一種新型智能化五防系統(tǒng)的研究

一種新型智能化五防系統(tǒng)的研究

第五阻止誤差管理系統(tǒng)是中國(guó)能源公司為避免在傳輸和配電過(guò)程中出現(xiàn)故障而開(kāi)發(fā)的一套系統(tǒng)。五防的主要內(nèi)容是防誤入帶電間隔,誤拉合開(kāi)關(guān),帶負(fù)荷拉合刀閘,帶電合地刀(掛地線),帶地刀(地線)合閘。倒閘誤操作是關(guān)系變配電安全的關(guān)鍵之一,由于已多次引發(fā)嚴(yán)重事故,因此電力行業(yè)下決心必須根除該安全隱患。近幾年來(lái),武漢鋼鐵集團(tuán)有限公司開(kāi)始了第3次大型技術(shù)改造工程,由于此次技術(shù)改造中所有需改造或新建的變電站均承擔(dān)向武鋼各個(gè)甲級(jí)要害部門供電的任務(wù),對(duì)可靠性要求非常高,所以這些變電站五防系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)也就備受關(guān)注。1五防系統(tǒng)的類型1.1回傳電腦嘴唇離線式微機(jī)五防系統(tǒng)主要由3個(gè)部分組成,即五防主機(jī)(或五防模擬屏)、電腦鑰匙以及現(xiàn)場(chǎng)鎖具。其特點(diǎn)是:五防主機(jī)(或五防模擬屏)將模擬預(yù)演后的正確操作步驟傳輸?shù)诫娔X鑰匙,其后的操作即以電腦鑰匙為主來(lái)完成閉鎖鎖具的解鎖工作。在此操作期間,防誤主機(jī)不能在線跟蹤操作的執(zhí)行情況,只有在電腦鑰匙回傳后才可以獲得相關(guān)的操作信息。在操作方式切換頻繁的情況下,電腦鑰匙需要多次回傳,操作較繁瑣,而且存在離線式微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)不能實(shí)時(shí)取得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際位置、特殊運(yùn)行方式下防誤操作邏輯存在沖突、操作不到位的設(shè)備不能重復(fù)操作、多個(gè)操作任務(wù)無(wú)法同時(shí)輸入電腦鑰匙、裝拆地線的操作不能用微機(jī)五防嚴(yán)格閉鎖等問(wèn)題。1.2系統(tǒng)的基本情況在線式微機(jī)五防系統(tǒng)主要由3個(gè)部分組成,即防誤主機(jī)(或五防模擬屏)、分布式現(xiàn)場(chǎng)總線及現(xiàn)場(chǎng)鎖具。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是通過(guò)分布式現(xiàn)場(chǎng)總線將防誤主機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)鎖具連接起來(lái),由防誤主機(jī)直接控制鎖具的解鎖和閉鎖操作,同時(shí),具備鎖具閉鎖狀態(tài)及設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集功能,操作過(guò)程完全取消電腦鑰匙。在線式微機(jī)五防系統(tǒng)又細(xì)分為集中式閉鎖控制和分布式閉鎖控制兩種情況。(1)所謂集中式閉鎖控制是指每個(gè)需要閉鎖的設(shè)備均需要一個(gè)單獨(dú)的鎖具,此鎖具本身不具有邏輯判斷功能,僅是五防后臺(tái)機(jī)邏輯判斷的執(zhí)行元件,所有的邏輯判斷和動(dòng)作指令均在五防后臺(tái)機(jī)上,所以稱之為集中式閉鎖控制。(2)分布式閉鎖控制是指在每一個(gè)間隔(可含多個(gè)斷路器、隔刀、地刀)的匯控柜內(nèi)設(shè)置一個(gè)分布式閉鎖元件,該閉鎖元件本身具有邏輯判斷功能,可存儲(chǔ)本間隔內(nèi)多種運(yùn)行方式和閉鎖條件,并對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行解鎖。在線式微機(jī)防誤裝置具有設(shè)備狀態(tài)信息真?zhèn)涡宰R(shí)別功能,克服了電腦鑰匙型微機(jī)防誤裝置操作復(fù)雜、事故處理和檢修調(diào)試時(shí)必須解鎖、設(shè)備狀態(tài)信息不可靠、容易走空程等缺點(diǎn),但同時(shí)也具有安裝不方便,維護(hù)成本高,對(duì)網(wǎng)絡(luò)過(guò)分依賴、閉鎖覆蓋面不夠廣(如臨時(shí)地線點(diǎn)、網(wǎng)門)等缺點(diǎn)。