發(fā)變電站的微機型防誤閉鎖裝置的研究與設(shè)計說明

1、 發(fā)變電站的微機型防誤閉鎖裝置的研究與設(shè)計黎文安（大學(xué)， ，430072）1 概述 微機型防誤閉鎖系統(tǒng)是用于防止電力系統(tǒng)誤操作的一種新型多功能閉鎖系統(tǒng)，適用于35kV500kV各種電壓等級、任意復(fù)雜接線的變電站和發(fā)電廠。具有以下功能和特點： a) 閉鎖功能強：不僅能對斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘進行閉鎖，而且能對臨時接地線、柜門等進行閉鎖，還可以實現(xiàn)旁路母線充電、倒母線操作等復(fù)雜的閉鎖功能。 b) 既可以通過監(jiān)控機自動對位，又能讓工作人員根據(jù)現(xiàn)場狀態(tài)對五防機上的主接線圖進行手工對位。 c) 工作人員能在五防主機上進行模擬操作，模擬操作之后，五防主機能進行模擬演示。 d) 能按五防規(guī)則檢驗和指示模

2、擬操作中的誤操作。 e) 能自動生成操作票，并具有完善的操作票管理功能（如操作票的編輯、保存、預(yù)覽、打印以及歷史操作票的查看等） f) 系統(tǒng)管理員可以根據(jù)五防規(guī)則編輯可操作設(shè)備的分、合規(guī)則。 g) 系統(tǒng)管理員可以修改和繪制變電站主接線圖。 h) 能記錄和顯示安全運行天數(shù)。 i) 能對操作人員進行管理和記錄。 j) 能自動顯示電分布。 k) 電腦鑰匙能按照操作票的順序完成相應(yīng)設(shè)備（開關(guān)、刀閘、地刀、地線和柜門等）的操作，若操作人員未能按指定順序操作指定設(shè)備，電腦鑰匙將給出報警和文字提示。 l) 電腦鑰匙具有自學(xué)功能，對于不同的變電站只需要進行一次自學(xué)習(xí)，電腦鑰匙便能使用。 m) 電腦鑰匙采用光電

3、采碼，采碼可靠。 n) 電腦鑰匙的采碼頭和操縱機構(gòu)一體化，可靠性高。 o) 可以通過電腦鑰匙的操作票回傳實現(xiàn)虛遙信傳送。 p) 能與綜合自動化系統(tǒng)連接。 q) 該系統(tǒng)完全面向用戶，修改和維護極其方便。2 防誤系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)21 基本方案的選擇 根據(jù)“工作量小，維護簡單，閉鎖功能全方位”的原則，在方案的選擇上，我們采用微型計算機替代常規(guī)廠站的模擬盤演示機構(gòu)，信息來源分實時采集的信息與間接采集的信息兩部分。實時信息的采集不是采用引入輔助節(jié)點，通過鋪設(shè)電線、電纜采集的常規(guī)辦法，而是通過與變電站綜合自動化系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換或并行接收變電站遠動裝置上傳信息而獲得站的通過有輔助節(jié)點取得的狀態(tài)的信息；間接采集

4、信息（也稱虛遙信）則是通過站的電腦鑰匙下現(xiàn)場對沒有鋪設(shè)輔助節(jié)點的操作對象（如網(wǎng)門、地刀、臨時地線、刀閘等）采用機械編碼鎖進行采集，然后向防誤主機上傳這些狀態(tài)信息，從而使防誤主機獲得這些虛遙信狀態(tài)，這樣防誤主機就能全方位地監(jiān)視全站的所有操作對象的狀態(tài)，為操作員提供一個真實可靠的操作演示平臺。防誤主機顯示的信息是實時的，采用無節(jié)點的采集方式，不存在常規(guī)方法中因接觸不良而導(dǎo)致狀態(tài)不準(zhǔn)的現(xiàn)象，因而在此基礎(chǔ)上演示通過的操作票顯然是安全的，符合安規(guī)操作的。211 微機防誤閉鎖系統(tǒng)第一組成方式 該系統(tǒng)是與變電站綜合自動化系統(tǒng)配套的雙機系統(tǒng)模式，其結(jié)構(gòu)如圖1。 PC機（五防機） PC機（監(jiān)控機） 顯示器、鍵盤

