用
曲嵌的“五防”闭锁逻辑对模拟操
作过程进行逻辑校验与限制。
首先
进行“五防”逻辑控制下的模拟操
作,然后由操作人员发出执行操作
—6—
指令,上位机通过电力线网络逐一
向相应现场控制发出开、关锁与设
备状态检测指令,现场控制器则根
据接收到的控制指令对相应设备进
行控制和检测,并回送执行结果。
现场操作的每一步均依据模拟
操作顺序在上位机的控制下完成,
从而严格执行了“带负荷拉合刀
闸”、“误拉合开关”、“带地刀合闸”、
“带电合地刀”。
每一个地线头均进
行了唯一编号,在地桩上设置了地
线号识别装置与锁具,在地线放置
处设置了地线管理器,确保了“防
止带电挂地线”和“防止带地线合
闸”。
同时将网门作为独立设备设置
了程序锁纳入到防误闭锁控制系统
中,有效防止了“误入带电间隔”。
5技术指标
5.1拟操作的内嵌“五防”闭锁逻
辑,适用于各类电压等级变电站和
开关站的各种结线方式。
对旁路带
路母联、母线分段及各出线的操作
适用于等电位操作原则。
5.2各类现场控制器
供电电源:
AC220V±10%
使用环境温度:
-10℃—70℃
使用环境湿度:
35—85RH(不
结露)
绝缘阻抗:
全部外部端子与外
壳间10MΩ以上(用DC500V北欧表)
接地方式:
浮空
5.3防误锁具
电气寿命:
10万次
机械寿命:
10万次
连续工作时间:
大于72小时
5.4位置传感器
供电电源:
DC5V—24V±10%
使用环境温度:
-40℃—70℃
使用环境湿度:
35—85RH(不
结露)
5.5地线管理器
供电电源:
AC220V±10%
使用环境温度:
-20℃—70℃
使用环境湿度:
35—85RH(不
—7—
结露)
5.6AC220V电力线网络
通讯误码率:
>10-3(线路阻抗:
0.5—50Ω范围内)
通讯距离:
>1000m
控制系统通讯成功率为100%
(通讯测试1000次)
5.7系统控制方式为主从式网络
控制
6系统功能
6.1计算机网络控制下的设备实
时对位
现场电力设备分合闸位置与一
次系统模拟图的实时对位问题,一
直是电力系统“五防”闭锁的重点
和难点。
系统利用位置传感器对设
备的分合闸状态进行非接触性检
测,并把这些状态引入现场控制器,
通过AC220V低压电力线网络传送到
上位机,从而实现一次系统图上的
设备状态与现场设备实际状态的准
确可靠对位。
6.2IC卡身份管理
本系统以IC卡技术对操作者身
份进行识别与管理。
系统设有“系
统管理员、值班负责人、监护人、
操作人、设备维护人”等权限,只
有在上位机IC卡读写器插入具有相
应身份的IC卡并输入正确密码后,
方可进行相应操作,保证了使用者
的合法性。
同时在“黑匣子”中记
录了每次操作的操作人员与操作行
为,对明确操作责任提供了依据。
6.3内嵌“五防”闭锁逻辑限制下
的模拟操作和现场操作
当选定操作任务后,操作人员
根据已签发操作票的操作顺序,在
计算机大屏幕显示的一次系统图标
(含网门、地桩、地线)进行拉、
合操作(地线为装设与拆除、网门
为打开或送上),内嵌的“五防”闭
锁逻辑将自动对每一项操作进行防
误操作的逻辑校验,若操作符合“五
防”逻辑,则相应设备的图标变色、
—8—
变位,并记录操作轨迹;否则,拒
绝执行操作,并给出错误提示。
模
拟操作完成后即可进行现场操作状
态,上位机屏幕弹出一窗口,列出
了所有模拟操作的设备顺序(操作
轨迹)现场设备的锁具将按照此顺
序依次进行打开,并进行检置检测。
6.4强制性地线闭锁功能
本系统将地线桩作为独立设备
纳入了防误闭锁控制系统,并在其
上装设了锁具与地线识别装置,加
之对每组地线进行了唯一编号和用
于各组地线存入、控制与管理的地
线管理器的设置,使本系统彻底解
决了困扰“五防”闭锁领域多年的
地线的可靠闭锁问题。
在执行装设地线过程中,当操
作人将一组地线的地线头插入某地
桩时,控制系统预先验证该地桩是
否允许装接地线,若允许则读取当
前欲装设的地线之编号,正确时可
