北京太阳宫电厂的无线五防系统设计及其应用-电气工程专业毕业论文

华北电力大学硕士学位论文摘要由于发电厂内电气设备种类繁多、生产作业任务量大，非常容易发生人为误操 作事故，这对人身、电网和设备的安全构成严重威胁。为了有效防止电气误操作而 导致的人员设备重大事故，我国建立了完整的电气五防的管理、运行、设计和使用 体系。本文以北京太阳宫电厂实际需求为依托，设计并实现了北京太阳宫电厂无线 五防系统，大大提高了防止人员误操作事故的管理水平。本文首先介绍了选题的背景和研究的意义，以及国内外研究学者在电气防误闭 锁领域的研究与实际应用现状；其次分析研究了传统防误闭锁方式与微机五防管理 系统的优缺点，以及对比分析了常见五防产品的性能，这些有利于论文研究的进一 步开展；然后分析了北京太阳宫电厂业务需求和原五防系统存在的问题，针对业务 需求与存在的问题，提出了五防系统技术要求。分析了ZigBee无线通信技术和微 机五防系统和技术特点，设计无线五防系统的总体设计思路、软硬件配置和系统操 作流程，分别根据电厂现场的实际需求有针对性的设计系统网络方案、闭锁逻辑方 案、功能方案、闭锁范围、闭锁方式等，并实现五防基本要求、设备对位、五防模 拟操作、存储操作票、多级操作权限管理功能、通讯接口功能、电脑钥匙功能。自系统投入运行以来，五防闭锁装置正常投运率达100，未发生一起误解锁 现象及其它任何异常情况，证明该系统满足北京太阳宫电厂的实际需求。关键词：无线；防误操作；五防闭锁万方数据华北电力大学硕士学位论文AbctractDue to a wide range of electrical equipment within the plant，production tasks and more prone to misoperation accident，a serious threat to the safety of persons，power 酣ds and equipmentPersonnel equipment in order to effectively prevent major accidents caused by electrical misuse，China has established a complete electrical fiveanti-management，operation，design and use of the systemIn this thesis，the actualdemand Beijing Taiyanggong power plant as the basis，designed and implemented five anti-Beijing Taiyanggong Power wireless system，greatly improving the prevention of misuse of accident management level staffThis thesis introduces the research and practical application status of the background and significance of the topic，and research scholars in the field of electrical error lockout prevention；secondly analysis of the advantages and disadvantages of the traditional way of error lockout prevention and five anti-computer management system， and comparative analysis of the performance of the five anti-common product，which is conducive to the further development of research papers；then analyzes the Beijing Taiyanggong power plant business requirements and the original five anti-system problems，for business needs and problems，proposed five anti-system technical requirementsAnalyzing of the ZigBee wireless communication technology and microcomputer five prevention system and technical characteristics，it is designed that radio five prevention system design ideas，software and hardware configuration and system operation processAccording to the actual needs of the power plant site we design the system network scheme，latching logic scheme，function plan，area of atresia，type of