【正文】 EY WORDS: substation prehensive automatic system, supervision, fiveprevention, integrated, intelligent Locking System 華北電力大學(xué)工程 碩士論文 2 目 錄 中文摘要 英文摘要 第一章 緒論 9 變電站監(jiān)控系統(tǒng)的基本概念與基本功能 11 集中式微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)概念與結(jié)構(gòu) 17 一體化在線五防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 的整體思路與操作流程 17 一體化在線五防系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 19 一體化系統(tǒng)監(jiān)控后臺(tái)功能的實(shí)現(xiàn) 29 本章小結(jié) 38 問題與展望 44 華北電力大學(xué)工程 碩士論文 1 第一章 緒論 研究背景和意義 電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保證，電力部門歷來十分重視電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，然而我國每年都會(huì)發(fā)生很多因操作人員誤操作產(chǎn)生的重大事故，造成巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失。在這 77次誤操作事故中，運(yùn)行責(zé)任 48次，占 %，是主要責(zé)任，此外檢修責(zé)任 11次，占 %，繼保責(zé)任 11次，占 %，其它依次為調(diào)度 4次，試驗(yàn) 2次，安裝施工 1次 [1]。此類事故在早期的統(tǒng)計(jì)中并不突出，但在 從 05年至今 均排在惡性誤操作事故的第 2位，此類事故往往是由于在操作過程中未進(jìn) 行驗(yàn)電造成。 這些惡性誤操作事故的發(fā)生，給我們各發(fā)、變、供電單位敲響了警鐘，使我們認(rèn)識(shí)到防誤操作工作的重要性、緊迫性。其中微機(jī)閉鎖裝置套數(shù)最多，所占比例最大 [1]。 站內(nèi)的斷路器和隔離開關(guān)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)直接遙控操作，即“四遙”功能， 逐步，由基本的監(jiān)視控制功能向功能綜合的體系發(fā)展。 ② CRT屏幕操作閉鎖功能，只有輸入正確的操作命令和監(jiān)控命令，才有權(quán)進(jìn)行操作控制。 研究 現(xiàn)狀 依據(jù)誤操作產(chǎn)生的原因， 導(dǎo)致 誤操作 的原因主要有三部分 ，分別是運(yùn)行值班員、檢修人員及其他人員的誤操作。機(jī)械閉鎖是利用刀閘、開關(guān)等設(shè)備操作機(jī)械傳動(dòng)部分通過互相限位、相互制約來實(shí)現(xiàn)相互聯(lián)鎖的閉鎖方式。 電氣閉鎖。 微機(jī)防誤閉鎖裝置。其特點(diǎn)是防誤閉鎖邏輯功能由微機(jī)五防系統(tǒng)獨(dú)立完成，理論上能實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的程序閉鎖功能，其安裝、 維護(hù)比較方便 [3]。當(dāng)運(yùn)行操作人員走錯(cuò)間隔操作時(shí)，電腦鑰匙發(fā)出報(bào)警，并強(qiáng)制閉鎖，顯示器上提示告警信息，并提示操作人員應(yīng)如何進(jìn)行下一步操作 ， 閉鎖機(jī)構(gòu)如圖 12所示。 一體化的微機(jī)五防系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)理念，把變電站實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障信息系統(tǒng)子站、工程師站、五防一體化以及變電站日常管理融為一體，并且把這幾個(gè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)為邏輯上相互獨(dú)立，可以共用數(shù)據(jù)庫和圖形界面，這樣既滿足了信息共享的要求，又可以按照不同需求單獨(dú)配 置，滿足功能靈活性要求。 一體化微機(jī)五防 可以直接在圖形上開票，開票過程中具有防誤邏輯校驗(yàn)功能，所以這種開票過程中本身包含了模擬預(yù)演功能。（ 3）五防規(guī)則是獨(dú)立編制的，防誤功能具備獨(dú)立性。（ 6）維護(hù)更改方便，不存在監(jiān)控與防誤廠家的管理配合問題，節(jié)省了工程制作特別是工程擴(kuò)建的施工周期。 （ 2）“走空程”（ 操作過程漏項(xiàng)） 是這一系統(tǒng)面臨的最大安全問題，為了防止“走空程” ， 需要設(shè)計(jì)式樣繁多的固定鎖（如位置檢測鎖）及其安裝附件。 由于站控層的五防邏輯和間隔層的邏輯都是獨(dú)立運(yùn)行 ,從邏輯上沒有統(tǒng)一到操作票順序中。說明了一體化在線五防系統(tǒng)的優(yōu)勢。 五種防范的惡性事故為：（ 1）防止帶負(fù)荷拉、合刀閘；（ 2）防止誤分、誤合斷路器、負(fù)荷開關(guān)、接觸器；（ 3）防止接地刀閘處于閉合位置時(shí)關(guān)合斷路器、負(fù)荷開關(guān)；（ 4）防止在帶電時(shí)誤合接地開關(guān)；（ 5）防止誤入帶電間隔 [5]。通常主要由主機(jī)、電腦鑰匙、機(jī)械編碼鎖、電氣編碼鎖、模擬屏等功能元件組成。 華北電力大學(xué)工程 碩士論文 8 微機(jī)防誤的操作流程 五防主機(jī)上電后，先要接收廠站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)送過來的實(shí)遙信，然后讀取電腦鑰匙采集的虛遙信，與主機(jī)的屏幕顯示圖形對(duì)位。其中預(yù)演操作保證生成正確的操作票，實(shí)際操作保證按操作票的內(nèi)容順序執(zhí)行。整個(gè)操作預(yù)演過程基于引入的五防操作規(guī)則和全站所有設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，系統(tǒng)能有效地防止操作票中各種誤操作項(xiàng)的出現(xiàn)，保證了操作票的正確性。提示性操作：不需要運(yùn)用電腦鑰匙進(jìn)行解鎖操作的一些二次項(xiàng)操作 (如拉／合保險(xiǎn)、確認(rèn)刀閘在合／分位置、確 認(rèn)已操作等 )。這樣就將操作票與硬件操作一一對(duì)應(yīng)起來，杜絕了誤操作事故的發(fā)生，保證操作的正確性。在遙控操作之后還需電腦鑰匙進(jìn)行現(xiàn)場開鎖操作時(shí)，防誤主機(jī)將當(dāng)前操作步驟傳給電腦華北電力大學(xué)工程 碩士論文 9 鑰匙，提示下一步操作內(nèi)容，如此反復(fù)進(jìn)行下一步操作，直到整個(gè)操作結(jié)束。線路側(cè)驗(yàn)電采用加裝驗(yàn)電器方式閉鎖。其實(shí)現(xiàn)過程是：正常運(yùn)行環(huán)境下，站內(nèi)所有遙控設(shè)備是處于五防閉鎖狀態(tài)的。 電編碼鎖用于現(xiàn)場就地操作的斷路器、電動(dòng)隔離開關(guān)、電動(dòng)接地刀閘的閉鎖。先將電腦鑰匙插入電編碼鎖中，如操作設(shè)備的編號(hào)和電腦鑰匙顯示的編號(hào)一致，電腦鑰匙內(nèi)部接通操作回 路，閉鎖解除允許操作，合、分操作后，電腦鑰匙檢測到操作電流流過，即認(rèn)為操作結(jié)束，可以進(jìn)行下一項(xiàng)操作。 在機(jī)構(gòu)箱中，有兩種操作方法：一是電動(dòng)操作按鈕，二是手搖 操作，這兩種操作方法都可以操作刀閘。 ：電動(dòng)刀閘如果是遙控操作采用軟件閉鎖，其閉鎖原 理和斷路器一樣。 華北電力大學(xué)工程 碩士論文 11 主要功能可分為以下幾類 : 數(shù)據(jù)采集有兩種方式。 （ 1）與繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置通信接口功能 （ 2）與變電站直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置的通信接口 （ 3）變電站直流蓄電池巡檢裝置的通信接口 （ 4）與小電流接地選線及消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧裝置的通信接口 （ 5）與微機(jī)“五防”的通信接口 變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)理論 變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，其體系結(jié)構(gòu)在不斷發(fā)生變化。即各系統(tǒng)功能都以整個(gè)變電站為一個(gè)對(duì)象相對(duì)集中設(shè)計(jì) ,而不是以變電站內(nèi)部的某元件或間隔為對(duì)象獨(dú)立配置的方式。通常，變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩個(gè)基本部分組成。站控層為全站設(shè)備監(jiān)視、測量、控制和管理中心，站控層和間隔層可通過光纜或雙絞線連接，也可以通過前置設(shè)備連接。