2新型五防系統(tǒng)的應(yīng)用2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)在武鋼開(kāi)展的對(duì)系列變電站實(shí)施大型技術(shù)改造的工程中,采用的微機(jī)五防系統(tǒng)為綜合性分層分布式結(jié)構(gòu),構(gòu)架了有線、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與各種智能化子系統(tǒng)和智能化鎖具相結(jié)合的立體化系統(tǒng),可以全方位地覆蓋站內(nèi)需要閉鎖的一切設(shè)備,克服了離線式和在線式系統(tǒng)的各自缺點(diǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為3層,如圖1所示,分別為站控層、間隔層和過(guò)程層。站控層主要由微機(jī)五防系統(tǒng)主機(jī)、五防模擬操作屏、打印機(jī)等組成,主要負(fù)責(zé)與變電站監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行信息交互,獲取設(shè)備位置狀態(tài),管理、查詢、儲(chǔ)存操作票,設(shè)備操作模擬預(yù)演、信息打印等。間隔層則主要負(fù)責(zé)五防系統(tǒng)的組網(wǎng)和設(shè)備的管理,包括五防網(wǎng)絡(luò)控制器、無(wú)線路由器、電腦鑰匙、分布式鎖具控制器、智能地線管理器、鑰匙管理機(jī)等設(shè)備。而過(guò)程層則包括各種五防鎖具,如遙控閉鎖控制器、地線檢測(cè)閉鎖機(jī)構(gòu)、電編碼鎖、機(jī)械編碼鎖、高壓帶電顯示閉鎖裝置等設(shè)備。2.2防模擬操作屏的使用在武鋼本次對(duì)系列變電站實(shí)施的技術(shù)改造工程中采用的微機(jī)五防系統(tǒng),運(yùn)用了模塊化分層分布式的控制技術(shù),采用工業(yè)級(jí)主機(jī),雙機(jī)熱備冗余,無(wú)擾動(dòng)切換;電源系統(tǒng)采用了二次穩(wěn)壓、分布式電源技術(shù);功能模塊互連采用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線。該系統(tǒng)將以往變電站中五防系統(tǒng)的控制屏、模擬屏和信號(hào)返回屏實(shí)行了三屏合一,并同時(shí)應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、紅外傳輸技術(shù)、電腦語(yǔ)音合成、RFID識(shí)別、GPRS、藍(lán)牙等技術(shù),實(shí)現(xiàn)智能操作票及工作票兩票系統(tǒng),檢修票模擬預(yù)演,多屏聯(lián)網(wǎng),操作票追憶及瀏覽,設(shè)備狀態(tài)共享及統(tǒng)計(jì),閉鎖監(jiān)控操作等功能,技術(shù)水平在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。在五防系統(tǒng)的工控主機(jī)中,預(yù)先存儲(chǔ)著五防模擬操作屏上所有一次設(shè)備的操作規(guī)則,當(dāng)運(yùn)行人員在模擬屏上模擬預(yù)演操作票時(shí),工控主機(jī)會(huì)對(duì)每一項(xiàng)操作票逐一進(jìn)行判斷,若符合“五防”原則,則通過(guò);若違反“五防”原則,則對(duì)該項(xiàng)操作做出告錯(cuò)報(bào)警,以提示用戶重新檢查操作項(xiàng)的內(nèi)容。模擬預(yù)演結(jié)束后,模擬屏?xí)崾居脩魧㈦娔X鑰匙插入鑰匙傳輸口進(jìn)行接票。用戶接完操作票之后,由運(yùn)行人員持該電腦鑰匙到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作或通過(guò)五防專用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程解鎖。使用電腦鑰匙操作時(shí),電腦鑰匙按照預(yù)演正確的順序顯示當(dāng)前操作項(xiàng),運(yùn)行人員依照電腦鑰匙提示的設(shè)備號(hào)將電腦鑰匙插入相應(yīng)的編碼鎖內(nèi),若正確,則開(kāi)啟其閉鎖機(jī)構(gòu),運(yùn)行人員可就地進(jìn)行斷路器操作、電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)操作或打開(kāi)機(jī)械編碼鎖進(jìn)行倒閘操作。操作該項(xiàng)內(nèi)容后,電腦鑰匙將自動(dòng)顯示下一項(xiàng)操作內(nèi)容。若不正確,將不能開(kāi)鎖,并發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警,以提醒操作人員。操作完成后,電腦鑰匙會(huì)將此次操作任務(wù)的設(shè)備狀態(tài)信息回傳到工控主機(jī)。