网络型防误管理调研报告

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电气误操作是变电运行人员在倒闸操作活动中的大忌。为了有效防止误操作事故的发生，多年来，电力企业在加强运行人员安全意识教育、安全技能培训和不断完善有关规章制度的同时，还积极努力地通过采用各种防误操作技术措施，完善硬件设施来控制和规范操作人员的操作行为。

《电力安全工作规程》规定：高压电气设备都应安装完善的防误操作闭锁装置。其目的就是从技术措施上实现电力系统俗称的“五防功能”，即：防止误拉、合开关，防止带负荷拉、合刀闸，防止带电合(挂)接地刀闸(接地线)，防止误入带电间隔，防止带接地线(接地刀闸)合闸等。但目前防误装置的类型和使用效果又是怎样的呢?随着技术的发展，管理模式的变化，原有的五防技术是否能跟上发展的步伐?传统的五防理念是否要有所改变?是否有更好的防误系统来实现五防管理现代化呢?下面我就这些问题作简要论述。

一、防误装置应用的现状分析

目前在电力系统中使用的电气设备防误装置类型主要有：微机防误系统、电气闭锁、电磁闭锁、机械程序锁、程序挂锁、普通挂锁、机械联锁等，其闭锁方式和优缺点如下：

1、普通挂锁。普通挂锁是最原始的防误措施，它是利用民用的普通挂锁对刀闸等电气设备的操作把手进行加挂来实现闭锁的，其结构简单、明了。但由于闭锁方式简单，且存在钥匙繁多、管理麻烦、容易拿错、无法实现设备间联锁等原因，防误功能和可靠性等方面不能满足现有运行要求，系统中除一些特殊设备外，目前已绝少使用。

2、程序挂锁。程序挂锁也是初期产品，它是利用带有程序编码性质的双开挂锁来实现单个间隔内的简单程序闭锁，由于其与普通挂锁相同的缺点，目前系统内也已鲜见。

3、机械程序锁。它是利用带有程序编码性质的机械锁具对开关、刀闸等电气设备的操作把手实行机械定位控制来实现闭锁的，它能实现多个间隔之间的程序闭锁，在设备不多、一次接线简单的小型变电所内使用时其防误功能尚可，当用于结线较复杂的变电所，如双母线带旁路结线时，由于开锁程序复杂、开锁钥匙繁多、开锁时间长、开锁原理人员不易掌握、使用过于麻烦等原因，加上锁具制作及安装工艺精度要求高造成日常维护量大和解锁量大，目前也逐步被其它类型的防误装置所取代。

4、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。

5、电磁闭锁。电磁闭锁是利用电磁锁的锁栓对刀闸、网门等电气设备的操作把手实行机械定位控制来实现相互闭锁的，其原理是利用断路器、刀闸、开关柜门等辅助接点、微动开关，接通或断开需闭锁设备的电磁锁电源，使其操作机构无法操作或门无法打开，从而实现设备间的联锁。其特点是原理简单，实施和操作简便，适用于电气结线较简单变电所内部分设备和配电装置的防误。但由于辅助接点过多、电缆使用量大、调试较为困难，加上运行环境恶劣、辅助接点不可靠、故障机率较高等，常常导致闭锁失灵，并且防误功能不够完善。

6、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。

7、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。缺点是这种模式只能离线控制设备及采集设备状态，当操作过程中设备发生异常变位后，电脑钥匙不能及时得到设备的变位信息，因而不能完全实现开关、刀闸等设备操作时的实时防误功能，仍然存在发生误操作的隐患，加上防误系统的操作比较繁琐，电脑钥匙易受环境电磁场的干扰、产品的质量等因素的影响造成程序丢失，使得实际应用中还不尽人意。在变电所实行无人值班后，无法实现远方遥控操作，阻碍了变电所无人值班管理工作的推进。

综上所述，一体化的设备，如刀闸主刀与其两侧地刀、开关柜的开关与刀闸间等比较适用机械闭锁；非一体化的单元间隔利用电磁锁或电气闭锁也不很困难，但要对一个变电所，特别是接线比较复杂的变电所做一套完善的五防方案，上述几种方式就显得捉襟见肘了。

