变电站五防的可行性改进方案探讨
摘要：本文从变电站五防系统的构成，分析了微机五防存在的问题，并提出从规则下装、五防一体化、五防关键设备在线监视、编码锁定期巡视等方面提高五防可行性的改进方案。
关键词：变电站自动化,微机五防,通信,监控系统
0前言
为了有效遏制电气设备误操作而引发的人身和重大事故，我国相关部门早在90年代就提出了电力系统“五防”的要求，并以法律法规的形式规定了运行、管理、设计和使用的原则，要求高压带电设备一定要安装防误闭锁装置，以达到防止误操作的目的。随着电力系统的发展，防误操作技术也不断提高，先后出现了机械闭锁、机械程序闭锁、电气闭锁、微机五防、在线式五防等多种闭锁形式，其中微机五防在自动化变电站应用最多，在变电站防误操作中一直占据着统治地位。
1 变电站五防系统的构成
国内的自动化变电站基本都已建立站控层防误、间隔层防误、过程层防误的三层防误操作体系，如图1：
图1 变电站五防系统结构
由五防机 ( 或模拟屏 )、电脑钥匙、适配器、编码锁及其安装附件组成的微机五防系统，实现对站控层和过程层的防误操作。五防机上防误闭锁软件的安装，通过监控机获取变电站的实时数据，并为监控机提供设备操作的闭锁信息，实现站控层遥控操作的防误闭锁。五防机上操作票生成后，传输到电脑钥匙，再由电脑钥匙和编码锁共同完成对过程层非遥控操作的防误闭锁。五防机和电脑钥匙经由适配器连接，负责对通信过程中的介质转换和电脑钥匙电池充电。内置本间隔一次设备的操作逻辑，分布在间隔层的各测控单元中，组成间隔层防误体系。无论是在监控机上遥控操作还是在间隔层“就地”操作，均要经过间隔层防误闭锁逻辑的校验。五防系统正常工作时，五防机与间隔层防误同时发挥作用;五防机因异常退出工作时，由测控单元担负的间隔层防误仍具有防误闭锁的作用。
2 五防可行性分析及改进措施
计算机技术、自动化技术、通信技术的发展，为提高变电站自动化水平提供了技术手段。通过优化通信网结构、冗余配置监控机等方式，计算机监控系统的可行性得到显著提高，而与之密切相关的五防设备的可行性却常常被忽视。
2.1 五防机冗余配置
目前，国内 220 kV 及以上电压等级变电站的监控机均采用双重化冗余配置。当监控主机出现异常，备机会自动转为主机接管变电站的监控功能。但微机五防系统的五防机却没有双重化冗余配置，因此，一旦五防机异常，将会影响全站的安全操作。一些重要的变电站出于确保五防可行性的考虑，配备了 2 套五防系统，但这 2 套五防系统完全独立，不存在主、备切换关系，当一套五防系统工作异常时，需要人工干预，才能使另一套五防系统投入工作。近几年，以监控系统为基础发展起来的五防监控一体化技术 ( 以下简称“五防一体化”)
为解决五防机的互备问题提供了可能。五防一体化是指将五防闭锁软件作为监控软件的内嵌模块，在监控系统中实现五防功能，并将五防软件纳入监控系统统一管理的防误闭锁技术。
五防一体化系统中，五防与监控共用图形和实时库，每个监控机都可兼做五防机使用，主、备机之间通过握手报文监视对方的存在。主、备监控机通过发布与同步机制实现实时库和图形界面的一致性，软件结构如图 2 所示。五防一体化系统正常时，五防模块在主机运行，备机上的五防模块处于备用状态。主机异常退出时，备机自动升级为主机，备机上的五防模块由备用状态转为工作状态。由于主、备机采用了统一的实时库和图形界面，因此可以做到无缝切换，切换过程中不会丢失任何监控和五防的运行信息。
图2 五防一体化系统软件结构
2.2 站控层与间隔层防误规则的一致性
防误操作的基础是设备闭锁逻辑，也称为防误规则。防误闭锁软件根据防误规则和相关设备的状态，判断是否可对一次设备解除闭锁状态。图 1 所示的五防结构体系中，站控层和间隔层各有一套防误规则。站控层的防误规则集中在五防机中，间隔层的防误规则分布于各个测控单元内，间隔层与站控层防误规则应保持一致。对设备遥控操作时，需经过站控层和间隔层的双重五防校验，如果站控层和间隔层防误规则不一致，就可能造成遥控操作无法正确执行。保证间隔层与站控层防误规则一致的较好做法是，通过站内监控网络，五防机自动将防误规则装到测控单元，形成测控单元的规则库;测控单元也可将规则库发送到五防机，供五防机进行校验。
