智能变电站五防闭锁功能模型标准化设计及实现

万涛 张媛媛 杨栋 刘娅

摘要：随着社会经济和科技的快速发展，智能电网的普及已非常普遍。智能变电站在各个地区不断兴建起来。与以往的常规变电站不同，智能变电站对于设备及标准化平台等功能的要求非常高，体现出了较为突出的集成一体化、信息标准化和协同互动化发展特征。五防闭锁功能，正是智能变电站为防止电气误操作而在相关智能系统中使用的必备手段。本文就这一智能变电站重要组成部分的模型标准化设计及实现进行了介绍，希望能为推动智能变电站系统的进一步完善提供一些有益建议。

Abstract： With the rapid development of social economy and science and technology， the popularity of intelligent grids has become very common. Intelligent substations continue to be built in various regions. Different from conventional substations， intelligent substations have very high requirements for functions such as equipment and standardization platforms， which reflect the prominent characteristics of integrated integration， information standardization， and cooperative interaction. Five anti-lockout functions are the necessary means for intelligent substations to be used in related intelligent systems to prevent electrical misoperation. This article introduces the model standardization design and implementation of the important components of this intelligent substation， and hopes to provide some useful suggestions for the further improvement of the intelligent substation system.

關键词：五防闭锁功能；模型；智能变电站系统；设计；实现

Key words： five anti-lockout function；model；intelligent substation system；design；realization

中图分类号：TM6；TP3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）25-0143-03

0 引言

智能变电站是利用计算机网络技术通过采用智能设备而形成的具有先进、可靠、集成、低碳、环保功能的电力枢纽。为保证这个电力枢纽的正常工作，要其智能系统中必需通过设置五防系统实现其正常供电的功能。随着科学技术的发展，这种设想已变成了现实，促进了智能化变电站技术的进一步完善。

1 智能变电站中五防的设计

1.1 五防的概念

在智能变电站系统中，五防系统的得名来自于其具有防止包括带负荷分合刀闸、误入带电隔离区间、误分合断路器、带电挂接地线、带地线合刀闸等五项电气误操作在内的功能。该系统为整个智能变电站系统的正常运转提供了最基础、最实用的保障。

1.2 智能化变电站对五防的要求

随着电网智能化程度的不断提高，相关系统中五防系统的一体化进程已成为必然趋势，它通过利用变电站自动化系统的逻辑闭锁软件，对于减少设备重复配置、防止误操作闭锁起到了重要作用。为进一步实现智能变电站系统的安全性、可靠性、经济性，从2009年开始，国家电网公司针对防误操作等系统层的各项功能提出了高度集成一体化的要求，并提出了三种规范智能化变电站设计思路，在加强变电站的防误操作闭锁功能方面做出了更多、更详细的规定。

1.3 智能化变电站中一体化五防的特点

智能化变电站中一体化五防系统是基于监控系统中的五防与监控系统的一体化集成而得到实现的，并成为了智能化变电站的显著特点之一，而监控五防一体化系统在具体配置方面，具有以下特点：

传统的变电站系统中，五防工作站是监控系统中的一个灵活的节点，其对于变电站系统的功能实现，是可以根据现场情况进行选择的，即可以兼作操作员站，也可以成为独立配置。而智能化变电站中一体化五防系统可以与监控系统无缝融合，通过监控功能中的全图形化界面组件，使操作人员可以通过直观的观察及时发现误操作问题，使用户的操作体验更好，以轻松的方式自如完成工作，从而大大减轻工作负担。

另外，在新的智能化变电站系统五防系统中，通过监控的实时库对五防数据进行读取也非常方便。传统的计算机对相关数据进行提取，需要采用通信方式在五防的中间环节进行相关工作，数据提取难度非常大，更不可能具备较高的提取效率。而现在的计算机技术已大大提高，现在对五防数据的提取，更重视五防系统的运行性能和可靠性，并兼顾了数据源采集的实时性和可靠性，使监控系统与五防主机能够共享一套实时库，使得数据提取不仅难度大大降低，而且使五防系统的操作票及防误闭锁功能的实现成为可能。

为减少传统五防系统中对现场调试和维护方面投入的工作量，形成二次建模的麻烦局面，智能化变电站系统五防系统，已实现了图形系统、数据库、监控系统的完全统一，并通过使该系统实现了在UNIX，WindowS/Li删x不同的操作系统中的使用，提升了智能化变电站五防系统的跨平台灵活配置，使得该系统的优势更为明显。

综上所述，智能化变电站五防系统通过与自动化技术的融合，实现了数据库和图形界面的共同使用，使得自动化系统具备了五防系统的所有功能，并能配置电脑五防锁具等设备。

2 智能变电站中五防闭锁功能模型的实现方式

五防闭锁功能是智能变电站五防系统的重要功能体现，在相关模型的构建中，各项工作的开展都是围绕着相关系统的五防闭锁功能的实现而开展的，因此各个研制机构和技术人损对此进行了不断探索，并研发出了几种五防闭锁功能的实现方式：

2.1 电气防误闭锁

电气防误闭锁回路，是通过联接相关设备的辅助触点而实现的，作為一种现场电气联锁技术，其形式并不复杂，是一种最基本的电气闭锁形式，但在闭锁效果方面的可靠性是其他方式和技术难以比拟的。但是，这种方式也存在一定的缺陷，即接入大量的二次电缆才能实现其电气防误闭锁功能，接线方式过于复杂，使得后期工作中对线路的维护难度也加大了。另外，完整的“五防”功能，并不仅仅是防止开关、隔刀和地刀的误操作，还需要对误入带电隔离等操作实现有效防止，在这一方面电气防误闭锁回路还无法做到。