能提供站內(nèi)運(yùn)行人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備的管理控制等功能，并可以通過遠(yuǎn)動(dòng)工作站與調(diào)度中心通信。 （一 ）數(shù)據(jù)采集通信子系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集通信子系統(tǒng)按其發(fā)展及應(yīng)用模式可分為總控、前置機(jī)和以太網(wǎng)三種模式 ,完成站內(nèi)數(shù)據(jù)采集和通信功能。前置機(jī)和公用信息工作站通過以太網(wǎng)與主機(jī)、人機(jī)工作站、遠(yuǎn)動(dòng)工作站等站控層設(shè)備連接 ,實(shí)現(xiàn)站控層內(nèi)部通信功能。 （二 ）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 變電站監(jiān)控系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括站控層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和間隔層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 ,通常由網(wǎng)絡(luò)集線器、交換機(jī)、光 /電轉(zhuǎn)換器接口設(shè)備和傳輸介質(zhì)等組成。若用于戶外長距離通信 ,則應(yīng)采用鎧裝光纜。間隔層設(shè)備直接采集和處理現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù) ,通過網(wǎng)絡(luò)傳送給站級(jí)計(jì)算機(jī) ,同時(shí)接收站控層發(fā)出的控制操作命令 ,經(jīng)過有效性判斷、閉鎖檢測和同步檢測后 ,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操作控制。圖 24所示是遙信 信息采集的輸入電路。采用啟動(dòng)繼電器和控制繼電器相分離的模式 。在設(shè)備的閉鎖方式上包括機(jī)械閉鎖和電氣閉鎖，具體應(yīng)用何種閉鎖方式要根據(jù)具體的設(shè)備和現(xiàn)場的實(shí)際需要進(jìn)行選定。通過在測控裝置增加后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)五防邏輯可控制的單獨(dú)五防閉鎖節(jié)點(diǎn)，串入設(shè)備的控制回路。在每一步操作之前，后臺(tái)系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前操作步驟進(jìn)行五防邏輯判斷，判斷滿足后，將相應(yīng)測控的五防閉鎖節(jié)點(diǎn)閉合。實(shí)現(xiàn) 在線程控防誤閉鎖功能，關(guān)鍵技術(shù)是在后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)、測控裝置、回路接線幾個(gè)地方進(jìn)行改進(jìn)。 對(duì)于需要手動(dòng)操作的設(shè)備，如接地刀閘和網(wǎng)門，需要加裝電子鎖。電控鎖和臨時(shí)接地樁的狀態(tài)可以由采集單元完成信息采集，在監(jiān)控系統(tǒng)主接線圖中實(shí)時(shí)顯示。形 成 操 作 序 列模 擬 預(yù) 演 （ 驗(yàn) 五 防 ）開 具 操 作 票否是是否根 據(jù) 操 作 序 列 確 定 當(dāng) 前操 作 圖 31 整體邏輯流程圖 華北電力大學(xué)工程 碩士論文 19 一體化在線五防系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 在監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線式五防，整體的系統(tǒng)圖如圖 32。 ②網(wǎng)絡(luò)通信：完成站控 層（監(jiān)控五防主機(jī)）和間隔層設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信連接、站控層與 間隔層、間隔層與間隔層的數(shù)據(jù)交換。 軟件部分 對(duì)于站控層監(jiān)控一體化系統(tǒng)從軟件上看，在監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一套五防操作票程序，裝在同一臺(tái)微機(jī)上，該微機(jī)既作為監(jiān)控系統(tǒng)的后臺(tái)機(jī)，又是五防系統(tǒng)的主機(jī)（稱為監(jiān)控五防機(jī)）。