2.3 微机五防的通信
微机五防系统中，五防机与监控机之间，五防机与电脑钥匙之间，信息的交互主要通过 RS232串口方式完成。串口通信速率不高，易受电磁干扰，因干扰造成通信不畅而导致的防误闭锁问题时有发生。由于 RS232 串口只能实现点对点通信，对于双重化配置的监控系统，当连接五防机的监控机出现问题时，另一台监控机无法立即与微机五防通信。目前，一些高端机型已不提供 RS232 通信接口，为实现监控系统与五防通信，计算机不得不外扩串口通信卡。可采用以下 2 种措施提高通信环节的可行性。
(1) 用以太网代替串口通信。工业以太网因其速率高、抗干扰能力强的优势，被广泛用于变电站监控系统，以太网接口已成为计算机的标准配置。通过网络实现监控系统与五防机之间以及五防机与电脑钥匙之间的信息交换，不仅提高了通信速度，而且容易实现一台五防机对多台监控机的通信，使通信可行性得到改善。
(2) 采用五防一体化技术。五防一体化系统取消了五防机与监控的通信环节，将五防与监控合一，五防所需要的设备位置信息直接取自监控系统实时库，监控系统可直接得到五防的闭锁信息，微机五防的实时数据和闭锁数据可行性更高。
2.4 对五防关键设备的在线监视
变电站一次设备的工作状况正逐步纳入自动化系统的监控范围，但对微机五防设备工况的监视却一直被忽视，使微机五防成为自动化系统监视的盲区，导致五防设备存在的缺陷无法及时被发现。一些变电站往往要到设备操作时才发现五防设备无法正常工作，影响了安全操作。因此，如何实现对五防设备的在线监视，做到有问题早发现、早解决，是保证五防设备正常工作的关键。对于微机五防的关键部件，五防机、电脑钥匙、通信适配器，可采用如下所述方式在线监视：电脑钥匙和通信适配器应具备自检功能，并将自测结果告知五防机;五防机将测试结果连同自身的工作状况发送到监控系统;监控系统收到五防设备的工作状况后可根据需要将信息进一步上送到调度中心。信息流程如图 3 所示，图 3 中每一级的信号上送都是借助于变电站已有的通信链路实现的，在信息逐级上送过程中，每一级都将自身的工作状态加入到上送信息中。
图3 监视信息上送流程
2.5 对编码锁的定期巡视
变电站规模不同，编码锁的数量从几十个到几百个不等。电脑钥匙通过正确识别编码锁来保证正确的操作流程。如果电脑钥匙无法正确识别编码锁，就会出现错误闭锁或开锁的情况，影响安全操作。近几年，电脑钥匙无法正常对编码锁采码已成为影响开锁的主要原因。通过在电脑钥匙中增加“锁具巡视”功能，可尽早发现因采码造成的锁具问题，以便对问题锁具及时更换。具体做法如下所述。在五防机中，“锁具—设备对应表”是五防软件数据库的一部分，它记录了每个一次设备对应的编码锁，将这张表下装到电脑钥匙中，并作为电脑钥匙的数据库存储到 FLASH 中。变电站检修人员持电脑钥匙定期对全站编码锁进行“巡视”，当电脑钥匙采集到锁码信息后，与存储在 FLASH 中的“锁具—设备对应表”进行匹配，如果找到匹配项，则显示锁码及对应的设备信息。检修人员据此信息判断锁具的安装位置是否与实际的一次设备符合，如果不符合，则需要更换锁具或锁码。如果电脑钥匙未采集到有效锁码，则提示“未找到匹配信息”，说明锁具的锁码可能因老化或疲劳失效，需要更换锁具或锁码。
3 结束语
充分利用自动化系统所提供的硬件、软件环境及数据信息，对微机五防进行改进，以提高其可行性。一些提高五防可行性的方法，如五防一体化技术、以太网通信技术，已在部分变电站采用，取得了理想效果。五防关键设备的在线监视和编码锁的定期巡视，不用增加任何硬件资源，只需对相关软件进行改进，对通信规约进行扩展即可实现。