自动打开地桩锁具,并将插入的地
线头锁定。
否则,将无法在该地桩
装设地线,从而防止了“带电挂地
线”操作。
在执行合刀闸前,系统将强制
操作人将已拆除的地线全部正确地
送回地线管理器中,用以有效地防
止“带地线合闸”操作。
6.5方便的地线管理功能
本系统的专用地线管理器,可
对每组地线的取走、送回、存放状
态进行时时检测与指示,又可通过
上位机以图标形式进行地线状态观
察。
该地线管理器既可方便地清点
地线,又是地线闭锁的一个重要组
成部分。
6.6不用“五防”闭锁钥匙进行防
误倒闸操作
在现场操作过程中,由于采用
网络控制及一系列新技术、控制系
统自动检测设备状态与锁具状态,
根据模拟操作顺序开启当前操作设
—9—
备的防误闭锁锁具,当一项操作完
成后,系统自动关闭当前操作设备
的锁具,并通过网络系统将后续操
作设备的锁具打开,操作人和监护
人只需手持操作票唱票操作即可。
6.7紧急解锁功能
为适应事故处理及有紧急操作
任务时,操作人能快速、安全地操
作。
系统设有“紧急解锁”功能。
在上位机的IC卡读写器中插入“值
班负责人”IC卡,即可选择进入“紧
急解锁”状态,控制系统此时将开
启所有符合“五防”操作逻辑的开
关和刀闸锁等待操作,随着每项操
作的执行,系统将关闭已进行过的
操作和已不符合“五防”闭锁逻辑
的锁具,开启新的符合“五防”闭
锁逻辑的锁具,从而加快紧急操作
任务下的操作速度,大大提高操作
的安全性。
6.8多任务操作
系统允许有多达四个操作任务
并行操作。
6.9巡回检测
系统通过网络对全站所有纳入
“五防”闭锁系统的设备与锁具状
态、控制器工作状态、网络通讯情
况及设备状态改变情况进行巡回检
测,以便及时发现控制系统故障和
设备状态改变等问题。
7系统特点
a通过AC220V电力线以最简
方式实现网络型“五防”闭锁系统。
b真正实现全站设备的实际
状态与模拟操作一次系统图设备状
态的实时对位。
c方便、完善、严格的地线闭
锁,从根本上控制了“带电挂地线”
和“带地线合闸”。
d变电站安装“五防”闭锁装
置,将大大减少操作时间,提高设
备可用率。
e实现了不用“防误操作钥
匙”的“五防”闭锁操作方便了操
—10—
作,减轻了操作人员的工作量,同
时有效防止了因“防误操作钥匙”
提示信息与操作票内容不一致引发
的漏项操作。
f系统允许多任务并行操作,
大大提高了变电站大规模操作时的
操作速度,减少停电时间。
gIC卡权限与身份管理,严格
控制了本系统的使用权限,增强了
使用者的责任心,并以技术手段明
确了各类相关人员的操作责任。
h高度灵活方便的设备现场
定义功能,使各类“五防”闭锁设
备可根据现场情况任意组态上网。
i内嵌“五防”闭锁逻辑强随
一次系统结线方式的改变而修改,
使本系统的“五防”闭锁逻辑具有
高度的适应性。
8本系统功能的可扩充性
本系统实现了变、配电站所有
设备状态的检测,可利用该功能将
采集到的各类设备信息并入变电站
综合自动化系统或其他无人值守控
制系统,以充分利用设备状态信息
这一资源。
也可以利用Intranet的
方式由操作队在远端方便的获取各
站设备状态,并在远端进行模拟操
作和控制现场操作,操作人和监护
人只需手持操作票在倒闸现场执行
操作即可。
总之,本系统在电力“五
防”及自动化控制领域留有充分的
扩展空间。
9结束语
本系统由计算机软件实现了自
适应功能的内嵌“五防”闭锁逻辑
和在严格的IC卡身份限制下,通过
网络技术支撑的倒闸操作控制。
这
是信息技术向各行各业渗透的结
果,也是电力“防误”操作领域发
展的必然。
该“五防”闭锁系统配
置的灵活性、操作的简便性和“五
防”闭锁逻辑的严密性,必将大大
提高倒闸操作的安全性,为保障电
力系统的安全运行做出积极的贡献
—11—
参考文献
[1]《微机型防止电气误操作装置-通用技术条
件》
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