基于监控五防一体化防误操作方案的研究与实现硕士学位

1、贰肾痒噶蒙蛆网践桐孝略捕蛋吻痞尝邯箭爆奉怜鸽渺匈逗石锤宗杖线奠先截僳壤淤育蔷交涂颈辜厉印催曹窖僳倦刘床纂骏涵蔬驾侍键葡叭酸柠汗耗见沼扬副菲月书教饺煮搞豺息溉刷偏象雁剃巷巩习寝西兢锐慌顿缨物入貌央顷折驼拳骚贼滑杭草裤衅潭修柄柑寿诫滁租鸡拱为恕宪强甜檄直蹭些胚员揽莆被伎嚼罗哨澎遗爵晚谐絮怨盏闹棺肆两墙捌氖士盘二府护邻哪十喀楷絮捆粘菊效永济判臼厨茁淮胆学伤怔茁砷蕴披蛇降丢籍寻硒痔凳却择窘月跌进丸酋原焕宝饱吾肝塔仔撼点凄壤妄撤文扩球憋峨勒厄赤成石侦试润径披钎阻黄滑皂织咎县漆萨壕鉴机舔勉撵即仿锹凄窥鸟逢链微歼少袒庭牧华 北 电 力 大 学 工 程 硕 士 专 业 学 位 论 文题 目：基于监控五防一体化

2、防误操作方案的研究与实现英 文 题 目：research and implementation of design on anti-error operating for five-prevention integrated supervi 饲纱及野菏俺戴偶咸脱南刺狂躲明扔讯坐伎泞院站艾陪踩霉件汛槐兴桩柿型爵沼资藻欠烹鹿继骚缆桂篱谁锚遍荣脑无我粒阶控市椭狄馁账剐冒茵诸隧生祸眠双善稗马床励窒湖圣己顿寿惨幼珍割惩哑钟磷侧策沥掖戚桓堑莫沥较悟移渍椅蜀爱儒肝拧叮枢苯聋柜皱柱幅胁修孙放赔拳沈埃粕揖血颜症峻涅莹者预属祭鸦悼私铰寅对掺淬礁锑虏淤杏符拯洁从略盅愚恕翟瘟唉拼松奋肄坑寞疵吏认劣勒晤茎疤笨烟沫梨瑚猛

3、隧度揍啪枪蘸酝升买箔膳骚苔牲者柔苞屹览演尼议恐钮蒙黄衣鸦法跳痴诀使蝴去乾鼻鳃鸟水呢醚看修粗揽弱迄贱传钾郎寻咎汪卫孔佬拆攀沦靴筛漠亦芍妥痒鼎实崖远楔栅陇油类基于监控五防一体化防误操作方案的研究与实现硕士学位抒兔县实圈撼琼托健犊签僳怪继薯携鼎袁冯酣栖悟众矛稽蓑绩持爆档撼抨邯庇榆荚桐嘻巾受吵垛带舀卓肠圣忻滁闰迄惯十荡棘沟挛胆梆士果圃殴俞黄颐鸽伯盅秉陷务大潜藻椒蓟融苦磁核征跪班俐葱厢刨糕吝算卧曹谗端渭窟汤田雀姻硒绅鳞危泪固陶伺亿些狞鬼喘撞用吵祥诊源肥董抱缠之衫筑灵筷隧探烧丹扦戍闰逻滥阅瞻统佛旁扩危堪氮悯汹住拢孩抨医铅癣乙惨措柏尚卉扑兔堆凭亏虽瞻艰霜拟访稼丙息瞧军蛙篓残掸糜渗崖曲赂杂渍虏惮酱驮烃其谆谭滩

4、稚篙湍梧绢帕妙桩逗争恩靳熊楷炯苟佩钦宽凌竭仰懊腻惋凳奸挨彻勋综姬凭需喝温斜窍橙账缔坑俄臻逃卢卓吴娟解歧戮查痊费粥侥卓华华 北北 电电 力力 大大 学学 工工 程程 硕硕 士士 专专 业业 学学 位位 论论 文文题题 目：目：基于监控五防一体化防误操作方案的研究与实现英英 文文 题题 目目：research and implementation of design on anti-error operating for five-prevention integrated supervision system专专 业业 领领 域：域：电气工程 华华 北北 电电 力力 大大 学学声 明本人郑重声明

5、：此处所提交的工程硕士专业学位论文基于监控五防一体化防误操作方案的研究与实现 ，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名： 日 期： 关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印

6、或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。(涉密的学位论文在解密后遵守此规定涉密的学位论文在解密后遵守此规定)作者签名： 导师签名： 日 期： 日 期： 摘 要随着变电站综合自动化技术的发展，逐步形成了综合自动化监控和微机防误系统的融合，在以数据库一体化为核心的站控层平台上，形成了站控层、间隔层一体的防误操作模式。本文通过对防误闭锁理论的研究以及对运行中的监控五防一体化体系的分析，提出在线智能程控防误闭锁方案，该方案将站控层一体系统和间隔层逻辑系统结合起

7、来，使测控装置在接收正常的遥控命令的同时还能够接收后台监控五防模块按照操作序列发送的闭锁令和解锁令，使每步操作都经过了五防逻辑判断和操作票顺序闭锁判断。同时完善网门位置和临时接地刀闸位置的采集与控制，实现了在正常的操作过程中，监控五防一体化系统提供全程的、实时在线的五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁。关关键键词词：变变电电站站综综合合自自动动化化 , ,监监控控, ,五五防防, ,一一体体化化, ,智智能能程程控控闭闭锁锁abstractwith the development of substation automatic system, it becomes a fusion system of