5、 打印機、鼠標(biāo) 顯示器、鍵盤 打印機、鼠標(biāo) 光電隔離器 光電隔離器 綜合自動化系統(tǒng) 主機柜 電 腦 鑰 匙 數(shù) 據(jù) 采 集 柜 控 制 柜 保 護 柜 編 碼 鎖圖1 微機型防誤閉鎖系統(tǒng)第一組成方式 微機型防誤閉鎖系統(tǒng)第一組成方式的特點： 變電站綜合自動化系統(tǒng)與防誤閉鎖系統(tǒng)從硬件上完全分開，用一臺專門的微機作為防誤主機，并配有自己的鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器和打印機。在五防機上進行操作票預(yù)演、與電腦鑰匙通信等操作對監(jiān)控機無任何影響，運行人員可以在監(jiān)視和控制變電站運行情況的同時進行防誤操作。在五防機上進行各種模擬操作都不會影響整個系統(tǒng)的正常運行，這對于運行人員的培訓(xùn)非常方便。監(jiān)控機與五防機之間通過串行口

6、通信，實現(xiàn)實時信息的共享，來自監(jiān)控系統(tǒng)各機柜的實時信息由監(jiān)控機傳給五防機，使五防機上的模擬圖與實際變電站狀態(tài)完全一致，規(guī)則校驗在實時狀態(tài)下進行。五防機將電腦鑰匙上送的有關(guān)信號量傳給監(jiān)控機，可以在監(jiān)控機上監(jiān)視，五防機上發(fā)出的開關(guān)分、合等上機操作的命令傳給監(jiān)控機，由監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)輸出執(zhí)行。 曾經(jīng)有人提出并研制出微機防誤閉鎖系統(tǒng)與綜合自動化系統(tǒng)的監(jiān)控主機合二為一的綜合型單機系統(tǒng)模式（以下簡稱“二合一”模式）。從硬件上看，這種模式是在變電站綜合自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了電腦鑰匙和編碼鎖；在軟件部分將監(jiān)控模塊和防誤模塊組合起來，裝在同一臺微機上，使該微機既作為監(jiān)控系統(tǒng)的后臺機，又作為防誤系統(tǒng)的主機，稱

7、為監(jiān)控五防一體機。與雙機系統(tǒng)相比，這種系統(tǒng)配置節(jié)約了一臺微機及配套的硬件設(shè)備，僅從軟件上增加功能模塊，使監(jiān)控、五防合為一體。這樣，充分共享CPU、顯示器、打印機等硬件資源，各種實時信息可直接相互引用而不必傳送，節(jié)約了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間，節(jié)省了硬件投資費用。但是，由于共享CPU對各自的處理有一定的影響，例如在操作預(yù)演時，事件記錄可能丟失或開關(guān)變位后操作不再符合規(guī)則等；共用顯示器等外設(shè)，對于同時進行監(jiān)控和防誤操作也不方便，不便于運行人員的培訓(xùn)。鑒于諸多原因，我們認為這種方式不可取。212 微機防誤閉鎖系統(tǒng)第二組成方式 該系統(tǒng)是適合于常規(guī)變電站、電廠，采用常規(guī)遠動裝置環(huán)境的模式，其結(jié)構(gòu)如圖2。顯 示 器

8、 PC（五防機） 打印機、鍵盤、鼠標(biāo) 光電隔離器 電腦鑰匙編碼鎖MODEM調(diào) 度RTUYC、YX、YM、YT/YC圖2 微機防誤閉鎖系統(tǒng)第二組成方式 微機防誤閉鎖系統(tǒng)第一組成方式： 微機防誤閉鎖系統(tǒng)第一組成方式的硬件結(jié)構(gòu)非常簡單，只需在原有的RTU與調(diào)度的通信電纜上引出一對上行通信電纜，經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器解調(diào)后，接到主機的串行口即可。從防誤功能上看，傳統(tǒng)變電站多使用紅綠翻牌、機械鎖等裝置閉鎖，功能單一、可靠性差。使用該系統(tǒng)取代原有的裝置，投資不多，改造工作量也不大，但“五防”功能齊全，操作簡單，可靠性大大提高。 圖2所示的微機防誤閉鎖系統(tǒng)第一組成方式是針對常規(guī)變電站的要求開發(fā)的，適用于老站的改造，

