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变电所的防误闭锁的措施

作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2008-9-23 16:53:45

一、引言变电站的电气误操作可能造成大面积停电、设备损坏、人身伤亡，甚至引起电网振荡瓦解等严重后果，我国电力系统在无数次血的教训面前，结合中外电气运行的实践，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，原水利电力部于1980年将防止电气误操作事故列为电力生产急需解决的重大技术问题发布。并在1990年提出了电气设备“五防”的要求，并以法规形式（能源安保[1990]1110号文）行文规定了电气防误的管理、运行、设计和使用原则。五防系指：①防止带负荷误拉、误合隔离开关；②防止误拉、误合断路器；③防止带地线或接地闸刀合闸；④防止带电挂接地线或合接地闸刀；⑤防止误入带电间隔。电气“五防”功能的实现成了电力安全生产的重要措施之一。随着电网的不断发展，技术的不断更新，防误装置得到不断改进和完善。防误装置的设计原则是：凡有可能引起误操作的高压电气设备，均应装设防误装置和相应的防误电气闭锁回路。
二、常规防误闭锁方式自1980年，原水电部提出在电力系统中要防止五种恶性电气误操作事故，倡导采用五防技术措施以来，在国内出现的常规防误闭锁方式主要有4种：机械闭锁，程序锁，电气联锁和电磁锁。其中电气联锁是建立在二次操作回路上的一种防误功能，通过开关和刀闸的辅助接点和电气线路而形成的闭锁电路，而电磁锁则作为闭锁的执行元件，所以两者是互相依存的。这些闭锁方式在防误工作中发挥了积极作用，经过20年使用和运行考验，各种传统闭锁方式的优缺点均已充分显示。
1、机械闭锁是在开关柜或户外闸刀的操作部位之间用互相制约和联动的机械机构来达到先后动作的闭锁要求。机械闭锁在操作过程中无需使用钥匙等辅助操作，可以实现随操作顺序的正确进行，自动地步步解锁。在发生误操作时，可以实现自动闭锁，阻止误操作的进行。机械闭锁可以实现正向和反向的闭锁要求，加之闭锁直观，强度高，不易损坏，检修工作量小，操作方便，运行可靠等优点，所以受到运行和检修人员的欢迎。
然而机械闭锁只能在开关柜内部及户外闸刀等的机械动作相关部位之间应用，与电器元件动作间的联系用机械闭锁无法实现。对两柜之间或开关柜与柜外配电设备之间及户外闸刀与开关（其他闸刀）之间的闭锁要求也鞭长莫及。所以在开关柜及户外闸刀上，只能以机械闭锁为主，还需辅以其他闭锁方法，方能达到全部五防要求。
2、程序锁(或称机械程序锁)是用钥匙随操作程序传递或置换而达到先后开锁操作的要求。其最大优点是钥匙传递不受距离的限制，所以应用范围较广。开关与其以外的其它电气设备之间，以及户外配电装置、户内间隔式配电装置都适宜用程序锁达到闭锁要求。国内生产的程序锁分为两大类：即有弹子程序锁和无弹子程序锁。第3次全国五防会议倡导推广无弹子程序锁。无弹子程序锁又分为2种，一种是采用转角度走步法，一把钥匙走到底，此种程序锁闭锁路线单一，不易实现横向闭锁要求，难以在复杂结线方式中应用；另一种是采用钥匙置换法，可以在置换过程中变化钥匙数量，由于其编程灵活，能满足竖向和横向闭锁要求，所以在复杂结线的配电装置中亦可使用。程序锁在操作过程中有钥匙的传递和钥匙数量变化的辅助动作，符合操作票中限定开锁条件的操作顺序的要求，与操作票中规定的行走路线完全一致，所以也容易为操作人员所接受。
程序锁在使用中所暴露的问题是：①某些程序锁功能简单，只能在较简单的结线方式下采用，由于不具备横向闭锁功能，在复杂的结线方式下根本不能采用；②具有较灵活闭锁方式的程序锁虽然能满足复杂的接线，但在闭锁方案中必须设置母线倒排锁，使得操作过程十分复杂；③在大容量的变电站中，隔离开关分合闸采用按钮控制电动机正反转，而程序锁对按钮无法进行程序控制；④程序锁也需要众多的程序钥匙，由于安装不规范、生产工艺及材料差等问题，使程序锁易被氧化锈蚀、发生卡涩，特别是在一些大型变电站中的网门、接地闸刀等处，延长了操作时间，不受操作人员欢迎，往往在难以操作时被砸坏，致使一定时间内失去闭锁功能；⑤倒闸操作中，分、合两个位置的精度无法保证；⑥程序锁使用时，必须从头开始，中间不能间断。所以程序锁现在已不采用。
