一种新型智能化五防系统的研究

一种新型智能化五防系统的研究

第五阻止误差管理系统是中国能源公司为避免在传输和配电过程中出现故障而开发的一套系统。五防的主要内容是防误入带电间隔,误拉合开关,带负荷拉合刀闸,带电合地刀(挂地线),带地刀(地线)合闸。倒闸误操作是关系变配电安全的关键之一,由于已多次引发严重事故,因此电力行业下决心必须根除该安全隐患。近几年来,武汉钢铁集团有限公司开始了第3次大型技术改造工程,由于此次技术改造中所有需改造或新建的变电站均承担向武钢各个甲级要害部门供电的任务,对可靠性要求非常高,所以这些变电站五防系统的方案设计也就备受关注。1五防系统的类型1.1回传电脑嘴唇离线式微机五防系统主要由3个部分组成,即五防主机(或五防模拟屏)、电脑钥匙以及现场锁具。其特点是:五防主机(或五防模拟屏)将模拟预演后的正确操作步骤传输到电脑钥匙,其后的操作即以电脑钥匙为主来完成闭锁锁具的解锁工作。在此操作期间,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。在操作方式切换频繁的情况下,电脑钥匙需要多次回传,操作较繁琐,而且存在离线式微机防误闭锁系统不能实时取得现场实际位置、特殊运行方式下防误操作逻辑存在冲突、操作不到位的设备不能重复操作、多个操作任务无法同时输入电脑钥匙、装拆地线的操作不能用微机五防严格闭锁等问题。1.2系统的基本情况在线式微机五防系统主要由3个部分组成,即防误主机(或五防模拟屏)、分布式现场总线及现场锁具。其设计目标是通过分布式现场总线将防误主机与现场锁具连接起来,由防误主机直接控制锁具的解锁和闭锁操作,同时,具备锁具闭锁状态及设备状态的实时采集功能,操作过程完全取消电脑钥匙。在线式微机五防系统又细分为集中式闭锁控制和分布式闭锁控制两种情况。(1)所谓集中式闭锁控制是指每个需要闭锁的设备均需要一个单独的锁具,此锁具本身不具有逻辑判断功能,仅是五防后台机逻辑判断的执行元件,所有的逻辑判断和动作指令均在五防后台机上,所以称之为集中式闭锁控制。(2)分布式闭锁控制是指在每一个间隔(可含多个断路器、隔刀、地刀)的汇控柜内设置一个分布式闭锁元件,该闭锁元件本身具有逻辑判断功能,可存储本间隔内多种运行方式和闭锁条件,并对多个设备进行解锁。在线式微机防误装置具有设备状态信息真伪性识别功能,克服了电脑钥匙型微机防误装置操作复杂、事故处理和检修调试时必须解锁、设备状态信息不可靠、容易走空程等缺点,但同时也具有安装不方便,维护成本高,对网络过分依赖、闭锁覆盖面不够广(如临时地线点、网门)等缺点。2新型五防系统的应用2.1系统总体结构在武钢开展的对系列变电站实施大型技术改造的工程中,采用的微机五防系统为综合性分层分布式结构,构架了有线、无线网络与各种智能化子系统和智能化锁具相结合的立体化系统,可以全方位地覆盖站内需要闭锁的一切设备,克服了离线式和在线式系统的各自缺点。系统结构分为3层,如图1所示,分别为站控层、间隔层和过程层。站控层主要由微机五防系统主机、五防模拟操作屏、打印机等组成,主要负责与变电站监控系统进行信息交互,获取设备位置状态,管理、查询、储存操作票,设备操作模拟预演、信息打印等。间隔层则主要负责五防系统的组网和设备的管理,包括五防网络控制器、无线路由器、电脑钥匙、分布式锁具控制器、智能地线管理器、钥匙管理机等设备。而过程层则包括各种五防锁具,如遥控闭锁控制器、地线检测闭锁机构、电编码锁、机械编码锁、高压带电显示闭锁装置等设备。2.2防模拟操作屏的使用在武钢本次对系列变电站实施的技术改造工程中采用的微机五防系统,运用了模块化分层分布式的控制技术,采用工业级主机,双机热备冗余,无扰动切换;电源系统采用了二次稳压、分布式电源技术;功能模块互连采用工业现场总线。该系统将以往变电站中五防系统的控制屏、模拟屏和信号返回屏实行了三屏合一,并同时应用了计算机技术、红外传输技术、电脑语音合成、RFID识别、GPRS、蓝牙等技术,实现智能操作票及工作票两票系统,检修票模拟预演,多屏联网,操作票追忆及浏览,设备状态共享及统计,闭锁监控操作等功能,技术水平在国内处于领先地位。