atresia and，and to achieve the five basic requirements，equipment alignment，five anti simulated operation，storage operation ticket，multilevel purview management functions，communication interface and computer key functionSince the system has been put into operation，the operation rate of five antilocking device normal is 1 00Unlocking phenomenon and any other abnormalsituations did not OCCur，that proves the system to meet the actual demand of Beijing TalyanggongKeywords：Power Plant；Prevent misuse；Five anti-lockoutII万方数据华北电力大学硕士学位论文目录摘要IAbctractII第1章绪论l11研究背景和意义112国内外研究现状213本文所做的工作5第2章传统防误闭锁方式与微机五防系统621传统防误闭锁方式622微机五防系统1023传统防误闭锁方式与微机五防系统的对比分析1424常见五防产品性能1525本章小结17第3章北京太阳宫电厂五防系统需求分析1 831北京太阳宫电厂介绍1832原五防系统存在的问题1833无线五防系统的技术要求2034本章小结22第4章无线五防系统方案设计2341无线五防系统的整体设计思路23411设计依据及标准23412系统设计思路一23413系统配置24414系统操作流程2542主要技术手段及应用26421 ZigBee无线通信技术26422无线五防防误闭锁系统2743无线五防系统的网络方案设计3044五防闭锁逻辑方案设计3245无线五防系统其他方案设计3246无线五防系统功能方案设计36III万方数据华北电力大学硕士学位论文47本章小结37第5章无线五防系统的工程实施及应用3951系统硬件工程实施3952系统网络工程实施4053系统其他工程实施4454系统工程进度安排4655设备明细表4656系统应用中的新问题及处理措施47561应用中存在问题及解决措施47562系统应用维护工作新要求4857系统应用效果5058本章小结5 1第6章结论与展望5261结论5262展望52参考文献53攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果56致谢57IV万方数据华北电力大学硕士学位论文第1章绪论11研究背景和意义今年来我国经济社会发展迅速，人民的生活水平不断攀登新台阶，无论在经 济社会发展中，还是在人民日常生活中，电力系统扮演着不可或缺的角色，这要 求电力系统快速发展，不仅要提供高质量的电能，更要提供可靠稳定的电能【1】。 2003年08月16日，美国东北部及加拿大南部大停电，造成北美5000万人陷入 黑暗，经济损失约60亿美元。2012年7月30日，印度发生大面积停电事故，直 接影响6亿人的正常生活，这些实例都表明电力工业在当今社会中的重要性【2|3】。 电力企业生存和发展的前提是安全生产。发电企业只有安全稳定生产，才有可能 创造源源不断的经济效益，提供稳定可靠的电能保证，才能给整个社会的稳定发 展提供可能。发电企业一旦发生事故，轻则发电量减少，重则设备损坏、人员伤亡、电网解列。这不但会给电力企业带来不可挽回经的济损失，更会给社会经济造成十分恶劣的影响。在发电厂内，工作环境复杂，电气设备种类多种多样，尤其是在任务重、时 间紧的机组检修过程中，极易发生作业人员误操作事故。误操作事件一但发生， 有可能会造成机组跳闸，致使母线、线路停电，更严重的有可能会引发大面积停 电、威胁人身安全和电网稳定的特大事故，造成难以估量的经济损失【4】。我国在 吸取了无数事故教训后，总结中外电气运行工作经验，为了有效防止电气误操作 重大事故的发生。我国在1994年以法规的形式确定了电气五防的设计、运行、管 理和使用原则。国家电网公司关于防止电气误操作装置管理规定(国家电网生【20031243号)、防止电力生产重大事故的二十五项重点要求中的第二章“防止 电气误操作事故”中明确规定：发供电企业应有一套完整的微机五防管理系统， 以及采用计算机系统的远方、就地操作均应具备完善的防误闭锁功能。(五防：防止误分(误合)断路器，防止带负荷拉(合)隔离开关，防止带电挂(合)接地 线(接地开关)，防止带地线(接地开关)合断路器，防止误入带电间隔。)。电力 事故的影响深远，对电力系统安全的要求也就越来越高。虽然如此，人为的误操 作而导致的事故却依然时有发生【561。传统的五防闭锁方式主要分为机械闭锁、机械程序闭锁、电气回路闭锁和电 磁闭锁，总共四种方式。机械闭锁存在可能发生机械卡涩的先天性问题。而电磁 闭锁和电气回路闭锁的回路比较复杂，致使其发生故障的概率较高。更为重要的万方数据华北电力大学硕士学位论文是，无论上述哪一种传统五防闭锁方式都难以实现全站的闭环闭锁。这导致在实 际生产工作中，不能完全防止人为误操作事故的发生。针对上述问题，怎样建立 一个完整的防误操作系统，防止人为误操作事故的发生，对于电力系统的可靠、 安全、稳定的运行，具有十分重要的现实意义。