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摘要：电网结构越来越复杂，对系统的安全运行要求也越来越高。传统的五防系统已无法满足变电站安全操作的要求。介绍了基于监控系统设计中的在线式五防系统及其操作流程，并结合东莞110kV变电站中各种接线实例分析了该系统在实际中的应用
关键词：在线式五防系统；变电站；防误闭锁
作者简介：黄书俊（1978-），男，广东梅州人，广东电网公司东莞供电局，工程师；曾志广（1980-），男，广东河源人，广东电网公司东莞供电局，工程师。（广东 东莞 523120）
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）08-0175-03
近些年，广东电网自动化程度有了飞跃性的发展，其运行及管理模式也处于国内领先水平。防误闭锁技术的出现促使整个电网的技术层面有了极大的提高，也提出了许多新的要求。作为主流的微機防误闭锁技术也在不断地改进和创新，变电站在线式五防系统新的设计概念不断出现，其中在线式微机防误闭锁技术是其中一个重要的分支，对整个电网的体系起着主导性作用。就目前的技术手段而言，微机防误闭锁系统主要分为两种类型：即离线式微机防误闭锁系统和在线式微机防误闭锁系统。[1]其中在线式微机防误闭锁系统存在着一些弊端，随着电网电站自动化系统的不断升级，在运行改造中有了较大的改进，旧有的许多手动操作都被遥控操作所取代，防误闭锁技术面临很多新的需求，防误闭锁系统在整个程序的反应中应该更加简单、稳定可靠。防误闭锁系统在工作的同时应该保证实现五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁。防误闭锁系统应当实现对于设备实时在线的防误闭锁。防误闭锁系统在实时防误闭锁的过程中必须保证在以下三个层面不延误：站控层、间隔层和设备层。在防误闭锁系统实际运行中应该对运行管理人员进行专业培训，使其养成正确的操作习惯。防误闭锁系统如何将这些新的情况，纳入到五防闭锁保护的范围之内，是首要解决的问题。
一、在线式五防系统概述
在线式五防系统是新一代防误操作系统，具备实时化信息交互、一体化监测控制、智能化逻辑判断等技术特征，并且在当前的整个智能操作中，是结合微机对数字化变电站进行全过程监控和管理。通过站控层监控后台软件的优化开发，对整个电网进行实时控制；通过合理配置和被控制设备的科学设计，变电站五防系统的网络化、实时化、智能化和一体化得以实现，实时控制和在线监测电气设备的操作过程。
在防误操作方面，在线式五防系统不仅采集使用了开关、刀闸、网门、临时接地线等数字量信号，还使用相关电压、电流模拟量作为逻辑闭锁判据，从而使得操作防误功能更加完善。在线式五防系统使用了新型的专业锁具，替换了微机五防系统使用的电脑钥匙，避免了因设备自动保护、远方操作等原因致使相关设备状态发生变化时，电脑钥匙无法及时获得设备变位信息而不能有效防止误操作事故的发生。另外还解决了电脑钥匙经常需要维修的问题，也减少了运行人员的操作时间，降低了运行人员的劳动强度。东莞供电局110kV咸西变电站在2011年进行技术改造中采用了在线式五防系统。
二、110kV咸西变电站在线式五防方案
1.总体方案（如图1）
图1 测控接线示意图
设备操作方式有：遥控操作、测控屏上就地操作、场地汇控柜操作、场地机构箱操作。其中前三种均为通过电动回路操作，机构箱包括电动操作和机械操作。该站在线式五防不闭锁机构箱中的机械操作中具有独特的优势，单独五防闭锁节点，串入设备的控制回路。对于手动操作设备（如网柜门、临时接地点等），通过在线式锁具实现闭锁，五防闭锁接点控制其电源，测控提供开入接点，采集其位置。各种操作方式闭锁原理及功能如下：
（1）监控后台遥控操作闭锁。在控制电源回路中串入五防闭锁接点，接点的闭合与否，监控后台和测控屏都会给出提示（其中监控后台通过文字提示，测控屏通过指示灯提示）。
（2）测控屏的就地操作闭锁。在控制电源回路中串入五防闭锁接点，就地操作时，每步都必须经过后台的五防逻辑判断和操作票顺序判断，在符合逻辑的情况下，监控后台发令合上当前操作项对应的遥控闭锁接点，还必须经过测控装置的五防逻辑判断，才能进行就地分合操作，因此能够保证就地操作满足五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁。
