变电站自动化改造中的五防与遥控的探讨

李鑫

（重庆市电力公司检修分公司，重庆 400039）

1 防误操作设备现状

1.1 防误操作设备

防误操作闭锁装置的“五防”功能是指：防止误分、误合断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电挂接地线（合接地闸刀）；防止带接地线（接地闸刀）合闸；防止误入带电间隔。五防设备通过对操作过程和行为的约束达到防误操作的目的，与自动化设备同步发展：

1.1.1 机械闭锁。在较近距离的开关和刀闸上（如一体化设备），通过连杆、锁卡或者其他机械结构传动实现的机构之间的闭锁。在远距离设备上可通过程序化锁具，实现操作步骤的限定。机械联锁装置原理简单可靠，在实现不同回路设备之间的联锁时有成功案例。机械的可靠性高，但逻辑灵活性不强，受距离限制应用范围有限。

1.1.2 电气闭锁。一般用开关和刀闸的辅助接点闭锁电动机构的操作回路，而电磁闭锁用辅助节点闭锁电磁元件，主要针对柜门等非电动操作的设备。电气闭锁能实现不同回路间较远距离的闭锁，其故障主要来自于恶劣环境下的辅助接点（真空开关型辅助节点可靠性较好）；安装调试工作量大，对二次接线依赖程度较高，投运后的改造繁杂，错误不易发现。

1.1.3 微机五防闭锁。将安全约束引入操作逻辑算法，利用电脑钥匙对编码芯片依次解锁，实现严格的操作步骤限制。电编码锁可对控制屏上把手和按钮进行闭锁；对于手动设备，依靠机械编码锁对一次设备锁止和遥信返回（如地线桩、网门）。统计结果表明，误操作事故主要来源于手动操作。不管是何种变电站，必须能对电动和手动操作设备同时“完备”闭锁。实际应用时，根据现场情况设计各种锁具，达到闭锁接地桩、二次空开、巡视点等特殊设备及操作行为的目的。

监控系统也可直接整合五防模块，其具备较好的软硬件基础和信息优势，在部分地区有所应用，但由于历史的和管理的原因在重庆电网采用较少。

1.1.4 远程五防系统。无人站的增多给远程操作安全性和及时性提出更高要求，接入五防主站的远控系统可以闭锁站间联络线，更好的兼顾安全和效率。部分较早实现集控中心或调控一体的地区，也有采用EMS五防模块实现的案例。

实际运行中，机械防误主要应用在成套开关设备上，电气防误主要应用在关联设备（如同一母线的刀闸和地刀）的电操回路闭锁上，作为现场防误的最后一道防线，是当前运行场站中的基础配置，而微机防误因为站控层全面闭锁的特性，是当前的主流配置。

1.2 监控系统

在不同时期投运的变电站，自动化系统、五防装置和保护装置等二次设备的配备方式不尽相同：

1.2.1 部分较早投运的变电站无远动设备，仅有控制屏，现场一次设备防误装置较少。或多或少具备机械闭锁装置和电磁闭锁回路，通过后期加装不断完善，加装独立的微机五防系统成为此类变电站标准设施。

1.2.2 变电站内有远动设备但遥信不转发，独立的五防装置记忆钥匙状态，据此进行操作逻辑判断。

1.2.3 五防设备具备规约解释功能的，能与监控实时对位，进行倒闸逻辑的在线判断。

1.2.4 五防发送逻辑判断结果，部分型号的监控装置可接受五防遥控解锁命令，结合操作票依次开放控制权限。实现对后台和集控等远方遥控的闭锁，正逐步发展为集控五防系统。远程五防系统极大的节约操作时间，可解决联络线闭锁问题，但专用通道和闭锁的联调步骤较多。

1.2.5 部分地区的监控整合五防。直接将操作逻辑写入各回路监控单元，在操作回路中串联闭锁电路，一体化实施、联合运行。对非电控类设备，用电磁锁等方法扩展并不现实，补充机械锁具实现全部设备“完全性”闭锁。

一体化设备改造时需同时修改关联间隔的参数，存在大量维护“陷阱”。由于闭锁节点和信号节点由同一设备提供，监控系统故障时存在较大误动风险。因此，相对安全的五防工作站模式采用较多。作为监控系统的站控层模块存在，工作站能完成独立微机五防的所有功能，与系统的其他功能互不影响，具备独立运行能力。

2 五防配置原则

根据与监控组合的方式，五防可分为一体化和独立配置两种。独立的五防设备操作盘面清晰直观，运行人员执行简单不易错误；安装和维护工作界面明晰，改造施工的安全性高。

五防和监控合一是未来发展方向，《华中电网有限公司500kV变电站自动化系统管理规范》（以下简称管理规范）规定“采用间隔层电气防误闭锁加微机‘五防’的方案”，能发挥监控系统的实时信息优势；算法方面，能利用图论拓扑算法等成熟的调度主站技术，进行各种在线的和带拓扑的逻辑判断，实现运行设备实时闭锁；能利用监控现有回路直接闭锁刀闸操作电源，节省解锁操作时间；监控设备防误功能失灵时，具备应急解锁功能。一体化五防的内部通讯接口可靠性好，但由于设备改造的维护工作量和实际应用推广等问题，与现有管理制度存在矛盾，监控设备厂家并不主动。