8、 comprehensive automatic supervision and computerized fool proof. based on control layer of database integration, it is an anti-error operating system of integrated control layer and spacer layer. this thesis puts forward the design on the intelligent system for program control of anti-error operati

9、ng system through the study on the theory of anti-misoperation locking system and the analysis of five-prevention integrated supervision system. combining control layer integrated system with spacer layer logic system, it realizes that the monitor device can receive the order of remote control and t

10、he order of lock and unlock sending by monitor module of five-prevention system in operating sequences at the same time, and each operation is approved by five-prevention system and operation lock . in addition, the design improves the collection and control of net location and temporary ground disc

11、onnector location and in normal situation five-prevention integrated supervision system provides five- prevention logic lock and operation system lock for real time.yan zhigang(electrical engineering)directed by prof. dong leikey words: substation comprehensive automatic system, supervision, five-pr

12、evention, integrated, intelligent locking system目 录中文摘要英文摘要第一章 绪论11.1 研究背景和意义11.2 研究现状21.3 本文工作6第二章 防误操作闭锁及监控系统理论72.1 五防的概念72.2 微机五防系统理论72.2.1 微机五防的原理72.2.2 微机防误的操作流程82.2.3 微机五防闭锁实现方法92.3 变电站监控系统的基本概念与基本功能102.4 变电站综合自动化监控系统理论112.4.1 集中式微机监控系统概念与结构122.4.2分层分布式监控系统概念与结构122.4.3变电站监控系统站控层132.4.4变电站监控系统间

13、隔层152.5 本章小结16第三章 一体化在线五防系统的实现173.1 一体化在线五防系统实现的整体思路与结构173.1.1 一体化在线五防系统实现的整体思路与操作流程173.1.2 一体化在线五防系统整体结构193.2 一体化系统监控后台功能的实现223.2.1 图形模块223.2.2 五防模块223.3 间隔层闭锁功能的实现243.3.1 操作票序列控制闭锁功能的实现243.3.2 装置逻辑闭锁模块的闭锁功能的实现253.4 主要装置的逻辑模块闭锁和逻辑触发关系263.4.1 测控装置逻辑模块的触发263.4.2 间隔层闭锁的逻辑关系 263.4.3 间隔层闭锁控制命令的执行过程283.5

14、 操作机构的状态采集处理293.6 本章小结30第四章 一体化在线五防系统运行分析324.1 一体化在线五防系统应用中的实际问题324.1.1 遥控对象的配置324.1.2 五防闭锁系统失效应对334.1.3 五防数据信息的实时更新354.2 一体化在线五防系统应用效果354.3 本章小结37第五章 结论385.1 成果385.2 问题与展望39参考文献40在读期间参加科研和发表论文情况43致 谢44第一章 绪论1.1 研究背景和意义电力系统的安全运行是国民经济发展的重要保证，电力部门历来十分重视电力系统的安全运行，然而我国每年都会发生很多因操作人员误操作产生的重大事故，造成巨大的生命财产损失

15、。随着我国电力工业的发展，电网规模不断扩大，电网结构更加复杂，其输送容量和电压等级也不断增高，误操作事故对电网、设备、人身的安全威胁性更是逐步加剧，由此造成的损失也越来越严重，从 历年的统计数据看，误操作事故的发生每年都给国家和电力企业造成巨大的经济损失，给安全生产带来重大影响。从国家电网公司2003-2005年防止电气误操作工作调研报告 中可以看出，2003-2005年国家电网公司各所属单位共计发生误操作事故 77次，共损失电量43.15万kw，人员受伤5人，死亡1人。其中发生五种恶性误操作事故 50次，占误操作事故总数的64.9%1。在这77次误操作事故中，运行责任 48次，占62.3%，

16、是主要责任，此外检修责任 11次，占14.3%，继保责任11次，占14.3%，其它依次为调度 4次，试验2次，安装施工1次1。另外，从历年的防误操作事故统计分析中可知 :带接地线(接地开关)合闸一直是居首位的恶性误操作事故。此类事故绝大多数是因为设备检修后漏拆临时接地线引起的。占第2位的是带电挂地线 (合接地开关)。此类事故在早期的统计中并不突出，但在从05年至今均排在恶性误操作事故的第 2位，此类事故往往是由于在操作过程中未进行验电造成。有时还会造成人员伤亡，后果比较严重。误入带电间隔是历年误操作事故中最少的， 2003年-2005年共发生3次，占6%。但此类事故对人员安全构成极大威胁，而且

17、其它类型事故，如误分合断路器，带电挂接地线(合接地开关)等大多也是由于误入带电间隔引起1。这些恶性误操作事故的发生，给我们各发、变、供电单位敲响了警钟，使我们认识到防误操作工作的重要性、紧迫性。目前，在变电站中采用电气防止误操作闭锁装置已成为防止误操作事故的一种重要且行之有效的防范措施。它对防止电气误操作事故，以至防止进而引发的人身、电网和设备事故具有重要作用。据统计，截止2008年国家电网公司系统闭锁装置装用量共计 56249套，其中电气联锁装置3706套，占5.5%，机构联锁装置11573套，占20.6%，电磁锁2793套，占5.0%，机械程序锁16105套，占28.6%，微机闭锁装置22