（3）场地汇控柜操作。在控制电源回路中有五防闭锁接点，在整个操作的过程中的原理主要是由于遥控闭锁接点串入操作回路来实现电路的五防闭锁。在汇控柜的实施中，节点的闭合是后台监控在判断五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁全部满足的前提下才开放的，只有在这种情况下才能在现场操作，只有操作票上当前步骤才能操作，即使走错间隔，由于该间隔五防闭锁接点没有闭合，也不会引发误操作。
（4）场地机构箱操作。刀闸电机电源空开安装在场地机构箱中，传统五防采用在机构箱上加装五防锁的方式，实现对电机电源空开和机构箱中的操作机构的闭锁。在线式五防将电机电源空开改用可遥控式，可通过五防闭锁接点和位置接点实现对电机电源空开的闭锁，通过五防闭锁接点实现对机构箱电动操作机构闭锁，由于机构箱中的机械操作机构，只有在紧急情况或检修时才会使用，因此不对其进行闭锁，这样就不需要对机构箱门再进行闭锁。在控制电源回路中有五防闭锁接点，实现五防闭锁。对应电机电源空开，则通过遥控闭锁接点控制其分合，通过引入测控开入的位置接点，检测其位置，只有当前操作项，后台才会控制其电机电源空开合上。
（5）手动操作（刀闸、地线、网柜门等）。使用电控锁来实现地线、网门、手动刀闸等的闭锁，地线、网门的状态通过电控锁的位置接点接入测控开入形成遥信量送到监控系统，通过在电控锁电源回路中串入遥控闭锁节点，控制电控锁打开、锁上，从而使手动操作设备也可以参与到五防闭锁系统中。
通过上面闭锁方式的描述可以看出，在正常的操作过程中，五防系统提供全程、实时的五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁。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。五防闭锁节点默认都是打开的，从而可以保证出口接点抖动不会引发误操作。 对于测控装置，不仅要接收正常的遥控令，还要接收五防模块发送的闭锁令和解锁令，来控制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，后台系统在对当前操作步骤进行五防逻辑判断，判断满足后，将相应测控的对应的遥控闭锁节点闭合。因此遥控闭锁节点闭合就意味着通过了后台逻辑判断和操作票顺序判断。
2.操作流程
图2 操作流程图
在系统运行状态正常的情况下，对于各种操作方式（后台遥控操作、测控装置或现场设备的就地操作），其操作票顺序判断由后台监控系统独立完成，五防逻辑判断由后台监控系统与测控装置同时完成，操作流程如图2所示：
实现智能程控防误闭锁功能，需要在后台监控系统、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操作票形成正确的操作序列，根据操作序列自动发令实现五防闭锁节点的闭合和断开。回路接线需要将闭锁节点串入测控操作回路和就地操作机构（汇控柜）操作回路，实现闭锁。
3.故障应对
在线式五防系统在整个系统故障应对的处理中具有很高的科技含量。在系统的设计中，在线式五防配置双机双网，采取互为备用的方式，这样可以极大地提高系统的稳定性。在系统具体的实施中，当其中的一台监控主机因故障退出，另外一台可以实现对接，继续完成剩余操作而无需重新开票，单网时系统仍能够正常运行。
为了满足故障情况和检修维护时操作的要求，需要考虑五防闭锁接点的解锁问题，在测控屏上设置一个三工位把手实现分级解除五防闭锁，把手的三个位置分别命名为“遥控闭锁”、“测控闭锁”和“解锁”，该把手各位置功能描述如下：在后台监控系统正常的情况下，把手打在“遥控闭锁”位置，此时不论是监控后台远方遥控还是就地操作，都会满足防误逻辑判断和操作票顺序判断，实现正常的防误功能；在后台监控系统故障情况下，将把手打在“测控闭锁”位置，操作仍然受间隔层防误闭锁控制；在测控装置故障情况下，将把手打在“解锁”位置，旁路五防闭锁接点，实现防误解锁。
为了加强管理，三工位把手的操作由钥匙控制，钥匙必须由专职人员进行管理，只有具备权限的人员才能进行相应操作。
4.方案特点