《管理规范》规定微机五防需满足如下要求：对自动化系统防误闭锁；实时自动对位；程序可靠，可脱开自动化系统独立运行；可编制操作票；可模拟操作。作为运行安全的重要防线，五防装置现场运行可靠性的要求甚至高于监控系统，《管理规范》甚至规定“五防主机宜独立设置”，间隔层电气防误闭锁作为补充。国网公司出版了《输变电工程典型设计》，从前后版本技术要求的变化可以看出五防仍处在不断发展成熟阶段。不论是独立或一体化，在典型设计方案的基础上，新投运或旧站改造的五防装置还需满足以下条件：

2.1 五防与监控功能互不影响。特别是对一体化五防设备，必须使五防模块与监控模块相对独立。在对侧设备故障或通道脱开的特殊情况下，孤立部分具备持续运行能力。

2.2 能同时实现近端和远端遥控闭锁，包括操作把手、后台遥控和集控中心遥控等模式。当前主要是无人值班改造变电站，且集控中心遥控闭锁水平参差不齐，必须针对多种操作方式分别闭锁。

2.3 具备互操作解锁和撤销功能。

2.4 应采用无风扇单片机等工业级系统，具备条件的可采用非WINDOWS系统，实现较高的整体可靠性。实践证明，带风扇的硬件和WINDOWS软件系统不能适应恶劣工况，保持长期稳定运行能力较差。

2.5 具备较好的人机界面，操作熟悉难度不大于当前的运行系统。防误操作本身原理清晰，技术进步不能加大学习难度。

2.6 增加遥信识别功能，在钥匙回传的信息与远动设备信息不统一时立即告警。

建议实现冗余传输通道，以配合监控系统中的双网互备模式。稳定可靠运行是系统改造的目的，特别对于防误操作系统，单纯追求技术先进的改造升级不可提倡。

3 变电站自动化改造

3.1 控制回路的调试

出于安全可靠性和技术分工的原因，在较低等级变电站中一般配置综自系统，110kV以上级别的保护和监控分开设置。原来的遥控功能主要配置在继电保护屏柜或关联设备上，自动化技术的进步和无人值班管理的要求使遥控功能逐渐向监控设备转移。

现场的前期调试主要分为装置校验和设备联调。控制回路调试分为开关本体调试、保护整组试验和监控系统试验，存在的多种闭锁方式须要依次实验：开关就地闭锁、保护屏把手闭锁（或控制屏）、监控屏把手闭锁、监控屏压板闭锁、监控屏五防锁闭锁、后台五防闭锁、远程五防系统闭锁。部分防误闭锁元件存在多种操作和解锁方式，如电编码锁可从钥匙和后台解锁，验收时容易遗漏。

3.2 一次设备改造

旧站改造时一次设备的安装和运转精度通常不能完全满足固定式锁具的要求，包含地线、手车、手动刀闸等大量手动设备，一般采用带编码挂锁形式，是实际运用中最为可靠的闭锁方式。文献提出基于间隔内网络锁控器的系统，能在事故和检修状态对设备分区闭锁；实际上，任何元件、电源和通讯回路的增加都会影响场站的系统可靠性，网络锁控制器也存在类似问题。

电动刀闸等一次设备遥控操作可靠性不高，始终未满足100%，一直是运行部门最为担心的问题，现行运规规定运行人员操作后必须现场确认实际位置。改造后的监控系统一般都具备刀闸遥控功能，等待一次设备遥控可靠性提高和遥视辅助系统投用等时机成熟后可试运行。

3.3 过渡运行和竣工验收

改造前五防为独立系统的，施工期间则依据记忆钥匙状态判断逻辑；改造前与监控系统已经互联的，需要将五防通讯断开改为记忆钥匙运行模式，实现简单，但实际衔接时易产生现场管理漏洞。文献[5]提出的新装置可对检修和故障设备单独闭锁，解决了此类问题。利用五防锁芯的通用性，也可直接对改造间隔的五防锁进行替换，依次实现新旧监控无缝对接。但当改造涉及一次设备的电气主接线改变时，必须重作五防程序。

在发生涉及一次和二次设备的变动后，重新进行防误闭锁操作验收：微机五防先进行内部逻辑判断，模拟操作和解锁闭锁试验，再进行带一次设备操作。包含电气闭锁的，必须操作相关回路进行实际验证。但由于设备部分运行，常常不具备全站闭锁试验要求，因此仅进行部分（如检修回路、备用回路）设备操作实验，此种情况需要做规约测试并核对所有五防实时遥信，并核对五防遥信和遥控解锁点表。对于存在间隔层闭锁设备的[8]，难以进行完整的闭锁逻辑验收。漏核遥信或者不完全核对闭锁逻辑是实际发生较多的问题。

结语

控制回路的改造是变电站自动化改造最为重要的内容，本文讨论变电站改造过程中防误操作设备和遥控相关的多种问题。

监控技术的逐渐成熟促进遥控功能的逐步过渡，推动变电站无人值班和电网自动化、智能化发展。平稳安全过渡，提高调度运行水平，促进电网安全稳定是自动化升级改造的最终目的。

[1]袁大陆.DL/T687-1999《微机型防止电气误操作装置统一技术条件》编制说明[J].电力标准化与计量,2000,33(3)∶.9-10.

[2]雷春明,范满元.厂用电系统的机械五防闭锁原理及其方法.电力建设[J].2008,29(6)∶76-78.

[3]黄文龙,程华,梅峰,等.变电站五防一体化在线监控系统的设计与实现[J].电力系统保护与控制,2009,37(23)∶112-115.

[4]郭铭桂.浅谈南宁区域控制中心的防误闭锁系统[J].广西电力,2008,(3)∶44-47.

[5]管保安,周军.基于大网络结构+间隔内闭锁设思想的网络型微机防误闭锁系统[J].电力系统保护与控制,2009,37(17)∶93-96.