进入21世纪以后，信息技术已经广泛应用于在社会经济发展的方方面面，在 电力生产防误闭锁领域，也已经采用计算机技术，在研究与实践中，将计算机技 术与传统五防理念相结合，发挥计算机技术的优势，弥补传统防误闭锁系统中的 漏洞，最大限度的减小人为误操作事故的发生机率。微机五防系统是由微型计算机(PC兼容机)、管理软件、通讯适配器、电脑 钥匙、机械编码锁电编码锁和其它安装部件组成。开发计算机智能推演程序软件， 辅以强制性的正确操作顺序程序。并在操作过程中，公正客观的记录整个操作过 程。并且采用无限编码锁片开发电编码锁(遥控闭锁继电器)、机械编码锁，实现 了“双无”技术。一是“无”接触技术，也就是在采码时物理上没有连线、没有 接触、没有机械触点等，编码和探头之间应用无线方式交互信息，“无”接触技术 彻底克服了传统机械采码技术的所有弊端，极大地提高了系统的采码可靠性；二 是“无”重码，即每个设备的编码为全球唯一编码，在整个编码系统中没有重码 现象，在微机五防装置设备编码时已经突破了点数的限制，这为现代微机五防的应用打下了良好的基础。12国内外研究现状根据实际生产经验，主要有三方面的因素可以导致误操作，分别是站内运行 值班员、检修作业人员或其他人员的误操作。运行人员的误操作行为主要是误合、 误拉隔离开关和断路器、误入间隔、误带地线合闸等操作：检修人员的误操作行 为主要是在检修、试验过程中误碰运行间隔【7】。依据误操作的不同范围，设置防 误装置，国内常见的防误系统可以分成微机五防闭锁和传统的五防闭锁方式，传 统五防闭锁方式主要有4类：机械闭锁、机械程序闭锁、电气回路闭锁和电磁闭 锁【8】o机械闭锁是在隔离开关、断路器等设备的操作机械传动部分处，设置互相限 位和相互制约等方式来实现联锁的闭锁方式18。例如西门子开关柜，厂家在开关 出厂前就设计了开关本体内部的强制闭锁，如开关地刀与刀闸之间的机械闭锁回 路。机械闭锁的优点是闭锁简单、可靠，不需开锁钥匙。但是机械闭锁也存在容易发生机械卡死的先天弱点【9lo万方数据华北电力大学硕士学位论文电磁闭锁方式是利用断路器或隔离开关控制回路的辅助触点来实现需闭锁开 关的电磁锁电源，以此来达到闭锁相应设备的目的。但是电磁闭锁难以闭锁单元 间设备间，所以其防误功能具有一定的局限性【10】。因为电磁闭锁和电气回路闭锁的回路比较复杂，所以其故障的发生率较大。 这种自成体系、各自为政的闭锁一般只能避免开关、刀闸和地刀的误操作，难以 防止运行人员和检修“误走错间隔、误入带电间隔、临时接地线的挂接(拆除) 等”误操作事故的发生，没有实现完整的“五防闭锁。而对于临时接地线这种 在发电厂检修期间应用频率极高的电气装置，由于其外形和存放等方面与安全工 器具有类似性质，往往将其当作安全工器具管理【ll】。传统的五防闭锁并不能有效 的实现地线闭锁功能【12】。而且从近年来发生的电气误操作事故来看，带地线合闸 事故具有比较高的发生率(超过50)，地线闭锁功能是防误操作的重点环节， 这表明在技术方面地线管理存在漏洞。在实际工作中，地线的作用是改变电网接 线方式和运行状态。应将地线管理与主设备管理等同对待。应采用先进的技术和 设备提升地线管理水平，建立地线管理体系，将地线管理纳入独立微机防误系统 中。微机五防系统是由微型计算机(PC兼容机)、管理软件、通讯适配器、电脑 钥匙、机械编码锁、电编码锁和其它部件组成。微机：是智能模拟屏核心，判断 操作人员在微机上的演练是否符合五防逻辑，杜绝产生违反五防要求的操作票【-3】。微机五防操作系统是微机五防系统的核心，具有系统管理和操作票功能。通 讯适配器采用220VAC电源，用于电脑钥匙充电，并实现电脑钥匙与微机的通讯 功能。电脑钥匙作为微机闭锁装置中的最关键设备，从主机接受操作程序，然后 强制要求操作人员按照电脑钥匙上的正确操作程序来操作设备，并客观记录操作 人员的操作过程，以便于管理人员考核运行人员工作，操作任务完成后及时回传 主机，更新开关量状态，与此同时主机记录操作过程。机械编码锁用于接地刀闸、 临时接地线、手动隔离开关和网门等设备的闭锁。电编码锁在电气原理上相当于 一个常开接点，串入操作回路，用于切断正常操作回路，使操作无法执行，解锁 由电脑钥匙连通回路，用于实现电动隔离开关、断路器和电动接地刀闸的闭锁。作为最重要的系统，微机系统中预先存储了电气一次系统接线图和所有设备 的五防逻辑规则；系统通过模拟屏或监控系统得到现场设备的实际状态，当运行 人员在微机模拟图上操作模拟预演时，系统就根据预先编写好的规则判断每一项 操作是否符合“五防”规则，并拒绝执行违反“五防”逻辑的操作，在模拟预演 结束后，系统通过通讯适配器的传输口，将所演练正确的操作程序传输到电脑钥 匙中，最后运行人员拿着电脑钥匙到作业现场进行倒闸操作工作。在操作过程，万方数据华北电力大学硕士学位论文运行人员根据操作票顺序，依照电脑钥匙显示的操作设备名称，将电脑钥匙插入 对应的编码锁内，通过其探头判断操作对象是否正确，若电脑钥匙显示操作正确， 并开放编码锁闭锁的回路或机构，这就表明操作正确，可以执行倒闸操作。在每 一步操作完成后，电脑钥匙将自动显示下一项操作工作，提示下一步操作；若运 行人员走错间隔，电脑钥匙无法打开编码锁，不能进行操作，同时电脑钥匙通过 持续发出的报警声来提醒操作人员停止操作，以实现达到强制闭锁，防止误操作 的发生。当所有倒闸操作工作完成后，运行人员将电脑钥匙信息回传至系统主机，由主机根据回传信息判断确认倒闸操作票是否完成，并实时刷新开关量状态，至 此整个操作过程完毕。在整个倒闸操作过程中，微机五防系统最大限度的减少“人” 这个不稳定因素对操作过程的影响。