3、电气闭锁是通过电磁线圈的电磁机构动作，来实现解锁操作，在防止误入带电间隔的闭锁环节中是不可缺少的闭锁元件。按照原能源部颁发的《防止电气误操作装置管理规定》中规定，在户外110kV及以上复杂结线应优先采用电气联锁和电磁锁方案。电气闭锁的优点是操作方便，没有辅助动作，但是在安装使用中也存在以下几个突出问题：①一般来说电磁锁单独使用时，只有解锁功能没有反向闭锁功能。需要和电气联锁电路配合使用才能具有正反向闭锁功能；②作为闭锁元件的电磁锁（例如DW型），结构复杂，电磁线圈在户外易受潮霉坏，绝缘性能降低，增加了直流系统的故障率；③需要敷设电缆，增加额外施工量；④需要串入操作机构的辅助触点。根据运行经验，辅助触点容易产生接触不良而影响动作的可靠性；⑤在断路器的控制开关上，一般都缺少闭锁措施。
综上所述，传统的防误闭锁方式各有所长，各有其短，都有一定的应用范围，防误功能也都有一定的局限性。①传统的防误闭锁方式主要通过相关设备的辅助接点联接来实现闭锁，闭锁可靠；但需要接入大量的二次电缆，接线方式较为复杂，运行维护较为困难；②传统的防误闭锁方式一般只能防止开关、隔刀和地刀的误操作，对误入带电间隔、接地线的挂接（拆除）等则无能为力；③在大型和主结线复杂的变电站中采用联动锁，由于有较多数量的钥匙聚散，将给倒闸操作，带来不便；④最后也是最主要的就是不能实现完整的“五防”功能。
三、微机防误闭锁方式自上世纪90年代出，微机技术就进入了防误闭锁领域，国内的电气设备厂相继推出了微机防误闭锁装置。经过10多年来的发展，这些微机防误闭锁装置已逐渐成熟，并已在电力系统中广泛推广。微机防误系统通过软件将现场大量的二次闭锁回路变为电脑中的五防闭锁规则库，实现了防误闭锁的数字化，并可以实现以往不能实现或者是很难实现的防误功能，应该说是电气设备防误闭锁技术的最新技术和飞跃。现以南瑞公司生产的WFBX型微机防误闭锁装置为例说明微机防误闭锁的原理。
WFBX系列微机防误闭锁系统由3个部件组成即：五防主机、电脑钥匙、编码锁等组成。本系统事先将各种运行方式的操作运行规程、电气防误操作接钱图（简称一次系统接线图）及所有开关、刀闸、网门等设备的正确操作方式保存在微机中；通过信息采集将变电所内设备的实时状态信息传入五防主机；根据调度任务票的要求在电气防误操作接钱图上进行模拟操作，经系统确认，形成操作票，再进行现场操作；从而实现防误闭锁功能。

1、信息采集：信息来源分实时采集的信息与间接采集的信息两部分。
①实时采集的信息（包括模拟量、数据量、状态量，也称实遥信），不是采用引入辅助节点，通过铺设电线、电缆采集的常规办法，而是通过并行监听接收变电站内远动装置上传信息而获得站内的通过有辅助节点取得状态的信息。
②间接采集的信息（也称虚遥信）则是通过站内的电脑钥匙下现场对没有铺设辅助节点的操作对象（如采用机械锁来闭锁的网门、地刀、临时地线、刀闸等）进行操作，然后向防误主机上传这些状态信息，从而使五防主机获得这些虚遥信状态，这样五防主机就能全方位地监视全站的所有操作对象的状态，为操作员进行下一次操作提供一个真实可靠的操作演示平台。
五防主机显示的信息是实时的，采用无节点的采集方式，不存在常规方法中因接触不到而导致状态不准的现象，同时节省了大量的电缆，减少了运行以后的大量的检修与维护工作。因而在五防主机基础上演示通过的操作票是安全的、符合电气安全操作规程的。
2、预演操作：当运行人员受票并在防误接线图上进行模拟操作时，系统会根据当前实时的运行状态检验其模拟操作步骤是否符合规则。若操作违反了规则，系统将推出对话框，提示正确的操作步骤及有关的操作元件名称和编号；若符合规则，系统将确认当时的操作步骤，并自动将该步骤登记在当前的操作票上。
基于引入的操作规则和实时信息，系统能有效地防止操作票中各种误操作项的出现，保证了操作票的正确性。模拟操作后，可以按照规定的格式打印出一张完整且合格的操作票。