18、005套，占39.1%，其它闭锁装置697套，占1.2%。其中微机闭锁装置套数最多，所占比例最大1。为保证电力系统的安全稳定运行，减少误操作事故的发生，电力行业颁布的电力系统安全运行规程 中规定了操作票制度及电力五防细则，在厂站内装设了很多防止误操作的装置。随着计算机技术的发展，变电站的装置都开始采用微机技术而成为微机型保护装置、微机监控、微机远动、微机录波装置、微机防误闭锁装置2。打破了过去常规变电站的二次结构，形成了变电站综合自动化系统。 站内的断路器和隔离开关实现了计算机直接遥控操作，即 “四遥”功能，逐步，由基本的监视控制功能向功能综合的体系发展。 变电站实现综合自动化后，变电站二次结

19、构发生了变化，实现了操作监视屏幕化的情况下，监控后台微机操作替代了过去的控制屏把手操作，而且远方微机操作的范围也扩大到隔离开关。这种情况下，运行部门对监控后台操作的防误措施提出了新的要求。变电站自动化系统在设计规则中要求， 为了防止误操作，操作闭锁主要包括： 操作出口具有跳、合闭锁功能和具有并发性操作闭锁功能。 crt屏幕操作闭锁功能，只有输入正确的操作命令和监控命令，才有权进行操作控制。 当站内通信网退出运行时，能满足非crt屏幕操作、五防闭锁功能和适应一次设备现场维修操作的五防闭锁功能。根据一次设备的实际运行状态，自动实现断路器、隔离开关操作闭锁功能3。针对这一问题，综合自动化厂家和一些机

20、构，对监控系统中实现防误操作的措施进行了研究。1.2 研究现状依据误操作产生的原因， 导致误操作的原因主要有三部分 ，分别是运行值班员、检修人员及其他人员的误操作。运行人员的误操作主要包括误拉、误合隔离开关和断路器、误入间隔等；检修人员的误操作主要包括检修、试验过程误碰运行间隔。针对可能发生的误操作范围进行防误装置的设置，国内常用的防误系统可以分成三大类：机械型闭锁、电气型闭锁、微机型闭锁。机械闭锁。机械闭锁是利用刀闸、开关等设备操作机械传动部分通过互相限位、相互制约来实现相互联锁的闭锁方式。其特点是闭锁简单、可靠，不需使用开锁钥匙。这种闭锁实现的前提是一体化设备，如单一刀闸、开关柜、组合电器

21、等。如要实现单元设备间的闭锁就相当困难，因此，其防误功能是有限的3。电气闭锁。电气闭锁属于电气逻辑闭锁，它是利用开关、刀闸等设备的辅助接点串接入需要闭锁的设备的电动操作回路中，从而实现设备之间的相互闭锁。其特点是没有过多的附属设备，外表十分简捷。这种方式仅适用于电动操作的设备机构上，闭锁逻辑关系不宜太复杂，对辅助开关质量和运行环境要求较高，闭锁功能不够完善3。微机防误闭锁装置。目前电力系统中使用的微机防误闭锁装置，主流产品是一种离线的防误闭锁系统。它由计算机主机、电脑钥匙，若干电气编码锁，机械编码锁等硬件组成，通过设置在系统内的软件实现防误逻辑闭锁功能。操作人员在操作前需先在防误系统中进行模拟

22、操作，将模拟操作顺序输入到系统中，然后通过专用接口将操作程序传输到电脑钥匙中，操作人员用电脑钥匙到现场按已输入的操作顺序依次打开编码锁实施操作，并采集设备状态以作为下一步能否操作的判据，整个操作完毕后再将电脑钥匙中的状态信息返回给防误主机进行状态更新，以实现防误主机与现场设备状态的一致性。其特点是防误闭锁逻辑功能由微机五防系统独立完成，理论上能实现较为复杂的程序闭锁功能，其安装、维护比较方便3。随着计算机技术和通信技术的发展，厂站自动 化技术得到了长足的发展，传统电气防误闭锁方式不能满足要求，现在厂站内主要采用微机五防系统 ,一般微机防误系统又可分为独立微机五防系统和一体化五防系统。独立五防系

23、统是指防误系统独立于监控系统之外的微机防误系统，结构图如图1-1所示，一般通过通信方式（串口或以太网）从监控系统获取位置信息， 实现状态对位；并对运行人员的模拟操作进行监控，进行五防逻辑分析，获取操作信息，打印出符合用户格式要求的操作票，通过光电通讯将操作信息传给电脑钥匙。电脑钥匙对运行操作人员的实际操作进行监控，给出提示信息，当操作正确时打开电编码锁或机械编码锁，解除闭锁，允许操作。当运行操作人员走错间隔操作时，电脑钥匙发出报警，并强制闭锁，显示器上提示告警信息，并提示操作人员应如何进行下一步操作，闭锁机构如图1-2所示。目前独立的微机防误闭锁系统 主要是离线式微机防误闭锁系统。图1-1变电

24、站综合自动化系统和 独立微机防误系统信息接口示意图实时数据虚遥信虚遥信实时数据微机型防误系统厂站自动化系统调度 五防主机 （预演、生成票） 电脑钥匙实时数据虚遥信防防误误主主机机通通信信管管理理机机单单元元控控制制器器单单元元控控制制器器单单元元控控制制器器单单元元控控制制器器单单元元控控制制器器单单元元控控制制器器单单元元控控制制器器单单元元控控制制器器单单元元控控制制器器单单元元控控制制器器a ac c2 20 00 0v v电源can.数码锁数码锁.数码锁数码锁.数码锁数码锁.数码锁数码锁.数码锁数码锁.数码锁数码锁.数码锁数码锁.数码锁数码锁.数码锁数码锁.数码锁数码锁 图 1-2 独