随着电力系统的不断发展，倒闸操作方式也变得多种多样：就地操作、远方 操作、检修操作、多地点操作、事故操作、解锁操作等。强制性闭锁措施可以防 止各类操作方式下的多种误操作，防止电气误操作应包涵技术管理、操作管理、 权限管理、操作方式管理、操作人员管理、防误设备管理等多个方面，可是“五 防”概念中的防止误操作却没有完全涵盖以上内容。这都对防误闭锁技术的完整 性和系统性提出了新要求【14】。在上述形势下，微机防误系统提出了防止误操作的五层防线理论，这为完善 电气防误体系提供了新思路。五层防线是指为了防止发生电气误操作事故，用技术措施在人和设备之间筑 起五层防线。这一新的思维扩展了传统五防概念，在涵盖传统五防概念的前提下， 从设备操作全过程防误角度出发，使用不同技术措施，从根本上杜绝发生电气误 操作事故。(1)唯一操作权层：对于每一个设备，无论任何时刻，应确保只有唯一的人 员取得该设备的操作权。该唯一人员取得某设备操作权后，无论任何人员，都不 得操作该设备和其他相关设备，只有在该工作人员工作结束释放操作权或主动将 该操作权转移后，其他人员才有可能取得对该设备及相关设备的操作权。这可以保证操作人员和被操作设备的安全。 (2)权限管理层：该层用于确定用户权限，分配及管理用户权限，确保只有具备系统分配权限的人，才有相应设备的使用权和操作过程的控制权。杜绝越权 行为导致的误操作。权限管理不仅包括操作过程控制权，还包括设备操作权限和 异常操作权限的管理。(3)实时逻辑层：依据现场元件的实时遥信，遥测值及各类元件状态，通过操作过程状态跟踪分析、拓扑闭锁逻辑分析和闭锁逻辑判断等方法形成多项判据，4万方数据华北电力大学硕士学位论文完成操作过程中的实时解、闭锁，确保当前设备的操作内容满足电力系统的安全 规定及运行要求。通过实时逻辑层将有效解决“空程序”问题，实现设备操作实时验电、多任 务操作相互闭锁、锁具实时闭锁、锁具实时自检等功能。(4)模拟预演层：在执行操作前，对所有经过批准的操作票，通过核对性模拟预演，应用五防闭锁逻辑规则库判断操作内容的正确性，保证所有操作项均符 合电力系统的安全规定的要求。最后，系统依据判断的正确结果生成正确的操作 解锁步骤。(5)闭锁元件层：针对不同的电气设备、操作地点和操作方式(电动手动、远方就地)，使用可靠的强制闭锁方式和锁具，实现强制闭锁。13本文所做的工作综上所述，电力企业开展五防闭锁系统研究具有重要的理论意义和实际意义。 为保证北京太阳宫电厂生产安全，克服传统防误闭锁方式的弊端，本文研究利用 无线五防系统提高电厂生产安全水平。本课题是笔者立足北京太阳宫电厂实际生产需求，依托北京太阳宫电厂实际 项目，紧密联系学界与业界研究前沿，研究和实现电厂无线五防系统。本文主要 做了以下研究工作：(1)研究传统五防的优缺点，分析传统五防与微机五防的联系与区别，比较 常见五防产品性能优劣。(2)研究北京太阳宫电厂原五防系统存在的问题，并分析北京太阳宫电厂五 防系统实际需求。(3)研究无线五防系统设计方案及实施工作。 (4)分析无线五防系统应用情况。万方数据华北电力大学硕士学位论文第2章传统防误闭锁方式与微机五防系统为了有效防止运行电气设备误操作引发的人身和重大设备事故，我国能源部 早在1990年就提出了防止电气误操作五防相关要求，并颁布了能源安保(1990) 1110号文防止电气误操作装置管理规定，该法规明确规定了电气防误操作的 运行、管理、设计和使用原则。按照规定的要求，防误装置的设计原则是凡 有可能发生误操作事故的高压电气设备，都应设置防误操作装置和防误电气闭锁 回路。从规定中的防误装置设计原则考虑，制订了五防规定，(1)防止带负 荷拉、合刀闸，(2)防止误分、误合断路器、负荷开关、接触器，(3)防止接地 刀闸处于闭合位置时关合断路器、负荷开关，(4)防止在带电时误合接地开关， (5)防止误入带电间隔【3】。原国家电力公司在2000年发布的防止电力生产重 大事故的二十五项重点要求中第二章“防止电气误操作事故“第25条明确规 定：采用计算机监控系统时，就地、远方操作，均应具备防误闭锁功能tt51。21传统防误闭锁方式目前，国内的传统防误闭锁方式主要分为4种：机械闭锁、机械程序锁、电 气回路联锁和电磁闭锁。机械闭锁是靠采用设备操作机构中的机械结构之间的相 互制约来实现相互联锁的闭锁方式，其主要应用于如lOkV小车开关柜、lOkV常 规开关柜、以及1lOkV、220kV的刀闸和接地刀闸之间的闭锁等；机械程序锁是 在实际工作中，在隔离开关之间、隔离开关和开关柜柜门之间专门增加了专用锁 具，按照一定的逻辑，通过已编号的钥匙进行操作；电气回路联锁是利用开关、刀闸等设备的辅助接点串入需闭锁的刀闸或接地刀闸等设备的电动操作回路中， 从而实现设备之间的相互闭锁：电磁闭锁是采用开关、刀闸、开关柜门等设备的 辅助接点，接通或断开需闭锁的刀闸、开关柜门等电磁锁电源，使这些设备的操 作机构无法动作，从而实现开关设备之间的相互闭锁，电磁闭锁大多安装在35kV 及以下室内设备上【16】。(1)机械闭锁在变电站内常见的机械闭锁是依靠机械结构相互限制，达到预定制约机械动作的一种闭锁方式，其实现了一电气设备操作后闭锁另一电气设备操作。 在220kV、110kv变电站中的10 kV配电设备上，基本都使用金属封闭式开关设备，包括高压PT柜、开关柜、高压CT柜等。作为变电运行人员操作最为频万方数据华北电力大学硕士学位论文繁的设备之一，高压开关柜内的机械闭锁具有十分重要的作用，其机械闭锁是保 证人身安全、电网安全运行、设备安全和防止误操作的重要措施。