9、它充分利用已有RTU上送調(diào)度所的實時信息，完成開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)視和防誤的功能。實時信息（狀態(tài)量）的采集通過監(jiān)視RTU上送調(diào)度的數(shù)據(jù)實現(xiàn)。RTU上送至調(diào)度的信息包括遙信量、遙測量、電度量等各種實時數(shù)據(jù)，只要監(jiān)視它們的通信報文，根據(jù)所采用的通信規(guī)約，就可提取到RTU上送的有用實時信息。對于RTU沒有上送的那些信號量，如刀閘、網(wǎng)門等設(shè)備的狀態(tài)，可由電腦鑰匙上送。這樣，在顯示器上可以監(jiān)視到變電站現(xiàn)場的開關(guān)狀態(tài)，保證操作預(yù)演在實時環(huán)境下進行。213 微機型防誤閉鎖系統(tǒng)第三組成方式 該系統(tǒng)適合于既無綜合自動化系統(tǒng)，又無RTU的常規(guī)變電站、電廠，其結(jié)構(gòu)如圖3。圖3 微機防誤閉鎖系統(tǒng)第三組成方式 顯 示 器 PC

10、機 （五防機） 打印機、 鍵盤、鼠標(biāo) 光電隔離器 電腦鑰匙編碼鎖 微機防誤閉鎖系統(tǒng)第三組成方式： 由于該系統(tǒng)是運行在既無綜合自動化系統(tǒng)、又無RTU 的老變電站，所以全部開關(guān)、刀閘、網(wǎng)門、地線的狀態(tài)都得由電腦鑰匙采集，全部操作都由電腦鑰匙完成。22 電腦鑰匙方案的選擇 電腦鑰匙具有雙重功能，它在 防誤系統(tǒng)中的作用和地位是舉足輕重的。第一，它能完成全部操作過程中的閉鎖功能；第二，它可完成虛遙信狀態(tài)位置的采集并上傳給防誤主機的功能。 1）電腦鑰匙應(yīng)具備：通信、解鎖、操作票瀏覽、設(shè)備狀態(tài)采集等基本功能。 2）電腦鑰匙用電池供電，應(yīng)具備功耗低、連續(xù)工作時間長的特點。 3）電腦鑰匙應(yīng)具備失電記憶功能。 4

11、）電腦鑰匙應(yīng)能實現(xiàn)各變電站互換，具有良好的通用性。 5）電腦鑰匙為方便操作人員使用，應(yīng)采用漢字點陣顯示，且應(yīng)自帶背景光源。 6）電腦鑰匙直接控制各種鎖具，應(yīng)于鎖具配合良好、開啟靈活，無摩擦、卡澀現(xiàn)象。 7）電腦鑰匙為手持儀器，應(yīng)輕巧、美觀、易攜帶，特別是電腦鑰匙的寬度、厚度應(yīng)符合人體工程學(xué)的要求，使操作人員使用方便。 8）電腦鑰匙經(jīng)常工作在電磁干擾強、環(huán)境惡劣的室外，應(yīng)具有可靠性高、電磁兼容能力強的特點。 電腦鑰匙用于在操作過程中接收五防主機發(fā)出的操作票，然后按照操作票容依次對電編碼鎖和機械編碼鎖進行解鎖操作，也即對運行人員進行的實際操作進行監(jiān)控，在操作過程中，電腦鑰匙給出操作提示，運行人員應(yīng)

12、按照電腦鑰匙的提示逐步進行正確的操作，若運行人員的實際操作與電腦鑰匙的提示不符，電腦鑰匙將發(fā)出報警并強制閉鎖，從而有效地避免了誤操作事故的發(fā)生。 電腦鑰匙采用工業(yè)級集成芯片制造，性能穩(wěn)定可靠，使用128×64點陣液晶漢字顯示屏，具有可控背景光源，使用方便。采用了2000mAh大容量鎳氫可充電電池，體積小，連續(xù)工作時間長。另外，還具有掉電數(shù)據(jù)記憶、滾動菜單提示和單鍵選擇確定等功能，使電腦鑰匙功能更加完善。3 防誤系統(tǒng)的閉鎖原理 微機防誤閉鎖系統(tǒng)由三個部件組成，即由防誤主機、電腦鑰匙、編碼鎖等組成，從軟、硬件兩方面對操作進行閉鎖。其操作過程分預(yù)演操作和實際操作兩步。31 預(yù)演操作 本系統(tǒng)