离线式微机防误装置虽然解决了适应各类结线及各设备之间的联锁问题，但随着无人值班变电所的实施、设备装备水平的发展、电动操作设备的增多以及监控中心、操作班的建立，一些新的倒闸操作管理模式又在挑战着传统或现有的防误装置的防误功能和五防理念：

1、离线式微机防误闭锁装置采用电脑钥匙到现场开锁操作的方式无法满足监控系统后台遥控操作电动设备时的需求。

2、传统的解锁管理，是有权批准解锁的人员通过电话了解现场操作步骤和解锁原因来判断是否能够同意解锁操作，但对现场人员解锁操作的正确与否无法监控，为了实现对解锁操作的监控，特别是在实行单人和检修参与操作时，生产实际中就迫切需要防误系统对变电所解锁操作具有远程解锁监控的功能。

3、系统操作时需要解决联络线路两侧防误联锁的问题；变电所操作量大时需要解决多任务并行操作的问题等。

由于上述问题的凸现，防误装置的功能迫切需要打破传统单一变电所五防闭锁管理方式，从无人值班变电所及监控中心的整体考虑，建立一个信息化联网、功能更强大、手段更全面的五防闭锁集控化综合管理模式。而目前普遍使用的离线式微机防误闭锁装置不仅无法实现，而且在使用过程中暴露其不可克服的弱点，如操作繁琐、限制并行操作、锁具复杂、维护困难、操作过程无法监控，更无法实现不同变电所间的联络线的联锁以及使用防误钥匙增加操作麻烦等。因此，如何利用现代网络技术，实现防误装置在理念和技术上的新突破就显得非常迫切。而实时在线的，根据开关、刀闸等设备的实时状态信息，用微机防误系统实现“五防”功能的在线式微机防误装置必将以其实时性强、适用性强、灵活方便、便于全方位考虑、并且满足无人值班变电所远方遥控操作的防误功能等特点，在目前防误系统领域独领风骚。AAN-2000网络型防误集控系统就是在这样的大背景下应运而生。

二、AAN-2000系统的简要介绍

AAN-2000智能型电气防误操作网络是以微型计算机和工业级单片机为基础，以变电所一次系统图和所有电气设备的防误操作规则库软件为核心，由变电所防误系统和监控中心防误工作站两部分构成。对现场设备的实时位置控制与采位由分布式控制器通过CAN总线完成，分布式控制器对锁具的控制采用星形接线方式，总控机对分布式控制器下发或接收数据信息，再通过网络与监控中心进行信息交换，完成各项防误功能。整个系统的结构清晰、组网方便，为以后系统的扩展与维护带来极大的方便。

1、系统结构和主要原理

变电所端防误系统包括开关继电器、电控锁、分布式控制器、ZKJ总控机、调度或监控侧防误管理主机和现场管理机等(见图一)，电控锁接受分布式控制器的指令，采集并监控现场设备的实时位置和状态，分布式控制器与锁具采用星形接线方式连接，防误管理主机通过CAN总线，对分布式控制器发送或接收数据信息，实施厂站现场防误操作管理。

监控中心五防工作站包括五防工作站、通信服务器、网络交换机等(见图二)，通过局域网与变电所防误系统进行信息交换，从而构成了变电所网络型电气防误操作一个完整、有效、实用的解决方案。每个变电所的防误管理主机通过与调度自动化系统完全独立的通道与防误集控站系统通信，防误集控站通过提供终端服务器接入多个变电所防误系统，通信服务器通过终端服务器与变电所防误系统进行数据采集、命令控制、角色权限管理、数据库管理、远程设置和调试等功能。

2、系统主要特点

AAN-2000电气防误操作系统以其网络化的优势，提供了一个网络化防误管理的平台，大大提高了变电所防误操作功能，有效地解决了对变电所五防装置实时监控的问题，其主要特点可概括如下：

(1)具有实时监控功能。取消了电脑钥匙，自动完成操作过程中控制、传输的人机交互对话，对被控锁具能实施远程实时监控，能实时掌握防误管理系统的运行情况和运行人员的操作情况。