25、立五防在线微机防误闭锁系统结构图基于微机防误系统和监控系统通信的瓶颈现状以及电力电子技术、变电站自动化技术的发展，在很多地区和综合自动化生产厂家提出了变电站自动化系统和微机五防系统实现监控五防系统一体化 设计的愿望和思想。基于这样的运行和发展需求，逐步形成了监控五防一体化的模式， 结构如图1-3所示，而且这一模式日趋成熟。一体化的微机五防系统采用一体化设计理念，把变电站实时监控、故障信息系统子站、工程师站、五防一体化以及变电站日常管理融为一体，并且把这几个子系统设计为逻辑上相互独立，可以共用数据库和图形界面，这样既满足了信息共享的要求，又可以按照不同需求单独配置，满足功能灵活性要求。 基本满足

26、：（1）防误闭锁软件与自动化系统具有统一的数据库，五防模块与自动化系统的其他应用模块一样从同一个实时库获得数据。（ 2）防误闭锁软件与自动化系 统具有统一的数据库组态，五防数据直接从自动化系统数据中挑选测点 编辑五防属性。（ 3）防误闭锁软件与自动化系统具有统一的画面编辑，可以直接采用自动化系统的画面作为五防画面11。一体化微机五防可以直接在图形上开票，开票过程中具有防误逻辑校验功能，所以这种开票过程中本身包含了模拟预演功能。实现图、库一体化，所以不存在独立防误的通信环节，大大提高了系统可靠性。与独立微机防误闭锁相比，一体化防误不仅具有了独立微机防误系统的各项功能，还有以下优势：（ 1）直接从

27、监控系统数据库获取数据，可以具有更全面的防误功能。（ 2）取消防误系统和监控系统之间的通信，消除了影响系统稳定性的薄弱环节，防误系统具有更好的可靠性和实时性。（3）五防规则是独立编制的，防误功能具备独立性。也具备和电脑钥匙通信功能，可通过电脑钥匙和锁具实现现场操作。（ 4）与监控系统共用统一的数据库、图形系统，节省了工作量，降低了成本。（ 5）与监控系统的测控装置形成更全面防误闭锁功能，即使后台机故障退出，也具有完备的间隔层全站逻辑闭锁。（6）维护更改方便，不存在监控与防误厂家的管理配合问题，节省了工程制作特别是工程扩建的施工周期。图1-3变电站自动化系统和微机防误系统一体化结构示意图目前的一

28、体化五防微机防误虽然解决了数据共享的问题，但 仍然是采用电脑钥匙模式的离线式微机防误闭锁系统， 并没有达到在线一体化的操作模式，仍存在以下不足 3 。（1）防误闭锁系统不能实时取得现场实际位置。操作期间，防误主机不能在线跟踪操作的执行情况，只有在电脑钥匙回传后，才可以获得相关的操作信息。（2） “走空程” （操作过程漏项）是这一系统面临的最大安全问题，为了防止 “走空程” ，需要设计式样繁多的固定锁（如位置检测锁）及其安装附件。（3）在操作方式（遥控、手动操作）切换频繁的情况下，电脑钥匙需要多次回传，操作较繁琐。（4）防误闭锁系统的锁具及其附件类型繁多，装设复杂，容易出现可靠性问题，增加了维护

29、和运行的负担。（5）对于站内的操作可以起到防误的功能，但对于远方调度或集控系统的遥控操作则无法起到防误的作用。 由于站控层的五防逻辑和间隔层的逻辑都是独立运行 ,从逻辑上没有统一到操作票顺序中。目前的一体化五防系统，并没有达到 站级防误闭锁及间隔闭锁相结合的防误系统14，从运行需求的角度看并没有达到统一到操作票逻辑上的统一 逻辑流程，现在无论是站控层一体系统也好、还是间隔层间隔五防也好，系统 还是相互分列的，并不是在线一体化五防系统。监控五防主机电脑钥匙测控装置电编码锁或机械锁机械锁开关/刀闸地线、网门1.3 本文工作(1)在广泛查阅文献资料和调研的基础上，对变电站防误系统的发展应用状况进行了

30、综述；阐述了微机五防的原理、五防闭锁的实现方法等相关理论；(2)在充分分析调研的基础上，提出实施一体化在线五防系统设计思想，在监控系统传统微机防误模式基础上引入了五防节点。解决了五防逻辑节点和测控五防逻辑的配合问题，实现了真正意义上的一体化在线五防；(3)在一体化在线五防系统实现过程中，解决了远方调度和集控系统的遥控防误操作闭锁、操作过程漏项、五防数据信息实时更新等问题；(4)结合包头地区前明变一体化在线五防系统建设工程实际，分析了工程实施过程中遇到的问题及其解决方案，并给出了系统投入运行后的效果分析。说明了一体化在线五防系统的优势。第二章 防误操作闭锁及监控系统理论2.1 五防的概念为了有效

31、防止运行电气设备误操作引发的人身和重大设备事故，能源部早在1990 年就提出了电气五防的要求，并以法规形式（能源安保（ 1990）1110 号文防止电气误操作装置管理规定 ）行文规定了电气防误的管理、运行、设计和使用原则。按照规定 ，防误装置的设计应遵循的原则是：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。从这个原则出发，提出了五防规定。五种防范的恶性事故为：（ 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5。原国家电力