13、事先將操作運行規(guī)程、電氣防誤操作接線圖（簡稱一次接線圖）及所有開關(guān)、刀閘、網(wǎng)門等設(shè)備的操作規(guī)則保存在微機中，當(dāng)運行人員在防誤接線圖上進行模擬操作時，系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前實時的運行狀態(tài)檢驗其模擬步驟是否符合規(guī)則，若操作違背了規(guī)則，系統(tǒng)將推出對話框，提示正確的操作步驟及有關(guān)的操作元件名稱和編號；若符合規(guī)則，系統(tǒng)將確認你當(dāng)時的操作步驟，并自動將該步驟登記在當(dāng)前操作票上。 基于引入的操作規(guī)則和實時信息，系統(tǒng)能有效地防止操作票的各種誤操作項的出現(xiàn)，保證了操作票的正確性。模擬操作后，可以按照規(guī)定的格式打印出一完整且合格的操作票。32 實際操作 現(xiàn)場實際操作分三類：上機操作、手動操作和提示性操作。 1）上機操作：

14、它是通過防誤主機向監(jiān)控機發(fā)送遙控操作命令，通過變電站綜合自動化系統(tǒng)或具有相同功能的廠站端監(jiān)控設(shè)備的執(zhí)行機構(gòu)輸出執(zhí)行操作。 2） 手動操作：需要運行人員運用電腦鑰匙按票項的順序打開操作機械上的編碼鎖，才能進行的各項操作。 3）提示性操作：不需要實際動手操作的一些提示信息，如驗電、確認刀閘在合（分）位置等。操作預(yù)演后，防誤主機通過串行口將已檢驗過的操作票傳送給電腦鑰匙，現(xiàn)場實際操作被嚴(yán)格強制按照預(yù)演后生成的操作票順序步驟進行。 現(xiàn)場操作時需運用電腦鑰匙去開編碼鎖和確認提示性操作，只有當(dāng)編碼鎖與電腦鑰匙中存放的操作票所對應(yīng)的鎖號完全一致時，才能開鎖，并進行操作。此項操作完畢后，電腦鑰匙才能開啟下一步

15、操作項對應(yīng)的編碼鎖。這樣就將操作票與硬件操作一一對應(yīng)，杜絕了誤走間隔操作事故的發(fā)生，保證操作的正確性。操作人員在操作到應(yīng)該上機操作或現(xiàn)場操作完畢時，須將電腦鑰匙插回到防誤主機串行口上，主機根據(jù)電腦鑰匙上送的操作步數(shù)，參照所開的操作票，得到被操作設(shè)備的實際狀態(tài)信息，更新已操作設(shè)備狀態(tài)至當(dāng)前實際狀態(tài)。同時判斷操作票是否已執(zhí)行到應(yīng)該上機遙控操作，若操作完畢，且實時遙信狀態(tài)返回后，才可進行下一步操作。在遙控之后還需要電腦鑰匙進行現(xiàn)場開鎖操作時，主機將當(dāng)前操作步驟傳給電腦鑰匙，以提示操作人員進行下一步的操作容，如此反復(fù)操作，直到整個操作結(jié)束。由此看出，整個實際操作過程均在防誤主機、電腦鑰匙和編碼鎖的嚴(yán)格

16、閉鎖下，強制操作人員按照經(jīng)過站現(xiàn)行規(guī)則檢驗合格的操作票步驟進行（包括遙控開并），從而能夠達到軟、硬件全方位的防誤操作閉鎖。4 防誤系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)41 元件搜索 在防誤操作中，有兩種情況必須進行遞歸搜索。第一，臨時地線的操作。臨時地線的掛上和拆除會影響其它元件（刀閘、開關(guān)等）的分合規(guī)則。因此在進行臨時地線的掛、拆操作時，系統(tǒng)必須進行遞歸搜索并自動修改與之相關(guān)元件的操作規(guī)則。第二，顯示電分布。對主接線中每一個元件的操作都可能改變電分布狀態(tài)，要正確顯示電分布，必須進行全面的遞歸搜索，并分析其拓撲結(jié)構(gòu)。42 操作規(guī)則的引入 操作規(guī)則是操作票預(yù)演和現(xiàn)場實際操作的依據(jù)，它包括所有操作元件和對應(yīng)的鎖號、操作