3、实际操作：现场实际操作有三类：上机操作、手动操作和提示性操作。
①上机操作：系统具有该项功能，用于集控中心。它是在防误主机上运用键盘发送遥控操作命令，通过变电站综合自动化系统或具有相同功能的厂站端监控设备的执行机构输出执行操作。
②手动操作：需要运行人员运用电脑钥匙按操作票项目的顺序打开操作机构上的编码锁，才能进行的操作。
③提示性操作:不需要运用电脑钥匙进行解锁操作的一些二次项操作(如验电、确认刀闸在合(分)位置等)。
操作预演后，五防主机通过串行口将己检验过的操作票传送给电脑钥匙，现场实际操作被严格强制按照预演后生成的操作票顺序步骤进行。
现场操作时需运用电脑钥匙去开编码锁和确认提示性操作，只有当编码锁与电脑钥匙中存放的操作票所对应的锁号及锁类型完全一致时，才能开锁，并进行解锁操作。此项操作完毕后，电脑钥匙才能开启下一步操作项所对应的编码锁。这样就将操作票与硬件操作一一对应起来，杜绝了误入间隔操作事故的发生，保证操作的正确性。
操作人员根据电脑钥匙的提示，在操作到应该上机操作或现场操作完毕时，须将电脑钥匙插回到五防主机的串行口上，主机根据电脑钥匙上送的操作步数，参照所开的操作票，得到被操作设备的实际状态信息，更新已操作设备状态至当前实际状态。同时判断操作票是否己执行到应该上机遥控操作，若是，则必须在主机上执行操作票所对应设备的遥控操作，否则拒绝执行以下票项的操作。遥控操作完毕，且实时遥信状态返回后，才可进行下一步操作。在遥控之后还需电脑钥匙进行现场开锁操作时，主机将当前操作步骤传给电脑钥匙，以提示操作人员进行下一步的操作内容，如此反复进行下一步操作，直到整个操作结束。
由此看出，整个实际操作过程均在五防主机、电脑钥匙和编码锁的严格闭锁下，强制操作人员按照经过站内现行规则检验合格的操作票步骤进行（包括遥控开关），从而能够达到软、硬件全方位的防误闭锁操作。
4、由于编码锁结构比较简单，电脑钥匙无法得到实际的刀闸状态(分或合)，可能会出现“空走程序”，即操作人员打开锁后，末进行倒闸操作就闭锁，则电脑钥匙认为操作己进行，就会出现实际状态与电脑钥匙上送的虚遥信状态不一致的情况。在2000年湖南曾经发生一起因为此原因造成的变电所全停的恶性误操作事故。为避免此类事件的再次发生，南瑞公司在设计上采用了多种措施防止“空走程序”的问题。
①软件措施
在每次实际操作完毕后，在电脑钥匙的键盘上需依次按“继续”键和“执行”键，电脑钥匙才认为此操作已进行。
在开关、刀闸的预演操作时，系统可在选择倒闸操作项后加上相应的提示性操作，如“检查……开关（刀闸）在分(合)位置”，并一起传给电脑钥匙。在实际开关、刀闸操作完毕后，依次按“继续”键和“执行”键，电脑钥匙显示相应的提示性操作，操作人员核对操作无误后，再按“继续”键和“执行”键，方可进入下一步操作。
两步确认在一定程度上可防止“空走程序”的发生。
②硬件措施
对于室外接地刀闸：采用双面双编码锁并配合附件安装于转动刀闸把柄上，使得电脑钥匙从锁上读取的两个不同编码与刀闸状态的分、合状态对应起来，且保证刀闸在转动过程中读不到编码，只有当刀闸操作到位且锁上锁体，才能读到编码，从而实现硬件上的硬闭锁，并最简单地实现刀闸状态的判别与读取。
对于接地线：采用双锁实现硬闭锁。其原理是将双锁中的两个编码定义为两个状态，分别对应挂上接地线与拆除接地线。在挂接地线的前与后始终保持只有一个锁是闭锁的，并且该闭锁的锁编码对应接地线的状态，从而保证电脑钥匙读取的接地线的状态是正确的。
对于网门：采用开合网门改变锁编码的方法实现闭锁。网门在闭合状态读取的编码是一个码，网门在开启状态读取的编码是另一个编码。电脑钥匙在执行操作时首先执行拉合操作，然后进行操作后的位置检查，从而实现网门的硬闭锁，并保证电脑钥匙读取的网门锁的编码与所对应的状态和所进行的操作一致。
对于室内刀闸：采用双锁技术，安装于刀闸的固定板上，分别对应分、合位置。刀闸在合、分不同状态时，只有一把锁闭锁，而该类型锁只有在闭锁状态下才能读取编码，使得电脑钥匙读取的锁码与刀闸的分、合状态一一对应。操作完毕后，再进行位置检查，读取操作后的被闭锁上的锁编码，确认操作己完成，从而实现硬件上的硬闭锁。