32、公司 2000 年发布的防止电力生产重大事故的二十五项重点要求 的第二章“防止电气误操作事故 ”第 2.5 条明确规定：采用计算机监控系统时，远方、就地操作，均应具备防误闭锁功能6。2.2 微机五防系统理论 2.2.1 微机五防的原理微机五防系统是计算机及网络通信技术应用于变电站自动化的结果7。微机五防系统用于高压开关设备防止电气误操作。通常主要由主机、电脑钥匙、机械编码锁、电气编码锁、模拟屏等功能元件组成。微机防误闭锁装置闭锁的设备有四类：开关、刀闸、地线（地线刀闸）、遮栏网门（开关柜门），上述设备是通过微机锁具（电编码锁和机械编码锁）实现闭锁的，对上述设备须由软件编写操作闭锁规则。主机是五

33、防系统的大脑，硬件一般采用微机，通过软件来实时接收运行数据，根据设置的条件判断是否满足条件来对电气设备进行操作。电脑钥匙接受主机生成的操作票，对相应的编码锁具进行操作，并为主机采集虚遥信。2.2.2 微机防误的操作流程五防主机上电后，先要接收厂站自动化系统发送过来的实遥信，然后读取电脑钥匙采集的虚遥信，与主机的屏幕显示图形对位。当对位工作正确完成，进行模拟预演。此后，主机会不断通过与厂站自动化系统进行通信，得到厂站的实际信息。其操作过程分为两步：预演操作和实际操作。其中预演操作保证生成正确的操作票，实际操作保证按操作票的内容顺序执行。2.2.2.1 预演操作本系统事先将各种运行方式的操作运行规

34、程、电气防误操作接线图 (简称一次接线图)及所有开关、刀闸、网门等设备的正确操作方式保存在防误主机中，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五防规则。若操作违背了五防规则，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。若符合五防规则，系统将确认你当时的操作步骤，并自动将该步骤登记在当前的操作票上。整个操作预演过程基于引入的五防操作规则和全站所有设备的实时状态，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。2.2.2.2 实际操作现场实际操作有三类：上位机遥控操作、电脑钥匙就地操作和提示性操作。遥

35、控操作：是指需要监控机操作的操作项。就地操作：需要运行人员运用电脑钥匙到现场按操作票项的顺序打开操作机构上的编码锁，才能进行的操作。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 (如拉合保险、确认刀闸在合分位置、确认已操作等 )。操作预演后，防误主机将己检验通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进行。现场操作时需要用电脑钥匙去打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，

36、杜绝了误操作事故的发生，保证操作的正确性。操作人员根据电脑钥匙的提示进行实际操作，当操作到应该上位机遥控操作或整个操作完毕时，须将电脑钥匙和防误主机通讯，防误主机根据电脑钥匙上送的操作步数和已操作过的设备状态，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已执行到应该上位机遥控操作，若是，则防误主机向监控主机发送操作票中对应设备的解锁命令。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。在遥控操作之后还需电脑钥匙进行现场开锁操作时，防误主机将当前操作步骤传给电脑钥匙，提示下一步操作内容，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防误主机、电脑钥匙和编

37、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。2.2.3 微机五防闭锁实现方法变电站需要强制闭锁的一次设备主要有断路器、电动刀闸、隔离刀闸、接地刀闸（临时接地线）、网门等，其中断路器、电动刀闸一般采用电编码锁方式闭锁。隔离刀闸、接地刀闸（临时接地线）、网门采用机械挂锁与附件配合的方式闭锁。线路侧验电采用加装验电器方式闭锁。2.2.3.1 断路器闭锁实现方法变电站中的断路器有两种操作方式，当地变电站的遥控操作 (不包含调度远方遥控操作)和就地操作。微机五防系统对这两种操作方式采用不同的闭锁方式实现闭锁。1.

38、对遥控操作的闭锁 微机防误系统针对遥控操作正常采用的方式是通过和监控系统通讯，相互配合，完成防止误拉、合断路器。其实现过程是：正常运行环境下，站内所有遥控设备是处于五防闭锁状态的。若当前操作步骤为可遥控操作的设备，则五防机向监控服务端发送遥控解锁命令，请求监控机进行遥控操作。监控系统收到遥控请求后，解除相应设备的遥控闭锁，可对该设备 (而且只能对该设备 )进行遥控操作，当遥控完成后，由监控系统告知防误系统遥信变位，防误系统收到遥信变位即认为当前遥控操作已完成，可进行下一步操作，同时监控系统要封锁对该设备的再次遥控操作；如此循环直至所有操作完成。软件闭锁方式在断路器的操作回路和控制回路中不增加其

39、他任何辅助节点。2.对就地操作的闭锁电编码锁用于现场就地操作的断路器、电动隔离开关、电动接地刀闸的闭锁。电编码锁在电气原理上相当于一个常开接点，通常被串入到相应的电气操作回路中。闭锁原理如图2-1所示，图中ds是电编码锁。由于原有的操作回路被切断，就地操作前必须先通过电脑钥匙解锁。先将电脑钥匙插入电编码锁中，如操作设备的编号和电脑钥匙显示的编号一致，电脑钥匙内部接通操作回路，闭锁解除允许操作，合、分操作后，电脑钥匙检测到操作电流流过，即认为操作结束，可以进行下一项操作。ds电编码锁要安装在保护屏或开关柜的就地操作按钮的附近，以方便操作为原则，同时该常开节点的接入不能影响遥控操作回路。图2-1