17、條件等。本系統(tǒng)采用邏輯表達式描述操作元件的閉鎖條件，很復(fù)雜的操作條件用簡單的布爾代數(shù)式表示出來，使得規(guī)則的錄入、修改很方便。43 資源共享 操作規(guī)則校驗要在實時狀態(tài)下進行，必須引入所需的實時信號量，為避免硬件重復(fù)，系統(tǒng)利用了已有的實時信息和控制平臺，對于綜合自動化變電站和傳統(tǒng)變電站等不同模式，采用不同的方法實現(xiàn)資源共享。實時信息的采集不是采用引入輔助節(jié)點，通過鋪設(shè)電線、電纜采集的常規(guī)辦法，而是通過與變電站綜合自動化系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換或并行接收變電站遠動裝置上傳信息而獲得站的通過有輔助節(jié)點取得的狀態(tài)的信息；間接采集信息（也稱虛遙信）則是通過站的電腦鑰匙下現(xiàn)場對沒有鋪設(shè)輔助節(jié)點的操作對象（如網(wǎng)門、地

18、刀、臨時地線、刀閘等）采用機械編碼鎖進行采集，然后向防誤主機上傳這些狀態(tài)信息，從而使防誤主機獲得這些虛遙信狀態(tài)，這樣防誤主機就能全方位地監(jiān)視全站的所有操作對象的狀態(tài)，為操作員提供一個真實可靠的操作演示平臺。防誤主機顯示的信息是實時的，采用無節(jié)點的采集方式，不存在常規(guī)方法中因接觸不良而導(dǎo)致狀態(tài)不準(zhǔn)的現(xiàn)象，因而在此基礎(chǔ)上演示通過的操作票顯然是安全的，符合安規(guī)操作的。44 電腦鑰匙 電腦鑰匙由單片機、液晶顯示器、按鍵、串行口及有關(guān)機械部件組成，它主要完成以下功能： 1）從防誤主機接收正確的操作票，并按操作票中登記的設(shè)備順序控制開鎖的順序，以使得現(xiàn)場操作嚴(yán)格按照操作票的步驟進行。 2）向主機上送虛遙信

19、狀態(tài)。 電腦鑰匙是將操作票與實際硬件操作對應(yīng)起來的關(guān)鍵，當(dāng)電腦鑰匙顯示當(dāng)前操作項為后臺監(jiān)控機操作時，需要將電腦鑰匙插在主機的串行口上，主機根據(jù)現(xiàn)場操作后的實際狀態(tài)判斷是否已執(zhí)行到上機操作，并對應(yīng)該操作的設(shè)備進行遙控操作，主機操作完后通知電腦鑰匙上機操作完成，此時電腦鑰匙才允許進行下一步操作，否則將不繼續(xù)下去。若當(dāng)前操作項為手動操作，電腦鑰匙顯示操作對象的名稱和編號，只有當(dāng)實際操作對象與所它要求的操作對象一致時才能打開編碼鎖并進行操作，操作完后電腦鑰匙將顯示下一條操作項。當(dāng)電腦鑰匙顯示提示信息時，操作人員在檢查實際情況后，按“單鍵”就可進行下一步操作。所有操作完畢后，將電腦鑰匙插到主機的串行口上，主機根據(jù)電腦鑰匙上送的操作步數(shù)，參照所開的操作票，可得到被操作設(shè)備的實際狀態(tài)信息，更新已操作設(shè)備的狀態(tài)。45 編碼鎖 編碼鎖安裝在所有需要手動操作的設(shè)備的操作機構(gòu)上，編碼鎖上有編碼孔，被打穿的孔表示編碼“0”； 未被打穿的孔表示編碼“1”（見圖4）。表示1表示0圖4 鎖編碼 編碼鎖的兩面各有5個孔位，既共有10個孔位。由于孔位都可能表示編碼“1”或“0”，因此共有1024種組合，即1024種編碼。不同設(shè)備操作機構(gòu)的鎖使用不同編碼，即將鎖和設(shè)備一一對應(yīng)起來，最多可對1023個設(shè)備進行閉鎖，對于一般的變電站完全夠用了。 編碼鎖分為電氣編碼鎖、開關(guān)KK把