对于断路器、户外闸刀（非接地闸刀）:在其操作机构的电源回路中串入电气编码锁，以断开操作机构回路的电源输入。当钥匙插入电气编码锁中，按操作顺序导通接点回路，接通操作机构电源，允许分合操作，再利用电脑钥匙判断回路中有无电流，确认操作是否进行。若有电流流过，则该操作才可认为己执行，从而实现硬件的硬闭锁。（见图2）
四、微机防误闭锁的优点、缺点及解决办法通过对该系统的介绍，我们可以发现微机防误闭锁方式可以克服各种传统闭锁方式的缺点，实现完整的五防功能；除此之外，该系统还可以实现监视功能和信息远传功能，具有其他防误闭锁方式无法比拟的优点。
1、微机技术使用的数字编码，可以精确实现智能控制；
2、用一把电脑钥匙便可以代替众多的程序钥匙，避免了在复杂接线方式下操作的钥匙转换，大大方便了运行人员倒闸操作，缩短了操作时间；
3、安装方便，二次接线改动很少，很受施工和操作人员欢迎；
4、微机防误闭锁用逻辑关系来实现断路器、隔离刀闸、接地线等之间的闭锁，即用编程来实现逻辑判断，能准确达到电气“五防”功能；
5、微机闭锁的机械编码锁结构简单，控制编码锁位数，可以无限制地扩大编码数量，编码片还可以自由更换；同时这种编码锁使用塑料不易锈蚀、卡涩。
6、随着我国电力调度自动化、变电站综合自动化系统的迅猛发展，无人值班变电站的普及，取消了原有传统的控制屏，控制把手也就不存在了，原有的机械防误方式已不再适应于现在微机技术的发展，微机防误闭锁正好适用于现今综合自动化变电站。
虽然微机防误闭锁方式是防误闭锁的发展方向，但其存在的固有弱点不能不引起我们的重视。
1、该系统的基本部分：五防主机，的稳定性是关系到整个系统安全可靠运行的关键，如电脑发生问题，则整个系统将被迫退出运行，所有操作都将在强制解锁的条件下进行，严重危及安全运行，此类事件已不止一次的发生过。解决这个问题最简单的办法，就是再准备一台备用机，但此种方法硬件投资较大，不够经济；考虑到计算机的大部分故障都与硬盘有关，也可考虑做一个备用硬盘，但使用时应注意及时更新备用硬盘中的数据信息，以保证在紧急情况下使用备用硬盘时也能符合现场情况，安全可靠。
2、系统所收集使用的信息中，实遥信信息是和现场时刻保持一致的，但虚遥信信息有可能与现场的情况不一致，则所开的操作票可能并不满足现场的防误要求而发生误操作。特别是检修工作完成后，检修人员没将被检修设备恢复原状，运行人员在验收过程中又未发现，则发生误操作的可能性更大。解决这个问题的技术办法就是将所有的虚遥信信息都变成实遥信信息，将闸刀、网门、接地线等的状态信息通过电缆接入五防系统，此方法安装、维护困难，微机防误系统的优点损失殆尽，根本不能实行；只能依靠管理手段，通过建立完善的管理制度和操作规程来解决此项问题。
3、从误操作的过程来看，误操作有三个部分组成，运行人员、检修人员以及其它人员的误操作造成。微机防误只是针对运行人员的误操作主要发生在误拉、误合刀闸和开关，误入间隔等容易造成恶性事故而设计的，它只能满足运行人员的操作要求，并不能完全解决检修人员和其它人员的误操作问题。对于检修人员，误操作主要发生在检修、试验过程中，不在微机防误系统的控制之内。对于老变电所而言，可以在改造过程中适当保留部分老的闭锁方式来解决；对于新变电所直接安装微机防误装置而言，则该问题现在只能依靠管理手段来解决。
4、变电所二次部分的操作在防误系统中虽有体现，但并不包含在操作规则之内，即没有闭锁，只能依靠运行人员的技术水平和责任心来保证此部分不出问题。
五、结束语随着计算机及网络通信技术和变电站自动化技术及无人值班的发展都对防误闭锁系统的要求进一步提高，传统防误闭锁方式已不能满足要求，而作为变电站防误装置发展方向的微机防误闭锁系统，在功能上还有待进一步完善和提高。在现阶段，我们还需要不断完善管理，制订严密的规章制度，来防止变电所误操作的发生。
参考文献： 1、《WFBX型多功能微机防误操作闭锁系统》
2、《微机型防止电气误操作装置-通用技术条件》
3、《变电运行岗位技能培训》
4、《电力系统自动化》

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