机械闭锁安装 在高压开关柜内的操作部位之间，用于相互制约、限制和联动的机械机构，来闭 锁开关，使其先后动作。在操作过程中，机械闭锁无需使用钥匙，可以随着操作 顺序的正确执行，自动地步步解锁。在可能发生误操作时，可以实现自动地闭锁， 阻止发生误操作。机械闭锁不仅可以满足正向和反向的闭锁要求，还具有闭锁直 观、不易损坏、强度高、检修工作量小、运行可靠、操作方便等优点，受到检修 人员和运行的欢迎。目前，大多数高压开关柜都有比较完善的机械闭锁。变电站常见的机械闭锁一般有以下几种【16】。 1)线路(变压器)隔离开关、线路(变压器)侧接地开关与断路器之间的闭锁。2)线路(变压器)接地开关和线路(变压器)隔离开关之间的闭锁。3)断路器母线侧接地开关与母线隔离开关之间的闭锁。4)旁母接地开关与旁路旁母隔离开关之间的闭锁。5)断路器旁母侧接地开关与旁路旁母隔离开关之间的闭锁。6)母联断路器侧接地开关与母联隔离开关之间的闭锁。7)电压互感器隔离开关与所属母线接地开关之间的闭锁。8)电压互感器接地开关与电压互感器隔离开关之间的闭锁。9)500kV线路并联电抗器接地开关与电抗器隔离开关之间的闭锁。机械闭锁使用可靠、简单，误操作发生率低，可以防止带负荷分、合隔离开 关，防止带电接地线(接地刀闸)合断路器(隔离开关)，防止带电挂接地线或合 接地刀闸，在同一台开关柜即可基本实现防止带电挂接地线和带接地线合闸这两 项要求。机械闭锁有三种基本方式。第一种是采用包含定规定程序的操动机构，保 证在任何程序下满足断路器、隔离开关和接地开关三者之间实现相互联锁；第二 种是将隔离开关与接地开关一起共用闸刀，隔离开关合闸时，闸刀随之将接地开 关断开，反之隔离开关断开时，闸刀则正好合在接地开关上，并且隔离开关又与 断路器相互联锁；第三种是在断路器与接地刀闸操作机构中使用一定的机械闭锁 机构，如在断路器合闸时，机械闭锁机构将接地开关的操作轴锁定或关闭其操作 孔活门，而当接地开关合闸时，机械闭锁机构将断路器手动合闸功能锁定，或者 切断其电动合闸回路；对于防止误入带电间隔的要求，要求高压开关柜都有能够 防止误入带电间隔的功能，但是复杂的实际运行情况导致难以完全实现该功能。 开关柜的前、后门只在接地开关合闸后才可以被打开，这种闭锁容易在机械上实万方数据华北电力大学硕士学位论文现。但针对开启后前、后门闭锁接地开关不能分闸的要求，经常在门开启后又分 接地开关，这有可能产生误入带电间隔的事故。因此完整的联锁要求是只有在关 闭开关柜前、后门后，才允许接地开关分闸。机械闭锁未能实现防止误分、合断路器的闭锁功能，这一功能只能依赖在后 台机增加一定的确认步骤来防止误分、合断路器。但由于装置一般在设备内部安 装，开关柜内设备一直处在高温环境中运行，极易造成积尘，而且在维护机械闭 锁活动部分时会大量使用润滑剂，也容易造成积尘，这将影响日常使用效果；在 遇到日常维护困难时，只有在停电时才能开展相关的维护工作，同时数量众多的 机械闭锁设备，维护工作量大，导致机械闭锁设备的正常工作往往被一个小问题 所影响；而且因为程序锁钥匙众多、管理不便、且锁具长时间不用，极易发生卡 锁事故。多年的电击事故的统计数据表明，电气设备和人身电击伤亡事故，一般与电 气工作人员的业务技术水平高低有着直接关系。在工作中严格按照电气工作的相 关安全规程操作，必然能有效降低进而避免误操作事故的发生。但是在实际工作 中也存在一些特殊情况，这造成闭锁与规程相互冲突矛盾的情况。如 XGN212Z07、KYN28A12等，线路侧装有包含接地开关的高压开关柜，因为机 械闭锁功能，所以在未合上接地开关前无法打开开关柜的后门，以防误入带电间 隔。但是安全规程规定内容要求，只有确实验明线路无电后，才能合上接地开关， 规程要求必须打开开关柜柜门，经验电后确认无电后，才能合上接地开关，这造 成了闭锁与规程要求相互冲突。为解决上述此类问题，可采用以下方法。一是在柜门上设置缺口，允许在此类情况下谨慎验电。 二是在线路侧加装带电显示装置，在观察无电后才操作接地开关，或是在接地开关操作杆上加装电磁锁，确保线路有电时不能合接地开关。 三是在后门上加装特殊解锁装置，由专业人员使用专用工具解锁操作。 上述三种方法中，第二种方法具有比较强的可操作性，因为大部分高压开关柜的厂家，在设计高压开关柜时，已经将带电显示装置设计进去；而且在企业标 准中提及：“对于无法验电的线路手车式断路器柜(固定密封开关柜)在合上线路 接地开关前，必须达到以下条件要求：与调控中心核实线路确己无电；设备停电 前核实带电显示器是否有电；带电显示装置显示无电；手车式断路器应拉至试验 检修位置。(2)程序闭锁在闭锁装置实际应用中，机械闭锁只能在同一间隔开关柜中使用，不能使用 在跨间隔的多个开关柜上，所以满足实际工作中需要闭锁跨间隔的开关柜要求，万方数据华北电力大学硕士学位论文例如主变高低压侧开关柜和隔离开关柜、lOkV母联开关柜和隔离开关柜之间的 隔离开关操作把手，一般使用机械程序锁，按照一定的逻辑，使用已经编号的程 序钥匙进行依次操作。所以，也可以将程序锁称作机械程序闭锁。程序闭锁是指随操作程序的执行而传递或置换钥匙，进而实现先后开锁操作 的目的。因其钥匙的传递不受空间距离的限制，所以其最大的优点是应用范围比 较广。在操作过程中，程序锁不断实现钥匙传递和钥匙数量的变化，这些辅助动 作符合操作票中操作顺序对于开锁条件的要求，并且与操作票中规定的行走路线 完全一致，所以程序锁为操作人员所普遍接受【16】。