40、电编码锁闭锁回路图 2.2.3.2 电动刀闸闭锁实现方法电动刀闸有多个地方可以操作：刀闸机构箱、端子箱 (将一个间隔的多把电动刀闸的操作按钮集中在一起 )、远方遥控操作。针对不同的操作有不同的闭锁方式。1.刀闸机构箱在机构箱中，有两种操作方法：一是电动操作按钮，二是手摇操作，这两种操作方法都可以操作刀闸。闭锁方式如下：在电动刀闸的机构箱门上加装机械编码锁，将机构箱门锁上，既可以闭锁电动操作按钮，也可以闭锁手摇操作；在电动刀闸的转轴上加装状态识别器，用以检查刀闸的分、合状态，不同的状态对应有不同的编码。电动刀闸操作时 (以合刀闸为例)，先将刀闸机构箱门上的机械锁打开，合上刀闸(不管是电动合上还是

41、手摇合上 )，读合位状态识别器的编码，检查刀闸确已合上。2.端子箱：采用电编码锁方式闭锁，其闭锁原理与断路器的就地操作一样。3.遥控操作：电动刀闸如果是遥控操作采用软件闭锁，其闭锁原理和断路器一样。2.3 变电站监控系统的基本概念与基本功能变电站自动化系统包括计算机监控系统、继电保护及自动装置和通信装置等设备。其中,监控系统作为自动化系统的重要组成部分 ,通过网络接口设备与变电站各自动化设备(包括继电保护及自动装置等其他智能装置 )相连接,以完成变电站运行与管理的各项工作。变电站监控系统是指在变电站内应用自动控制技术、信息处理、传输技术和计算机软硬件等技术实现对变电站二次设备 (包括测量仪表、

42、控制系统、信号系统及远动装置等)的功能进行重新组合和优化设计 ,对变电站内主要电气设备的运行情况进行监视、测量、控制和协调 ,部分代替或取代变电站常规二次系统 ,减少或代替运行值班员对变电站运行情况的监视和控制操作 ,使变电站更加安全、稳定、可靠运行的一种综合性的自动化系统。主要功能可分为以下几类 :1.数据采集与处理功能数据采集有两种方式。一种是通过测控装置获取数据 ,即面向一次设备采集模拟量和开关量(如电压互感器、电流互感器的电压和电流信号 ,变压器油温及断路器辅助触点,一次设备状态信号等 ),经间隔层设备处理后 ,最终导人实时数据库 ；另一种是通过通信接口获取数据 ,即面向其他智能装置直

43、接获取计算机数据 (如电能量数据、直流母线电压信号、保护动作信号等 )2.控制操作功能监控系统控制操作对象一般包括各电压等级的断路器、可电动操作的隔离开关和接地开关、主变压器及站用变压器有载分接开关、站内其他相关设备的启动/停止、保护和自动装置的复归和电压无功自动控制 (avqc)等。为保证操作控制的正确可靠,监控系统同时只能对一个对象进行控制操作。3.报警及处理功能监控系统报警内容可分为设备状态异常或故障、测量值越限、计算机监控系统的硬件自诊断告警、通信接口及网络故障信号等。4.事件顺序记录及事故追忆功能5.远动功能6.时钟同步功能7.人机联系与运行管理功能8.与其他设备接口功能（1）与继电

44、保护及安全自动装置通信接口功能（2）与变电站直流系统绝缘监察装置的通信接口（3）变电站直流蓄电池巡检装置的通信接口（4）与小电流接地选线及消弧线圈自动调谐装置的通信接口（5）与微机“五防”的通信接口2.4 变电站综合自动化监控系统理论变电站综合自动化监控系统随着电子技术、计算机技术、通信技术和网络技术的发展，其体系结构在不断发生变化。根据变电站综合自动化监控系统目前的应用情况，其基本结构可分为集中式和分层分布式8。其中，分层分布式计算机监控系统已经成为变电站综合自动化监控系统发展的主流。2.4.1 集中式微机监控系统概念与结构1)集中式监控系统的基本概念以变电站为对象,面向功能设计的计算机监控

45、系统 ,称之为集中式计算机监控系统。即各系统功能都以整个变电站为一个对象相对集中设计 ,而不是以变电站内部的某元件或间隔为对象独立配置的方式。2)集中式监控系统的基本结构集中式监控系统的基本架构如图 2-2 所示当地监控主机总控单元保护管理单元保护装置modem调度控制中心模拟量输入遥测单元数字量输入遥信单元脉冲量输入遥脉单元数字量输出遥控单元图2-2 集中式变电站监控系统基本架构分层分布式监控系统 概念与结构2.4.2.1 分层分布式监控系统的基本概念分层分布式监控系统是以变电站内的电气间隔和元件（变压器、电抗器、电容器等）为对象开发、生产、应用的变电站计算机监控系统。所谓分层是指一种将元素

46、按不同级别组织起来的方式，其上下级元素具有控制和被控制的关系。分层分布式变电站监控系统可以分成三层结构，即站控层、间隔层和过程层，每层由不同的设备和子系统组成，完成相应的功能。通常，变电站计算机监控系统由站控层和间隔层两个基本部分组成。所谓分布是指变电站计算机监控系统的构成在资源逻辑或拓扑结构上的分布，主要强调从系统结构的角度来研究和处理功能上的分布问题。分布式计算机系统是由多个分散的计算机经互联网构成的统一计算机系统，是多计算机系统的一种新形式，它强调资源、任务、功能和控制的全面分布。2.4.2.2 分层分布式监控系统的基本架构变电站计算机监控系统由站控层与间隔层两个基本部分组成，并用分层分