在五防系统的工控主机中,预先存储着五防模拟操作屏上所有一次设备的操作规则,当运行人员在模拟屏上模拟预演操作票时,工控主机会对每一项操作票逐一进行判断,若符合“五防”原则,则通过;若违反“五防”原则,则对该项操作做出告错报警,以提示用户重新检查操作项的内容。模拟预演结束后,模拟屏会提示用户将电脑钥匙插入钥匙传输口进行接票。用户接完操作票之后,由运行人员持该电脑钥匙到现场进行操作或通过五防专用网络进行远程解锁。使用电脑钥匙操作时,电脑钥匙按照预演正确的顺序显示当前操作项,运行人员依照电脑钥匙提示的设备号将电脑钥匙插入相应的编码锁内,若正确,则开启其闭锁机构,运行人员可就地进行断路器操作、电动隔离开关操作或打开机械编码锁进行倒闸操作。操作该项内容后,电脑钥匙将自动显示下一项操作内容。若不正确,将不能开锁,并发出语音报警,以提醒操作人员。操作完成后,电脑钥匙会将此次操作任务的设备状态信息回传到工控主机。根据工控主机回传的操作项,五防模拟操作屏将对应的设备进行变位刷新,从而使设备的状态与现场的设备状态保持一致,实现与现场设备自动对位的功能。在设备采用遥控闭锁继电器闭锁时,可采用远程解锁功能。当五防预演通过,开出正确的操作票后,即可以启动远程解锁功能,运行人员可在变电站监控系统的主机上按操作票进行遥控操作。当操作正确,则可依次往下操作;若操作错误,将不能开锁,并由五防模拟操作屏发出语音报警,提醒操作人员。2.3无线网络及无线系统五防系统支持有线和无线两种通讯网络。系统的后台主机采用现场总线通过微机五防网络控制器与分布式锁具控制器、智能地线管理器、钥匙管理机等智能设备实现通讯,采集这些智能设备闭锁的刀闸、地线、网门等设备的状态,并实现远程解/闭锁控制。电脑钥匙可通过无线网络与五防系统的后台主机通讯,保证了系统状态的实时刷新、操作过程的全程实时跟踪。该系统支持以下3种工作模式:①有线实时模式;②无线实时模式;③综合实时模式。常规状态下,由有线网络或无线网络构建实时数据传输通道,保证系统状态的实时刷新、操作过程的全实时跟踪等功能;有线与无线两种网络通道互为冗余,这样可以使系统更加安全可靠,系统既能支持在线操作,也能支持离线操作,为操作人员提供更加灵活方便的操作手段。本站的无线网络采用独特的微功耗环保网络,发射功率小于1MW,远远低于“无线电管理委员会”规定的超过100MW要申报的规定,不会对变电站其他设备的正常运行和工作人员的健康产生不良影响。与目前许多其他变电站采用的蓝牙无线网络相比,本站的无线网络通讯距离可达70m以上,而一般蓝牙的通讯距离仅为10m;本站的无线网络通讯速率可达250kb/s,设备接入网络时间小于30ms,而一般蓝牙网络的通讯速率仅为4～20kb/s,设备接入网络时间一般在3s以上。2.4控制电路的操作本站对每个需要遥控的电动设备都设置了一个遥控闭锁继电器,通过将遥控闭锁继电器的常开接点串接在遥控、就地操作的控制回路中,来实现对电动设备操作的强制闭锁,如图2所示。由分布式锁具控制器对遥控闭锁继电器进行控制管理,分布式锁具控制器有4个通道,每个通道可管理多达32个遥控闭锁继电器。在遥控操作时,操作人员首先应在五防系统模拟操作屏上进行模拟预演,当五防预演通过,开出正确的操作票后,再启动远程解锁功能。五防系统的后台主机通过网络向相应的遥控闭锁继电器发送解锁命令,控制闭锁接点预先吸合,相当于遥控投退远方操作压板。操作人员可在变电站监控系统主机上按操作票进行遥控操作,当操作正确且完成后,五防系统的后台主机则通过监控系统主机或遥控闭锁继电器将现场开关状态采回,设备状态位置正确后才允许进行下一步操作,从而达到有效防止走空程的目的。遥控闭锁继电器除了可以进行远程解锁外,也还可通过智能电脑钥匙在现场进行手动解锁。分布式锁具控制器采用屏蔽双绞线作为系统的总线向遥控闭锁继电器供电,只有接受到解锁命令时才将电源加到系统总线上。平常,系统总线均与大地短接,这样即使是在遭受雷击的情况下也不会损坏闭锁元件或使开关误动。这种冷闭锁技术的采用,大大提高了系统的可靠性。2.5规范管理,保障安全生产地线管理器是用来管理变电站内所使用的临时接地线的智能电子设备。该地线管理器可以与五防系统主机联网使用,也可以独立运行使用。