隔离开关柜的隔离开关和开关柜的隔离开关之间的闭锁：在停电操作时，在 断路器分闸操作后，首先使用1号钥匙用于解锁开关柜上的程序锁，开放闭锁功 能手柄，将手柄掰到“分断闭锁”位置，随后打开开关柜的隔离开关，然后代开 闭锁功能手柄到“闭锁位置”，锁上程序锁，取下才能取下2号程序锁钥匙；使用 2号钥匙将隔离开关柜上的程序锁打开，开放闭锁功能手柄，将手柄打到“分断 闭锁”的位置，拉开隔离开关柜隔离开关，然后再将闭锁功能手柄打至“闭锁位 置”，锁上程序锁，才能取下3号程序锁钥匙；使用3号钥匙将隔离开关柜的后柜 门打开，才能取下4号程序锁钥匙；使用4号钥匙将隔离开关柜的后柜门打开， 才能取下5号钥匙。送电过程与上述操作顺序相反，应依次先后锁上开关柜和隔 离开关柜的后柜门，再操作隔离开关。(3)电气闭锁这是一种现场的电气联锁技术， 主要依靠连接相关设备的辅助接点来实现电 气闭锁。电气闭锁具有操作方便的优点， 并且没有其他辅助动作。 1)电气闭锁结构可靠、严谨。2)电气闭锁一般可以防止接地刀闸、隔离开关和设备网门的误操作。3)电气闭锁能够非常好地防止误入站用接地变、电容器组等的间隔，能够防误入带电间隔。电气闭锁也存在几个在安装使用过程中比较突出的问题06】。 1)电气闭锁在单独使用时，一般只有解锁功能，而缺少反向闭锁功能。其正反向闭锁功能需要和电气联锁电路配合使用才能实现。2)需要接入比较多的二次电缆，接线方式比较复杂，额外施工量增加，运行维护比较困难。3)作为闭锁元件，电气闭锁结构复杂，并且在户外恶劣的运行环境中，电磁 线圈容易受潮霉坏，导致绝缘性能降低，以至于造成了直流系统故障率的增加。万方数据华北电力大学硕士学位论文4)需要将操作机构的辅助触点传入其中。根据多年的实际运行经验，辅助触点经常性的接触不良导致动作可靠性受到一定的影响。5)电气闭锁回路一般仅仅可以防止断路器、隔离开关和接地开关的误操作， 但是难以防止误入带电间隔和误拆接接地线等行为。没有实现“五防的完整功 能。6)在断路器的控制开关上，一般都没有闭锁措施。7)由于涉及的元件较多，任意辅助接点或操作机构某一处环节故障，都会影 响操作，运行维护工作较重。8)因为其涉及的元件较多，且接线复杂，所以只有电气技术较高的工人才能 执行人为解锁，因此可以实现强制性防误操作的目的。9)闭锁安装完成后，因为改动工作量大，难以改动，变电站的日常使用工作 存在一定的困难。(4)电磁锁电磁锁属于电气逻辑闭锁的一种，其特点是外表简捷、附属设备少。它是指 在被闭锁设备的电动操作回路中串接入断路器、隔离开关和设备网门等设备的辅 助接点，以此来断开或接通隔离开关、网门电磁锁电源，从而满足相互闭锁不同 设备的要求。这种方式常常应用于电动操作设备的机构上，闭锁逻辑关系简单， 但是其对辅助开关运行环境和质量有较高要求，闭锁功能不够完整16】。变电站内 比较常见的电磁闭锁方式有如下几种。1)断路器与母线隔离开关或线路(变压器)隔离开关的闭锁。2)母联(分段)断路器、隔离开关与母线隔离开关闭锁。3)正、副母线隔离开关之间的闭锁。4)旁路断路器与旁路隔离开关闭锁。5)所有旁路隔离开关与旁路母线接地开关闭锁。6)所有母线隔离开关和母线接地开关闭锁。7)线路(变压器)隔离开关、旁路隔离开关与线路(变压器)接地开关闭锁。8)断路器母线隔离开关与另一母线侧接地开关闭锁。9)设备网门和线路(变压器)隔离开关之间闭锁。10)设备网门与母线隔离开关之间闭锁。22微机五防系统微机五防具备传统电气防误装置的功能，它是采用计算机技术，用于防止高10万方数据华北电力大学硕士学位论文压开关设备电气误操作的装置【17】。微机五防的功能组成元件分为主机、模拟屏 (电脑显示屏)、机械编码锁和电脑钥匙等。常见的微机防误装置闭锁的设备包 括断路器、隔离开关、接地线(接地刀闸)、遮栏网门 (开关柜门)，通过 微机锁具(电编码锁和机械编码锁)实现闭锁以上设备，这需要由软件编写 操作闭锁规则。(1)系统的组成 微机五防系统是由电脑主机、通讯适配器、电脑钥匙、电气编码锁、机械编码锁组成，来实现对一次设备、监控机等操作的防误闭锁，从而尽最大可能地降 低发误操作的发生几率【18】。电脑主机：配备有专门的防误闭锁系统，并配置有专门的操作票以及系统信 息管理体系，以将监控机和五防机之间互联通讯的方式达成信息资源共享，实时 监控，将获得监测信息反馈给五防机，为了五防机仿真图像与实际操作设备图形保 持完全一致性。在实时状态下进行规则矫正，五防机在将必要的信息传递给监控 机，由监控机掌控完成一系列监控操作，结合五防机开关，和其他综合信息和监控 指令，保障监控系统的可执行模块下的输出。从机器的实际操作人员角度来，不 当的五防机操作不会对整个系统的稳定运行造成很大的影响，它提供了极大的便 利。PC五防机以“操作票管理系统”为基础，为执行人员操作实行提供了巨大的 便利，使其能够以简单的操作完成迅速、高效、规范、符合系统需求的操作票， 其最大的便利就是解放了操作人员的双手使其仅仅只用操作一个鼠标便可以完成 大多数工作，不仅仅为客户提供了清晰度高的操作屏幕也为其提供了简单、可行、 高效率的操作工具，真正意义上的做到了所见即所得的手工开票模拟和图形开票 模拟等。在将工作人员从众多繁杂的日常工作中释放出来，也很大程度上的提高 了开票效率和开票规范性，极大程度上减少降低了错票率。通讯适配器：主要目的是为电脑钥匙提供电力支持和实现有效的电脑钥匙和 微机之间的联系。电脑钥匙：作为五防锁的核心技术，电脑钥匙接收第一个操作票，主机通过操作 要求强制操作要求按照一定的步骤正确解锁，并全程记录下开锁过程，以及时反 馈给主机重新刷新有锁开关从而确保整个过程的安全性和结构完整性。