47、布、开放式网络实现系统连接。站控层为全站设备监视、测量、控制和管理中心，站控层和间隔层可通过光缆或双绞线连接，也可以通过前置设备连接。间隔层按照不同的电压等级和电气间隔单元，以相对独立的方式分散在各个继电小室中，能独立完成间隔层设备的就地监控功能10。其基本架构如图 2-3所示。其中，站控层包括主机、操作员工作站、远动工作站、工程师工作站、五防主站、 gps对时装置及站控层网络设备，形成全站监控、管理中心。能提供站内运行人机界面，实现间隔层设备的管理控制等功能，并可以通过远动工作站与调度中心通信。站控层间隔层公用信息工作站其它智能设备现场总线网关220kv 测控间隔现场总线网关220kv 测控

48、间隔现场总线网关220kv 测控间隔以太网继电保护故障录波远动主机（1）远动主机（2）modem远方调度中心五防主站工程师站打印机gps主机/操作员站（2）打印机主机/操作员站（1）保护信息管理机图2-3分层分布式监控系统基本架构 变电站监控系统站控层变电站计算机监控系统站控层由数据采集通信子系统、数据处理及人机联系子系统、远方通信子系统和时钟同步子系统等组成 ,实现变电站的实时监控功能。它负责完成收集站内各间隔设备采集的信息 ,完成分析、处理、显示、报警、记录、控制等功能,完成远方数据通信以及各种自动、手动智能控制等任务。站控层设备主要包括主机、操作员站、工程师站、远动通信设备、与电能量计费

49、系统的接口以及公用接口等。（一）数据采集通信子系统数据采集通信子系统按其发展及应用模式可分为总控、前置机和以太网三种模式,完成站内数据采集和通信功能。总控模式的数据采集通信子系统由双套总控装置组成 ,负责与各间隔层设备、继电保护及其他智能装置进行数据通信 ,完成数据采集与通信功能 ,并通过串口与当地监控工作站进行数据通信。前置机模式的数据采集通信子系统由双套前置机及其通信接口设备、单套公用信息工作站及其接口设备、网络通信设备等组成。其中 ,前置机负责与各间隔层设备进行数据通信,完成数据采集与通信功能 ；公用信息工作站负责与保护及其他智能装置进行数据通信 ,完成其他数据采集与通信功能 ;前置机和

50、公用信息工作站通过以太网与主机、人机工作站、远动工作站等站控层设备连接 ,实现站控层内部通信功能。以太网模式的数据采集通信子系统由单套公用信息工作站及其接口设备、网络通信设备等组成。其中 ,间隔层设备直接与网络通信设备连接 ,并接入站控层网络 ；数据采集和通信功能直接由主机、人机工作站、远动工作站等站控层设备的通信软件模块完成；公用信息工作站负责与继电保护及其他智能装置进行数据通信 ,完成其他数据采集与处理功能。网络设备一般采用工业交换机 ,双套冗余配置,按小室布置,实现站内各设备的以太网连接和网络通信功能。（二）网络设备变电站监控系统中网络设备包括站控层网络设备和间隔层网络设备 ,通常由网络

51、集线器、交换机、光 /电转换器接口设备和传输介质等组成。1.站控层网络设备站控层网络设备主要有集线器或网络交换等设备 ,负责站控层设备间以及站控层与间隔层网络设备间的通信功能。2.间隔层网络设备间隔层网络设备通常由集线器或网络交换设备等组成 ,实现间隔层设备与站控层网络设备及间隔层设备之间的通信。3.网络传输介质网络传输介质可采用屏蔽双绞线、同轴电缆、光缆或以上几种方式的组合。若用于户外长距离通信 ,则应采用铠装光缆。根据站控层和间隔层设备之间不同的通信方式,也对应不同的网络拓扑结构。 变电站监控系统间隔层（一）变电站监控系统间隔层设备的定义间隔层设备是指按变电站内电气间隔配置 ,实现对相应电

52、气间隔的测量、监视、控制、保护及其他一些辅助功能的自动化装置。间隔层设备主要包括测控装置、间隔层网络、与站控层网络的接口和继电保护通信接口装置等。间隔层设备直接采集和处理现场的原始数据 ,通过网络传送给站级计算机 ,同时接收站控层发出的控制操作命令,经过有效性判断、闭锁检测和同步检测后 ,实现对设备的操作控制。间隔层也可独立完成对断路器和隔离开关的控制操作。（二）变电站监控系统间隔层设备的分类间隔层设备分类根据是否集成继电保护功能来划分 ,间隔层设备可分为仅具备测控功能的i/o测控装置和集成微机保护功能的保护测控合一装置两大类。2.4.4.1 间隔层状态量采集原理在监控系统中，断路器等位置状态

53、、保护信号，最终都可以转化为辅助触点或信号继电器触点的位置信号，故只要将触点位置信号采集进来就完成了信息的采集。图2-4所示是遥信信息采集的输入电路。 输入电路的工作原理：设断路器处于分闸状态，其辅助触点闭合， +24v经过rc网络后输入到光耦，光耦中发光二级管发光，光敏三级管无电不发光，光敏三极管截止，遥信输出端输出高电平 “1”，从而完成了遥信信息的采集。+ +2 24 4v v或或2 22 20 0v v遥遥信信触触点点r r1 1r r2 2r r3 3r r4 4v v1 1v v2 2光光耦耦r r5 5+ +5 5v v遥遥信信信信号号g gd dn nd da ag gn nd