使用地线管理器,不但可以解决目前微机五防系统对临时接地线无法识别管理的问题,还能查询地线是否在地线室的指定位置,做到按章使用,规范管理,有记录,可查询,防止随意的混乱使用,为电力安全生产提供有力的保障。系统由地线管理主机与检测闭锁机构组成,主机负责管理控制检测闭锁机构,并向五防系统主机提供地线的当前状态以及执行五防系统主机解、闭锁命令。检测闭锁机构主要负责检测识别地线与闭锁解锁地线。检测闭锁机构的个数可根据地线的数量进行配置,一个主机最多可以管理64个检测闭锁机构。临时接地线闭锁由临时接地线、地线桩和机械编码锁构成,如图3所示。现场安装时,首先在应挂地线的地方焊上地线桩,不挂地线时,则将机械编码锁锁在地线桩上,此时不能挂临时接地线。当需挂地线时,五防系统的后台主机会发岀解锁命令,此时可使用电脑钥匙将机械编码锁解锁,再通过地线管理器解锁临时地线,将临时地线从地线室取出后装入地线桩,再锁上机械编码锁即可。2.6高压充放电显示开关高压带电显示闭锁装置是一种用于防止误入带电间隔、误碰带电设备、带电挂地线等人为误操作事故的防误装置。在武钢本次对系列变电站实施的技术改造工程中,采用了一系列可应用于开关柜、环网柜、GIS组合电器、电缆头、高压母线、户外敞开式设备等各种场所的高压带电显示闭锁装置。这些高压带电显示闭锁装置具有验电提示、防误钥匙解锁、电气闭锁接点、无线通讯接口等功能;在工作模式上有感应式和接触式两大类,工作电源有交流、直流和不需要电源等多种方式;结构上提供了内嵌式和表面安装两种方式。高压带电显示闭锁装置实现强制性闭锁的方法有以下几种:(1)将高压带电显示装置输出的有电/无电验电接点(YJD)“串联”在电动隔离刀闸的控制回路中,构成电气闭锁。(2)将高压带电显示装置输出的有电/无电验电接点(YJD)接入微机防误闭锁装置的验电器中,构成逻辑闭锁。操作流程是:用电脑钥匙先验电,无电后才能对接地刀闸或接地线进行解锁操作。(3)将高压带电显示装置输出的有电/无电验电接点(YJD)直接“串联”在新型电控锁的电源控制回路中,利用电控锁对手动隔离刀闸或接地线实施强制性闭锁。2.7密钥管理机和五防系统密钥2.7.1智能控制单装解锁控制的应用当微机防误闭锁装置出现故障或需要紧急解锁时,可使用解锁钥匙进行操作。但对于解锁钥匙的管理,一直没有很好的办法。解锁钥匙的保管有采取用信封封存,使用时拆封登记的办法;也有将解锁钥匙锁在抽屉保管的办法。但是也有随意使用解锁钥匙的现象。这些原始的管理办法,既不能保证解锁钥匙的正确使用,又增加了值班人员的工作量,也无法科学地统计是设备故障还是微机五防系统装置故障造成的解锁操作问题;不便于对设备的管理,更为严重的是,解锁钥匙的随意使用会使一些值班人员养成一种习惯性的违章,为造成恶性误操作埋下隐患。根据《2003～2005年以来国家电网公司防止电气误操作工作总结及调研报告》的统计,因组织措施原因造成的误操作事故共发生了120次,其中因擅自解锁造成的误操作事故达29次,占组织措施的24.2%,排在第1位,如图4所示。在武钢本次对系列变电站实施的技术改造工程中采用的智能钥匙管理机,是一套集智能解锁和紧急解锁钥匙管理为一体的新一代钥匙管理机,具有完善的解锁钥匙的管理功能和紧急解锁票的开票、申请、批准、传票、记录、查询和统计等功能。钥匙管理机支持如下3种紧急解锁方式(见图5):(1)ic卡解锁法操作人员输入解锁原因后,由当地负责人用高级别IC卡以刷卡的方式批准解锁。(2)网络解锁操作人员和批准人先后通过网络登陆操作密码,输入解锁原因,批准解锁后,舱门可以打开。(3)短信回复批准解锁操作人员输入解锁原因后,智能钥匙管理机自动将短信发送至批准人的手机上,批准人通过短信回复批准解锁。智能钥匙管理机收到批准解锁信息回复后,会自动向智能解锁钥匙传送解锁票或打开紧急解锁钥匙舱门。2.7.2智能解锁嘴唇五防系统钥匙分为两级,第1级为智能解锁钥匙,优先使用;第2级为紧急解锁钥匙,限制使用。智能解锁钥匙只能对授权的设备进行解锁,紧急解锁钥匙可以对任意设备进行解锁。智能解锁钥匙具有以下主要功能:(1)可接收授权解锁指令;(2)具有识别锁码功能;(3)具有按