該文件反映變電站內(nèi)各設(shè)備的名稱、類型 (斷路器、隔離開關(guān)、地刀、地線、網(wǎng)門等 )、屬性 (直交流電氣鎖、防空鎖、固定鎖、掛鎖 )等。 ② 圖形模塊 二次操作術(shù)語庫運(yùn)行己安裝好的運(yùn)行程序，進(jìn)入操作票系統(tǒng)，即可進(jìn)行一次主接線圖 (五防圖 )、二次壓板圖的繪制，以及操作票的編寫和二次操作術(shù)語的編輯。五防子系統(tǒng) 作為監(jiān)控系統(tǒng)的子系統(tǒng)，嵌入到監(jiān)控系統(tǒng)中運(yùn)行， 是一體化五防的核心基礎(chǔ)，操作時(shí)的五防邏輯判斷使用的是五防閉鎖邏輯，模擬預(yù)演時(shí)對(duì)開票操作的五防判斷也是調(diào)用五防閉鎖邏輯。如果不能通過邏輯的檢查，即閉鎖開出命令。圖形轉(zhuǎn)發(fā)的消息包括： 1．遙信變位后調(diào)用五防函數(shù)進(jìn)行界面操作步驟的刷新。 針對(duì)上述不足本文在傳統(tǒng)的模式的基礎(chǔ)上引入了五防監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，當(dāng)按照操作票順序形成邏輯順序后，五防模塊能夠控制監(jiān)控所有五防節(jié)點(diǎn)的閉合 和斷開，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的邏輯判別能力。 （ 2）改變節(jié)點(diǎn)刷新方式，由原來的通信刷新變?yōu)楠?dú)立線程的刷新，完全通過遙信變位后圖形模塊調(diào)用五 防的刷新函數(shù)實(shí)現(xiàn)，彌補(bǔ)了五防節(jié)點(diǎn)在非后臺(tái)遙控情況下變位，后臺(tái)不能和實(shí)際五防節(jié)點(diǎn)狀態(tài)保持一致。用線程實(shí)現(xiàn)五防節(jié)點(diǎn)狀態(tài)刷新和自動(dòng)操作每個(gè)循環(huán)的過程見流程圖 35 所示。測 控裝置 本身引入“測控五防”節(jié)點(diǎn)，受測控五防邏輯模塊控制，測控五防邏輯和監(jiān)控五防模塊的邏輯是同一邏輯，測控的 閉鎖 邏輯可以通過監(jiān)控五防的邏輯模塊生成 ，在 導(dǎo)出編輯后 再 導(dǎo)入測控裝置。監(jiān)控五防閉鎖節(jié)點(diǎn) (JKWF)要求能夠持續(xù)保持，并有超時(shí)斷開的能力，每個(gè)一次電動(dòng)操作設(shè)備的遙控開出都需要對(duì)應(yīng)監(jiān)控五防閉鎖節(jié)點(diǎn) (JKWF)，測控裝置的接線示意圖如圖 36。手動(dòng)設(shè)備通過電控鎖參與防誤閉鎖系統(tǒng)，監(jiān)控五防閉鎖節(jié)點(diǎn) (JKWF)需要串入電控鎖控制回路。操作邏輯閉鎖功能模塊不依賴于遙控命令，獨(dú)立、實(shí)時(shí)的運(yùn)行，操作閉鎖邏輯的運(yùn)算結(jié)果直接作用于閉鎖繼電器觸 點(diǎn) 的實(shí)際狀態(tài)。測控裝置下傳的防誤邏輯，其閉鎖條件不僅僅是本間隔本裝置相關(guān)的，應(yīng)該是全站范圍的， 其它間隔的設(shè)備狀態(tài)也能閉鎖本裝置的操作 。另一種是與遙控開出模塊配合，遙控開出模塊的一付接點(diǎn)串接在操作控制正電源中，作為操作電源閉鎖接點(diǎn)，當(dāng)五防邏輯表達(dá)式判別處理完成后先閉合閉鎖接點(diǎn)，開放操作控制電源再遙控出口。 華北電力大學(xué)工程 碩士論文 27 （ 1）遙控合閘的邏輯關(guān)系 在圖 38 中 5 分支“遙合 I 母刀閘五防邏輯”支路中，設(shè)定： II 母刀閘分位 56J節(jié)點(diǎn)、線路側(cè)刀閘分位 58J 節(jié)點(diǎn)、母線地刀分位 60J 節(jié)點(diǎn)、線路側(cè)地刀 61J 節(jié)點(diǎn)、開關(guān)位置 49J 節(jié)點(diǎn)閉合為“ 1”，分開為“ 0”。可以形成如下邏輯關(guān)系式 6 5 6 5 8 4 9()f x J J J? ? ? 當(dāng) f6(x)=0 時(shí)，不滿足邏輯關(guān)系， 6 分支“遙分 I 母刀閘五防邏輯”支路中“五防邏輯繼電器（合） 5M ”不能啟動(dòng)，圖中“遙分 I 母刀閘” 3 分支不能導(dǎo)通，該操作不能完成。 華北電力大學(xué)工程 碩士論文 28 刀 閘 遠(yuǎn) 方控 制 把 手刀 閘 遠(yuǎn) 方控 制 把 手遙 合 命令 5 有五 防 邏 輯 繼電 器 ( 合 )啟 動(dòng) 脈 沖繼 電 器 2五 防 解 鎖M 1R C 56 4脈 沖 繼 電器 2 有合 刀 閘