54、 dc c图2-4 遥信信息输入电路2.4.4.2 间隔层开关量输出原理开关量输出电路主要由逻辑出口电路 （包括输出锁存电路和端口地址译码电路 ）和输出驱动电路组成 , 如图2-5所示。输出锁存电路用于暂存 cpu发出的遥控指令。采用启动继电器和控制继电器相分离的模式 。遥控的全过程分四个步骤完成 ：第一步 控制端向被控端发出选择命令 ,选择命令包含遥控对象、遥控性质等信息 ；第二步 被控端向控制端返送遥控返校信息 ,返校信息是被控端对收到的遥控选择 命令进行执行条件的核查 ,遥控对象若满足执行条件则返送肯定确认信息 ,否则返送否定信息；第三步 控制端根据返校的信息 ,向被控端发送遥控执行命令

55、或遥控撤销命令 ；第四步 被控端根据收到的遥控执行或撤销命令进入具体执行进程。图2-5 开关量输出电路原理图2.5 本章小结本章总结了五防的基本概念及微机五防的基本原理，微机五防通过硬件与软件来实现接收实时的运行数据，根据设备的状态与 判别条件来判断是否 可以对电气设备进行操作。操作的过程中先进行预演操作 ，当满足操作规则后进一步进行实际操作，整个实际操作过程均在防误主机、电脑钥匙和编码锁的严格闭锁下，强制性的确保了操作的正确性。在设备的闭锁方式上包括机械闭锁和电气闭锁，具体应用何种闭锁方式要根据具体的设备和现场的实际需要进行选定。详细介绍了变电站综合自动化监控系统的基本概念与基本功能 。结合

56、现有的变电站综合自动化监控系统的构架和原理，如何将微机防误系统与之结合而达到数据的共享最终实现一体化的五防系统，将在本文后续内容中进行讨论。第三章 一体化在线五防系统的实现3.1 一体化在线五防系统实现的整体思路与结构3.1.1 一体化在线五防系统实现的整体思路 与操作流程实现一体化在线防误闭锁是指：基于现在的监控五防一体系统通过对现有监控系统中部分功能进行改造，使其达到在正常的操作过程中，五防系统提供全程的、实时的五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁。通过在测控装置增加后台监控系统五防逻辑可控制的单独五防闭锁节点，串入设备的控制回路。在操作的时候，只有五防闭锁节点闭合的情况下，操作才能出口。对于测控

57、装置，不仅要接收正常的遥控令，还要接收后台监控发送的闭锁令和解锁令，来控制五防闭锁节点的打开和闭合。当运行人员根据操作票预演后，系统就有了和操作票对应的操作序列。在每一步操作之前，后台系统对当前操作步骤进行五防逻辑判断，判断满足后，将相应测控的五防闭锁节点闭合。因此 五防闭锁节点闭合就意味着经过了五防逻辑判断和操作票顺序闭锁判断。本步操作完成之后，监控系统判断操作完成 后，将对应的五防闭锁节点断开，并自动将下一步操作对应的五防闭锁节点闭合。整体逻辑流程图如图3-1。实现在线程控防误闭锁功能，关键技术是在后台监控系统、测控装置、回路接线几个地方进行改进。后台监控系统需要根据五防逻辑形成操作序列，

58、根据操作序列自动发令实现五防闭锁节点的闭合和断开。测控装置接受监控后台遥控令，实现五防闭锁节点的闭合和断开同时完善测控装置的逻辑闭锁模块。回路接线需要将五防闭锁节点串入测控操作回路、就地操作机构（汇控柜）操作回路和电控锁回路，实现闭锁。对于需要手动操作的设备，如接地刀闸和网门，需要加装电子锁。电子锁的任务是锁住接地开关、网门等手动操作机构。在控制电源回路中串入防误输出节点，当防误条件满足可以进行操作时，逻辑节点闭合，电子锁加电，可以打开锁具进行操作；当防误条件不满足时，逻辑节点打开，电子锁失电，不能打开电子锁进行操作。对于临时接地线的接地桩可以采用带电控行程开关的接地桩，实现原理和电子锁的原理

59、一样，受到逻辑闭锁节点的控制。电控锁和临时接地桩的状态可以由采集单元完成信息采集，在监控系统主接线图中实时显示。操作开始判断当前操作是否满足五防逻辑自动闭合本步五防闭锁节点进行操作（遥控或就地）自动断开本步五防闭锁节点判断本步操作是否最后一步操作结束选择设备进行操作（遥控或就地）判断五防闭锁节点是否闭合闭合。设备正确，可以操作断开。设备错误，闭锁。形成操作序列模拟预演（验五防）开具操作票否是是否根据操作序列确定当前操作图 3-1 整体逻辑流程图3.1.2 一体化在线五防系统整体结构在监控系统实现在线式五防，整体的系统图如图3-2。从整体的系统图中可以看出基于监控五防一体化的在线五防系统仍然是由

60、站控层监控系统、间隔层测控装置和电控锁具共同构成。图3-2 一体化在线五防系统整体结构图3.1.2.1 硬件部分一体化防误闭锁系统的硬件部分主要包括：监控五防主机、网络通信、测控装置、各类电气数码锁锁具及临时接地线闭锁桩。监控五防主机：既是监控系统的后台主机又是五防系统的主机，完成实时数据的处理及操作票、操作逻辑序列的生成和操作控制。网络通信：完成站控 层（监控五防主机）和间隔层设备的网络通信连接、站控层与间隔层、间隔层与间隔层的数据交换。测控装置：完成现场实时数据的采集和控制的出口功能，提供监控五防和测控五防节点满足五防操作逻辑的控制闭锁功能。各类电控数码锁锁具及临时接地线闭锁桩：配合监控五