电气编码锁：用于锁定断路器电动隔离开关和电气接地开关之间的连接。在 电气规范原理中：将电气编码锁串联到一个闭合的分合闸操作系统中，以一个常 开接点的用于适当的切断回路，使整个操作过程不能完成电子锁代码识别正确的 计算机关键有效的解锁计算机关键控制电路，电脑钥匙能够以原来的工作状态继续工作。万方数据华北电力大学硕士学位论文机械编码锁：作用是为了挂锁以及固定锁。挂锁的应用范围非常广一般可以 用于例如网门、手动操作开关、刀闸等，而固定锁的应用面相对狭窄一般只能用 于固定接地桩的锁定。一般采用耐久性和安全性很高的铝合金材料制成。综合自动化变电站中，微机防误闭锁有以下3种实现模式【19】。 1)断路器闭锁由软件实现 微机与锁定系统和背景下的双向保证和监控系统信息共享的基础，协同闭锁器完成闭锁。由操作人员在后台进行相关操作，监视和控制系统可以发出指令， 由系统控制和监测系统在线识别一次设备的工作状态，按照“五防的规定要求， 对能否操作做出准确的合力的判断，并将信息反馈给监控信息系统，进一步的实 现对断路器操作的完整闭锁操作。当使用信息和通讯软件的实时控制断路器时，需要特别注意的这个防误操作 系统可以准确的提供计算机关键操作能力，反馈信息或计算机钥匙能够及时将操 作信息回馈给系统，否则即使实现双向信息共享，也不能实施强制性的断路器分 合闸操作。2)断路器操作闭锁通过锁具实现 断路器二级电路保持独立控制的集成变电站、电气代码锁可能并行连接远程屏幕控制断路器实现随时关闭功能。然后此方案也存在很多缺陷例如无法完成控 制、保护上的整合，后台机通过网络远程遥控综合化自动变电站的防误闭锁开关。3)部分实现“五防闭锁微机防误装置由于各种原因使得综合自动化变电站在某些请求下不能完成防 误闭功能，无法远方遥控中实现闭锁，在这种情况下，监控管理系统通过后台操作 提示和反复确认，为了实现闭锁的断路器操作演示，也可以在闭合电路中串联某 些电锁开关来实现。(2)系统的工作原理五防逻辑包含了在微机五防系统中预先编写好的变电所电气一次系统接线模 式图和所有硬件操作方法；系统可以通过监测装置来实时监控工作现场的有关情 况，当设计人员模拟操作过程时，计算机会自动匹配检测每一步的程序是否编写 正确，严格遵守“五防规则，设计师的预览可以通过通讯工具设置、接口预览 的过程与中央计算机传输数据密钥，然后通过电脑钥匙预览信息直接实际操作【捌。在一般的规范性操作系统中，为了达到和电脑钥匙上提示的设备和步骤达到 一致，工作人员必须按照已经设计好的操作票顺序进行排列，然后插入计算机代 码锁定键，通过探测区域检测操作流程的规范性要求，判断操作是否符合规范，万方数据华北电力大学硕士学位论文将所有机构和开放闭合环路闭锁在同一时间完成，这样便可以进行下一步具体操 作。在一个操作过程结束之后电脑钥匙便会根据编码顺序提供下一个操作步骤， 如若跳过某个步骤或者是走错了某个步骤，电脑钥匙将在无法完成指令会响起警报，提醒操作员操作是错误的，来增强操控人员的实际业务水平。所有操作完成后会将所有的信息回主机密钥，通过主机返回信息来确定操作 票操作实现，并刷新实际的开关状态，整个过程也就完成了。(3)系统的特点 本文提出了防误操作系统紧密结合计算机通信工业设计和安全、实用的设计理念，它具有较强的可操作性和完整性【21l。 1)双网络多模式操作方式系统以双向网络为基础：紧密结合了有线和无线两种信息方式，在使用过程 中两者相互促进、交叉运行、互为补偿，大大的提高了系统的安全稳定性能。具 有着在线和离线两种操作手段、支持红外线(kDA)和无线网络接票两种手段和支 持智能解锁工具和普通编锁；将信息收集、解锁控制、自我诊断结合在一起，实 现在线控制电脑钥匙的解锁和闭锁状态【22】。在单任务实际分组操作的过程中，防误机依照其设计好的操作顺序严格规范 操作人员的实际操作行为。严格遵守“五防”原则，并且不能交叉作业，在实现 担任操作系统的安全防误工作之上支持多操作任务由防误机担任实时监控。2)完善的实时防误闭锁功能 为了确保主机的设备状态和现场设备状态之间的一致性，防误主机需要通过对分布式控制器和无线电脑钥匙所回馈的资料进行判断分析；在实际运行过程中 防误主机可以通过对监控状态进行逻辑和系统上的判断以确定下一步的操作是否 需要继续进行；整个操作过程提出了模块、输入防误主机无线远程控制计算机直 接和锁状态信息获取过程的关键，然后利用有限网络或UT-Net无线网络将必要 信息实时反馈到主屏幕上去。在检测下一步的操作过程中明显的减少了多余或无 效操作的问题。系统在操作回路中串联闭锁常开节点，以此来对监控操作实施的强制性闭锁 操作。只有在进行了系统模拟演练之后，一次的控制有锁设施的闭合，监控设施 才能完全发挥其应有的作用，进行相关设备的操作。从根本上解决了由于干扰、 软硬件故障和雷击等因素所引起的误动作，具备完整的闭锁功能，也提升了操作 人员的容错率。a)有线和无线在正常操作期间，使用网络控制器或无线电脑打开闭锁功能。b)有线和无线网络故障，停用计算机解锁工作方式，转向采用传统的解锁方万方数据华北电力大学硕士学位论文案，依操作票顺序解锁操作。 c)机械解锁能在电脑钥匙出现异常情况下紧急将锁打开。 d)在事故处理过程中，可以利用智能紧急解锁可不经模拟的优势，直接使用电脑钥匙解锁操作，这是现场应急五防锁解锁操作。 防误主机可以对现场所有设备进行实时监控，例如网络通讯情况和在线锁具的工作情况。一旦发现异常情况系统会自动锁定故障点并进行系统的自我修复和诊断工作。