(2)由于采集了设备的实时状态信息，解决了多任务并行操作时各组操作之间设备实时闭锁的难题。

(3)由于防误网络的形成，实现了远程解锁、远程闭锁功能以及站端之间的联锁问题，提高了防误管理的安全性。

(4)由于减少了操作过程中电脑钥匙的使用操作，大大节省了操作时间，提高了操作效率。

(5)匹配性能强，能与其它防误设施灵活组合，能与各类电气设备配套，在防误规则和运行管理上能根据用户要求进行定制。

(6)能与其它监控系统实行有机的防误操作组合，既可将监控系统与本微机防误系统接口实现后台或远方遥控操作的闭锁功能，也可将防误系统单独组网，在监控系统下发操作指令的同时也通过防误系统下发操作指令，其遥控操作的指令符合防误系统开放的闭锁规则及条件时方可执行操作。

(7)产品实用性强。智能化的电控锁具有设备位置采集功能，较好地解决了某些设备无辅助开关或辅助开关接触不可靠带来的联锁问题。

(8)系统或装置出现各种问题能实时自动报警。

3、该系统应用情况

据统计，2003年以来，该系统已在省内115座35-500千伏变电所中应用，共装有3560台分布式控制器和2.15万具智能控制锁，运行情况良好。同时，基本实现了远程实时监控、远程开闭锁、联络线远程联锁、多任务同时操作等很实用的功能，实现了五防管理上的现代化。

4、取得的成效

一是进一步完善了变电所的防误功能，使其在技术上具备了全部五防的能力，实现了从局部联锁防误到整体联锁防误、系统联锁防误的转变。第二，较好地解决了目前变电所通用防误装置设计复杂、可靠性不高、维护困难等问题，有较强的适应性和可靠性。三是解决了对被控设备的控制及状态采集具有实时性的难题。四是在满足单任务内纵向闭锁的同时，通过智能化的网络防误管理，还解决了不同任务不同回路之间的横向闭锁功能。五是其强大的网络化、程序化、远程化功能实现了五防闭锁的“三遥”，为无人值班后五防的“集控化”以及今后实现完全由远方进行的遥控式倒闸操作提供了技术保障。

三、展望

无人值班变电所实施后，设备选型趋于高档、少维，变电所设计趋于简单化、典型化，操作模式也逐步发生变化。设备的自动化程度、集成度高，自身的防误能力强，加上在“强网”理念指导下的变电所设计大量采用桥接线和单母线分段，使得原来那种双母分段带旁路的接线方式越来越少，间隔层的电磁、电气闭锁的实现也非常方便，因此，江苏省35kV~220kV变电所设计技术导则将变电所电气设备防误闭锁设置原则定为“站级控制层应具备变电所各电气单元间的相互闭锁功能；间隔级控制层应具备本电气单元间的电气闭锁功能”。而AAN-2000微机防误系统在实现变电所各电气单元间的相互闭锁功能以及变电所与变电所之间的联锁功能将发挥更为出色的作用。

防误系统本身的发展还需要依赖于这方面理论研究以及应用研究，以新思想、新技术、新方法提高防误管理系统的现代化：

1、提高管理系统的智能化，其智能化的开发主要在以下几个方面：

(1)防误闭锁规则生成的智能化，根据不同结线、不同类型的设备自动生成相应的闭锁规则表，既可避免人工编写过程中的错误，又大大提高了系统初始化的效率。

(2)系统执行操作开放的智能化，操作人员操作执行操作时，不必过多地先完成防误系统中的有关操作，由系统自动完成对操作过程的防误规则判断，减少操作人员对防误系统的干预操作，甚至做到零干预，使防误系统达到真正意义上的智能化。

(3)加强系统的人性化设计，使之更符合操作人员的遥控及现场操作需求以及运行管理运行维护的需求，使系统更趋于自动化、智能化。

2、充分发挥网络管理功能，提高与各监控系统的接口性能，使之更好地实现网络化防误管理的功能。

3、提升闭锁锁具的功能及性能，其中将进行一项重要的突破，就是即使锁具失灵需进行解锁操作时，使解锁操作必须在满足防误条件时方可进行，使解锁操作仍在系统防误规则的控制之下，避免了解锁操作过程中的误操作。

虽然近年来在变电所防误系统的设计中，也出现“测控一体化”的防误闭锁形式，但该防误闭锁形式也存在一些固有的缺陷，特别在防误闭锁的网络化、集控化方面也还需要一个管理平台来支撑，AAN-2000微机防误系统作为一项研究实践正是较好的满足这一需求，其网络型防误集控系统的设计思想应是今后防误管理现代化的发展方向。■

(本文作者系江苏省电力公司南通供电公司副总经理)