根據(jù)工控主機(jī)回傳的操作項(xiàng),五防模擬操作屏將對(duì)應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行變位刷新,從而使設(shè)備的狀態(tài)與現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備狀態(tài)保持一致,實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自動(dòng)對(duì)位的功能。在設(shè)備采用遙控閉鎖繼電器閉鎖時(shí),可采用遠(yuǎn)程解鎖功能。當(dāng)五防預(yù)演通過(guò),開(kāi)出正確的操作票后,即可以啟動(dòng)遠(yuǎn)程解鎖功能,運(yùn)行人員可在變電站監(jiān)控系統(tǒng)的主機(jī)上按操作票進(jìn)行遙控操作。當(dāng)操作正確,則可依次往下操作;若操作錯(cuò)誤,將不能開(kāi)鎖,并由五防模擬操作屏發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警,提醒操作人員。2.3無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線系統(tǒng)五防系統(tǒng)支持有線和無(wú)線兩種通訊網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)的后臺(tái)主機(jī)采用現(xiàn)場(chǎng)總線通過(guò)微機(jī)五防網(wǎng)絡(luò)控制器與分布式鎖具控制器、智能地線管理器、鑰匙管理機(jī)等智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)通訊,采集這些智能設(shè)備閉鎖的刀閘、地線、網(wǎng)門等設(shè)備的狀態(tài),并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程解/閉鎖控制。電腦鑰匙可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與五防系統(tǒng)的后臺(tái)主機(jī)通訊,保證了系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)刷新、操作過(guò)程的全程實(shí)時(shí)跟蹤。該系統(tǒng)支持以下3種工作模式:①有線實(shí)時(shí)模式;②無(wú)線實(shí)時(shí)模式;③綜合實(shí)時(shí)模式。常規(guī)狀態(tài)下,由有線網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸通道,保證系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)刷新、操作過(guò)程的全實(shí)時(shí)跟蹤等功能;有線與無(wú)線兩種網(wǎng)絡(luò)通道互為冗余,這樣可以使系統(tǒng)更加安全可靠,系統(tǒng)既能支持在線操作,也能支持離線操作,為操作人員提供更加靈活方便的操作手段。本站的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采用獨(dú)特的微功耗環(huán)保網(wǎng)絡(luò),發(fā)射功率小于1MW,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于“無(wú)線電管理委員會(huì)”規(guī)定的超過(guò)100MW要申報(bào)的規(guī)定,不會(huì)對(duì)變電站其他設(shè)備的正常運(yùn)行和工作人員的健康產(chǎn)生不良影響。與目前許多其他變電站采用的藍(lán)牙無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比,本站的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊距離可達(dá)70m以上,而一般藍(lán)牙的通訊距離僅為10m;本站的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊速率可達(dá)250kb/s,設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)間小于30ms,而一般藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的通訊速率僅為4～20kb/s,設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)間一般在3s以上。