针对电气防误闭锁回路存在的不足，技术人员对其进行了不断的完善，使得该回路的闭锁方法更为多样、有效，提升了该回路在控制电气防误闭锁方面的便捷性、可靠性。但是线路复杂，间隔多等问题还难以克服，因此需要通过消耗大量电缆，而由此也带来了诸如在运行中存在刀闸辅助触点不可靠、户外电磁锁机构易损坏等缺陷。

2.2 机械防误闭锁

将用于户外的机械防误闭锁装置应用于变电站内部，即在柜壳生产完成时将机械防误闭锁装置安装在其内部，可以通过最短的机械机构之间的有机联系达到联动操作的目的，使得相关操作部位的设置更为紧密，操作方式更为便捷，在长期的实际应用中，人们已发现了机械闭锁结构简单化的优势，并不断应这种方式进行推广，未来必然会成为机械闭锁结构发展的趋势。

从可靠性方面出发，机械防误闭锁的每项功能实现，都是依靠机械机构进行传动，使闭锁装置达到相关要求，即使没有实现操作，正反向闭锁都能成立。同时，该设备的优点较多，比如，能够防尘、防污染，可以在相对恶劣的污染环境中安装使用。但是，该装置的缺点是，由于完全靠机械机构传动，其中的联动环节较多，而一旦某个环节出现问题，就会引发机构卡死故障，使得相关设置的可靠性降低。另外，这种方式的应用范围也存在一定的局限性，即它只能在开关柜中有动作联系，只有满足用机械闭锁的地方和户外隔离开关与接地刀操作机构同处安装的条年，该设备才具有机械防误闭锁的功能。

2.3 程序锁

由于操作设备一般都存在操作控制距离限制问题，很多操作设备都无法应用于户外配电装置，因此导致了资源配置优化的过程并不顺利。而五防系统中的程序锁正是根据操作部位的先后顺序，以钥匙为传递媒介，对设备操作控制距离限制实现了重大突破，使得相关设备的应用范围更广，提高了其在户外环境中的应用可能性，从而实现了将户内间隔式配电装置以及开关柜双柜和开关柜与柜外配电设备间的闭锁联系起来的目的。

程序锁的优势与缺陷是并存关系，其在使用过程中必须从头到尾一气呵成，中间不能间断，这使得程序锁的可靠性得到了保障，但是如果没有第一把锁，就无法实现程序操作，这就使得程序锁的作用无法得到发挥，使其功能无法体现出来。

2.4 传统的微机五防系统

计算机及网络通信技术在变电站自动化系统中的应用，使得计算机五防系统可以对高压开关设备电气误操作进行防止干预。一般情况下，防误闭锁装置闭锁的设备包括开关、刀闸、地线（地线刀闸）、遮拦网门（开关柜门）等共四类。这些设备都处于系统软件的控制中，使其应用符合软件编写的操作闭锁规则，从而通过电编码锁和机械编码锁的实现体现出其闭锁功能。

2.5 一体化的微机五防系统

一体化集成五防系统基于一体化管理思路，在相关设计中将变电站实时监控、故障信息系统子站、工程师站五防一体化、变电站日常管理工作全部集中在了一起，但这些子系统在逻辑方面是各自独立的，只是共享数据库和图形界面，即满足了相关数据信息的共享的同时，各个子系统之间有保持了相对的独立，可以按照不同需求进行单独配置，使得相关操作功能的实现更具灵活性。

3 五防在智能化变电站中的应用

根据国家针对智能变电站五防系统的制定的IEC61850标准，智能变电站通过有机结合智能化一次设备和网络化二次设备，构建了包括过程层、间隔层、站控层等三层结构组成的智能化变电站系统，并以光纤通信网络取代二次电缆，使得各个层级、设备之间的联系更为紧密，并实现了数据信息的共享和互操作。

通过对智能化变电站结构的调整，使得其内部结构中过于复杂、影响变电站管理效率的复杂线路得以科学简化，提高了自动化管理水平，并优化了维护环境，这是智能化变电站系统优于常规变电站的特征之一。同时，由于其中内部管理环境的优化，也使得相关系统的操作难度得到了降低，智能化的一键式操作在倒闸操作中的应用，是基于间隔层设备为主体的，在避免误操作方面具有相当强的有效性。

4 间隔层五防对智能化变电站影响

基于GOOSE机制，智能变电站内部间隔层与过程层的设备之间、间隔层与间隔层的设备之间，相互的开关量采集和控制得以实现。在这个过程中，也引发了新的问题，如过程层智能终端下放、传统的硬接点开入取消等。这些问题的出现，对于智能变电站系统五防系统提出了新的挑战，如何克服系统调整带来的对五防一体化的系统操作模式及防误闭锁功能体现的影响，已成为相关技术人员和操作人员共同面对的问题，需要不断对系统进行改时和完善，以及改变传统的操作习惯，尽快让相关操作人员适应新的操作规范和流程，通过不断提高操作技能的熟练程度使间隔层五防对智能化变电站正常运行的影响降到最低。

5 结语

随着智能电网的普及，智能化变电站也越来越普遍，为保证智能变电站运行的稳定性、可靠性，针对电气误操作而专门设置的五防闭锁功能的实现变得尤为重要。因此需要不断加强对其功能模型标准化设计及实现努力，使一体化五防和网络化五防在智能化变电站中的应用会越来越广泛，促进智能化技术在智能变电站日常运行中的进一步应用和完善。

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