3)智能锁具 智能化锁的总线接头一般相同而且其工作方式也和总线工作方式有着惊人的相似性，并且其在电缆总数的节约性程度上却大大的优于传统的电磁锁所需要的 电缆总数。也具备了电脑钥匙和防误主机的操作功能，将信号收集、解锁控制、 自我修复整合到一起，安装很简单，解锁功能完善，实现了临时接地线、网门等 设备的实时采集功能，是高智能锁具。4)移动操作终端电脑钥匙可以转换到移动终端的操作模式。新型电脑钥匙将防误主机的主要 功能嫁接到自身系统中去，通过无线接口完成与防误主机之间的实时通讯联系。 同时整合了防误主机信息与操作人员的具体操作信息，以一个可移动操作后台的 形式为操作人员的实际操作提供依据，能在工作现场随时按需求操控工作状态， 实时监测设备到位与否和使用情况。23传统防误闭锁方式与微机五防系统的对比分析(1)机械闭锁机械闭锁是为实现开关柜自身闭锁而设置的闭锁装置，其设置在开关柜内部， 使用量大，但是容易卡涩、变形、锈蚀，维护工作量较大，并且开关柜防误装置 经常出现闭锁失灵的情况，可靠性较低。(2)程序锁 程序锁不仅可以防止空程，并且安装方便、坚固耐用，但其防误闭锁功能单一，操作复杂，锁具容易锈蚀，维护工作量大。在其它别的防误闭锁形式的出现， 程序锁逐渐被新的防误装置取代，程序锁使用量在逐年降低。(3)电气闭锁电气闭锁是一种可靠、简单的防误方式，其依赖设备辅助接点来实现对电动设备的强制闭锁，在国内、外广泛应用。在实际应用中也存在一定问题，对于不万方数据华北电力大学硕士学位论文同的防误闭锁要求、不同的运行方式，电气闭锁的逻辑回路设计复杂，接点数非 常多，电缆使用量非常大，并且防误闭锁功能也不能覆盖全面。(4)电磁锁由于电磁锁机构易损耗、锁具易锈蚀，其自身防护问题较为严重，所以电磁 锁的使用越来越少。但随着计算机防误闭锁系统的广泛使用，逐步弥补了电磁锁 的一些缺点，电磁锁又重新被大量使用。传统电气防误手段是利用开关刀闸二次操作回路来实现其闭锁功能【23】。微机 防误闭锁主要目的是降低操作误差，它的理论基础是网络技术、计算机技术等， 构成部分包括主机、屏幕模拟屏、机械编码锁、电钥匙和电气锁，共同构成一套 完整的系统。传统防误系统的硬件设施主要是由开关、刀闸等实现的，而微机防 误系统是通过以上软硬件相互结合来完成闭锁操作。电气防误闭锁回路主要利用相关设备辅助节点的联系实现闭锁功能，这种闭 锁方式闭锁可靠，是比较基本的闭锁形式。但是这种方式也存在着接线困难、维 护复杂、二次电缆量大等实际问题。而微机系统通常不是直接连接现场设备支持 节点，容易连接模式，通过五防保护系统和闭锁达到所需的功能24j。电气闭锁电路应用通常可以防止断路器、隔离开关的误操作，但是无法防止 误拆解接地线和误入带电间隔，不是完整的防误系统。从而无法实现五防规范上 的具体要求。而微机防误系统则可以切合实际工作要求，遵照一定的防误闭锁规 则要求，实现完整的五防闭锁功能。微机防误系统就是在变电站自动化中大量采用信息技术，并大量收集和存储 操作规则、安全规定和二次闭锁回路的信息资料，并存入其特有的数据库中，将 防误闭锁系统与实际运行工作紧密结合起来，合力解决在实际操作中遇到的防误 操作难题。24常见五防产品性能常见五防闭锁装置生产厂家有珠海共创、优特、兰州华维和南瑞四个厂家， 这些厂家的闭锁装置可以在很大程度上阻止电气生产作业发生误操作事故，以下 是本文归纳总结各个闭锁装置的优势和劣势：(1)整机防误功能的优劣 珠海共创公司生产的FYZ000型微机防误闭锁装置市场销售量很高、客户回馈信息评价积极。珠海优特公司生产的UT-Z000型微机防误闭锁装置系统稳定性 程度高，但是一旦出现大问题解决起来反而更加麻烦。南瑞公司生产的WFBX型万方数据华北电力大学硕士学位论文微机防误闭锁装置整体运行稳态很好，但是在后期的维护和更新换代的问题上略 显不足。而兰州华维生产的CWBS型微机防误闭锁装置难以实现信息稳定交流， 需要通过一次次的修复使其信息传递体系更加完善。(2)操作、安装、维护的难易程度 从操作层面上分析，四个厂家均能完成五防闭锁功能上的基础需求。然而珠海共创、优特等企业的机器在安装简易程度上十分占优势，其他的在安装过程中 总是会遇到这样或那样的问题，无形之中加大了系统技术性难度和运行压力。有 些厂家的电脑钥匙是一次性的，极大的造成了浪费。在锁具硬件日常修复上面，几个厂家产品均能达到维护指标要求。在软件更 新和系统更新上珠海共创与优特的整体实力较强，其他几个便显得有点差强人意。 以及其在二次库建立与专业术语的改变上依然遗留很多问题。(3)售后服务的满意程度 从客户的反响程度分析，珠海共创和兰州华维公司的售后服务是最好的，每次都能在器件故障的时候即使采取相应措施应对。而今年珠海优特的售后服务水平也相应的提高。 下面对三种防务闭锁系统进行客观的评价： (1)FY2000型：不仅仅占有市场很大一部分份额，而且其产品经过电力工业电力设备及仪表 质量检测中心检测合格。更适用于一般中小型变电站以及配网开关的建立。 FYZ000LY型直接利用蓝牙技术做到远程监控全部操作过程f25】。点评：电脑钥匙质量有保障，服务水平比较高，但是调控难度太大，普通员工不易掌握【26】。常见故障：电脑钥匙的抵御干扰能力比较低，在极个别操作过程中容易出现逻辑上的混乱错误，软件更新缓慢、维修难度太大。(2)岍BX型：主机系统、电脑钥匙和系列锁具是构成系统的重要组成部分。该系统能够实 现多种闭锁功能，产品通过我国电相关科学试验站的规范检i贝tJt271。评价：防误系统较为完善，操作系统也十分简便，但是在安装过程中必须停 电，售后服务水平亟需提升【27】。常见故障：电脑钥匙电池