2.4控制電路的操作本站對(duì)每個(gè)需要遙控的電動(dòng)設(shè)備都設(shè)置了一個(gè)遙控閉鎖繼電器,通過(guò)將遙控閉鎖繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)串接在遙控、就地操作的控制回路中,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)設(shè)備操作的強(qiáng)制閉鎖,如圖2所示。由分布式鎖具控制器對(duì)遙控閉鎖繼電器進(jìn)行控制管理,分布式鎖具控制器有4個(gè)通道,每個(gè)通道可管理多達(dá)32個(gè)遙控閉鎖繼電器。在遙控操作時(shí),操作人員首先應(yīng)在五防系統(tǒng)模擬操作屏上進(jìn)行模擬預(yù)演,當(dāng)五防預(yù)演通過(guò),開(kāi)出正確的操作票后,再啟動(dòng)遠(yuǎn)程解鎖功能。五防系統(tǒng)的后臺(tái)主機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向相應(yīng)的遙控閉鎖繼電器發(fā)送解鎖命令,控制閉鎖接點(diǎn)預(yù)先吸合,相當(dāng)于遙控投退遠(yuǎn)方操作壓板。操作人員可在變電站監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)上按操作票進(jìn)行遙控操作,當(dāng)操作正確且完成后,五防系統(tǒng)的后臺(tái)主機(jī)則通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)或遙控閉鎖繼電器將現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)采回,設(shè)備狀態(tài)位置正確后才允許進(jìn)行下一步操作,從而達(dá)到有效防止走空程的目的。遙控閉鎖繼電器除了可以進(jìn)行遠(yuǎn)程解鎖外,也還可通過(guò)智能電腦鑰匙在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手動(dòng)解鎖。分布式鎖具控制器采用屏蔽雙絞線作為系統(tǒng)的總線向遙控閉鎖繼電器供電,只有接受到解鎖命令時(shí)才將電源加到系統(tǒng)總線上。平常,系統(tǒng)總線均與大地短接,這樣即使是在遭受雷擊的情況下也不會(huì)損壞閉鎖元件或使開(kāi)關(guān)誤動(dòng)。這種冷閉鎖技術(shù)的采用,大大提高了系統(tǒng)的可靠性。2.5規(guī)范管理,保障安全生產(chǎn)地線管理器是用來(lái)管理變電站內(nèi)所使用的臨時(shí)接地線的智能電子設(shè)備。該地線管理器可以與五防系統(tǒng)主機(jī)聯(lián)網(wǎng)使用,也可以獨(dú)立運(yùn)行使用。使用地線管理器,不但可以解決目前微機(jī)五防系統(tǒng)對(duì)臨時(shí)接地線無(wú)法識(shí)別管理的問(wèn)題,還能查詢地線是否在地線室的指定位置,做到按章使用,規(guī)范管理,有記錄,可查詢,防止隨意的混亂使用,為電力安全生產(chǎn)提供有力的保障。系統(tǒng)由地線管理主機(jī)與檢測(cè)閉鎖機(jī)構(gòu)組成,主機(jī)負(fù)責(zé)管理控制檢測(cè)閉鎖機(jī)構(gòu),并向五防系統(tǒng)主機(jī)提供地線的當(dāng)前狀態(tài)以及執(zhí)行五防系統(tǒng)主機(jī)解、閉鎖命令。檢測(cè)閉鎖機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)檢測(cè)識(shí)別地線與閉鎖解鎖地線。檢測(cè)閉鎖機(jī)構(gòu)的個(gè)數(shù)可根據(jù)地線的數(shù)量進(jìn)行配置,一個(gè)主機(jī)最多可以管理64個(gè)檢測(cè)閉鎖機(jī)構(gòu)。臨時(shí)接地線閉鎖由臨時(shí)接地線、地線樁和機(jī)械編碼鎖構(gòu)成,如圖3所示?，F(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí),首先在應(yīng)掛地線的地方焊上地線樁,不掛地線時(shí),則將機(jī)械編碼鎖鎖在地線樁上,此時(shí)不能掛臨時(shí)接地線。當(dāng)需掛地線時(shí),五防系統(tǒng)的后臺(tái)主機(jī)會(huì)發(fā)岀解鎖命令,此時(shí)可使用電腦鑰匙將機(jī)械編碼鎖解鎖,再通過(guò)地線管理器解鎖臨時(shí)地線,將臨時(shí)地線從地線室取出后裝入地線樁,再鎖上機(jī)械編碼鎖即可。2.6高壓充放電顯示開(kāi)關(guān)高壓帶電顯示閉鎖裝置是一種用于防止誤入帶電間隔、誤碰帶電設(shè)備、帶電掛地線等人為誤操作事故的防誤裝置。在武鋼本次對(duì)系列變電站實(shí)施的技術(shù)改造工程中,采用了一系列可應(yīng)用于開(kāi)關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜、GIS組合電器、電纜頭、高壓母線、戶外敞開(kāi)式設(shè)備等各種場(chǎng)所的高壓帶電顯示閉鎖裝置。這些高壓帶電顯示閉鎖裝置具有驗(yàn)電提示、防誤鑰匙解鎖、電氣閉鎖接點(diǎn)、無(wú)線通訊接口等功能;在工作模式上有感應(yīng)式和接觸式兩大類,工作電源有交流、直流和不需要電源等多種方式;結(jié)構(gòu)上提供了內(nèi)嵌式和表面安裝兩種方式。高壓帶電顯示閉鎖裝置實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制性閉鎖的方法有以下幾種:(1)將高壓帶電顯示裝置輸出的有電/無(wú)電驗(yàn)電接點(diǎn)(YJD)“串聯(lián)”在電動(dòng)隔離刀閘的控制回路中,構(gòu)成電氣閉鎖。(2)將高壓帶電顯示裝置輸出的有電/無(wú)電驗(yàn)電接點(diǎn)(YJD)接入微機(jī)防誤閉鎖裝置的驗(yàn)電器中,構(gòu)成邏輯閉鎖。操作流程是:用電腦鑰匙先驗(yàn)電,無(wú)電后才能對(duì)接地刀閘或接地線進(jìn)行解鎖操作。(3)將高壓帶電顯示裝置輸出的有電/無(wú)電驗(yàn)電接點(diǎn)(YJD)直接“串聯(lián)”在新型電控鎖的電源控制回路中,利用電控鎖對(duì)手動(dòng)隔離刀閘或接地線實(shí)施強(qiáng)制性閉鎖。2.7密鑰管理機(jī)和五防系統(tǒng)密鑰2.7.1智能控制單裝解鎖控制的應(yīng)用當(dāng)微機(jī)防誤閉鎖裝置出現(xiàn)故障或需要緊急解鎖時(shí),可使用解鎖鑰匙進(jìn)行操作。但對(duì)于解鎖鑰匙的管理,一直沒(méi)有很好的辦法。解鎖鑰匙的保管有采取用信封封存,使用時(shí)拆封登記的辦法;也有將解鎖鑰匙鎖在抽屜保管的辦法。但是也有隨意使用解鎖鑰匙的現(xiàn)象。這些原始的管理辦法,既不能保證解鎖鑰匙的正確使用,又增加了值班人員的工作量,也無(wú)法科學(xué)地統(tǒng)計(jì)是設(shè)備故障還是微機(jī)五防系統(tǒng)裝置故障造成的解鎖操作問(wèn)題;不便于對(duì)設(shè)備的管理,更為嚴(yán)重的是,解鎖鑰匙的隨意使用會(huì)使一些值班人員養(yǎng)成一種習(xí)慣性的違章,為造成惡性誤操作埋下隱患。根據(jù)《2003～2005年以來(lái)國(guó)家電網(wǎng)公司防止電氣誤操作工作總結(jié)及調(diào)研報(bào)告》的統(tǒng)計(jì),因組織措施原因造成的誤操作事故共發(fā)生了120次,其中因擅自解鎖造成的誤操作事故達(dá)29次,占組織措施的24.2%,排在第1位,如圖4所示。在武鋼本次對(duì)系列變電站實(shí)施的技術(shù)改造工程中采用的智能鑰匙管理機(jī),是一套集智能解鎖和緊急解鎖鑰匙管理為一體的新一代鑰匙管理機(jī),具有完善的解鎖鑰匙的管理功能和緊急解鎖票的開(kāi)票、申請(qǐng)、批準(zhǔn)、傳票、記錄、查詢和統(tǒng)計(jì)等功能。鑰匙管理機(jī)支持如下3種緊急解鎖方式(見(jiàn)圖5):(1)ic卡解鎖法操作人員輸入解鎖原因后,由當(dāng)?shù)刎?fù)責(zé)人用高級(jí)別IC卡以刷卡的方式批準(zhǔn)解鎖。(2)網(wǎng)絡(luò)解鎖操作人員和批準(zhǔn)人先后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)登陸操作密碼,輸入解鎖原因,批準(zhǔn)解鎖后,艙門可以打開(kāi)。(3)短信回復(fù)批準(zhǔn)解鎖操作人員輸入解鎖原因后,智能鑰匙管理機(jī)自動(dòng)將短信發(fā)送至批準(zhǔn)人的手機(jī)上,批準(zhǔn)人通過(guò)短信回復(fù)批準(zhǔn)解鎖。智能鑰匙管理機(jī)收到批準(zhǔn)解鎖信息回復(fù)后,會(huì)自動(dòng)向智能解鎖鑰匙傳送解鎖票或打開(kāi)緊急解鎖鑰匙艙門。2.7.2智能解鎖嘴唇五防系統(tǒng)鑰匙分為兩級(jí),第1級(jí)為智能解鎖鑰匙,優(yōu)先使用;第2級(jí)為緊急解鎖鑰匙,限制使用。智能解鎖鑰匙只能對(duì)授權(quán)的設(shè)備進(jìn)行解鎖,緊急解鎖鑰匙可以對(duì)任意設(shè)備進(jìn)行解鎖。智能解鎖鑰匙具有以下主要功能:(1)可接收授權(quán)解鎖指令;(2)具有識(shí)別鎖碼功能;(3)具有按