第一，取消传统五防中的电脑钥匙和锁具，却很好地实现了传统五防的防误功能，减少了中间环节的不稳定因素，大大提高了系统可靠性；
第二，基于一体化五防实现。整个系统的稳定性及可靠性得到极大的提高，在安全维护及后期的改扩建及维修方面也留有余地，所以在整个方案的实施中给线路的安全提出了更大的保障。
第三，实时跟踪整个电网的操作状态，系统在运行的过程中可能会由于诸多方面的原因导致走“空程序”的问题。这一系统可以很好地解决这一通病，对整个操作有全方面的控制作用。由于监控后台可按操作票顺序直接控制防误闭锁接点及在线锁具的解锁、闭锁操作，并可实时采集设备、锁具状态。
第四，全部设备实时在线检测，包括手动设备、接地线、网门等，反馈时间小于3S，采用常开、常闭双节点，一次设备位置信息更准确、可靠。
第五，完善的监视功能，可保证单人操作的安全性。运行人员可通过监控后台完成全部操作，系统自动记录操作时间、设备及其状态、解锁操作方式，并可提供查询功能。同时可将实时操作信息传送远方调度、集控中心。
第六，智能化程度高，适合数字化变电站和变电站自动化的发展趋势。
三、110kV咸西站各种间隔接线示例
1.主变间隔
110kV主变间隔，开关、刀闸、地刀都是可以遥控的电动设备，在每个设备的控制电源回路需要串接五防闭锁节点，同时需要将该五防闭锁接点串接到每个电动设备场地机构箱。临时接地桩、网门等除了开出接点之外，还需要电控锁位置返回节点（双位置），对于每个接地桩、网门，测控需要设计2个开入位置（如图3所示）。
图3 110kV主变间隔接线示意图
（1）主变高压侧五防对象。148开关、1484刀閘、148C0地刀、14840地刀、148C0-D临时接地桩、14840-D临时接地桩和148T0-D临时接地桩。
（2）主变低压侧五防对象。501开关、501小车、501T0-D临时接地桩、1ZD-D临时接地桩、1ZD-WM网门和501-1MD临时接地桩（接入10kV I母测控）。
2.10kV PT间隔（如图4所示）
（1）五防对象。51PT小车、 51PT-D临时接地桩。
（2） PT间隔需要增加的IO数量。开出1个；开入2个。
四、总结
在线式五防系统在设计理念、实现方式上优于传统的在线式“五防”，显著提升了变电站“五防”的可靠性和稳定性，提高了运行人员的操作效率，实现了在线智能防误闭锁，符合智能化电网的发展趋势。
参考文献：
[1]段新辉，高新华.变电站在线式五防技术与应用[M].北京：中国电力出版社，2010.
（责任编辑：宋秀丽）
关键词：在线式五防系统；变电站；防误闭锁
作者简介：黄书俊（1978-），男，广东梅州人，广东电网公司东莞供电局，工程师；曾志广（1980-），男，广东河源人，广东电网公司东莞供电局，工程师。（广东 东莞 523120）
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）08-0175-03
近些年，广东电网自动化程度有了飞跃性的发展，其运行及管理模式也处于国内领先水平。防误闭锁技术的出现促使整个电网的技术层面有了极大的提高，也提出了许多新的要求。作为主流的微機防误闭锁技术也在不断地改进和创新，变电站在线式五防系统新的设计概念不断出现，其中在线式微机防误闭锁技术是其中一个重要的分支，对整个电网的体系起着主导性作用。就目前的技术手段而言，微机防误闭锁系统主要分为两种类型：即离线式微机防误闭锁系统和在线式微机防误闭锁系统。[1]其中在线式微机防误闭锁系统存在着一些弊端，随着电网电站自动化系统的不断升级，在运行改造中有了较大的改进，旧有的许多手动操作都被遥控操作所取代，防误闭锁技术面临很多新的需求，防误闭锁系统在整个程序的反应中应该更加简单、稳定可靠。防误闭锁系统在工作的同时应该保证实现五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁。防误闭锁系统应当实现对于设备实时在线的防误闭锁。防误闭锁系统在实时防误闭锁的过程中必须保证在以下三个层面不延误：站控层、间隔层和设备层。在防误闭锁系统实际运行中应该对运行管理人员进行专业培训，使其养成正确的操作习惯。防误闭锁系统如何将这些新的情况，纳入到五防闭锁保护的范围之内，是首要解决的问题。
一、在线式五防系统概述
在线式五防系统是新一代防误操作系统，具备实时化信息交互、一体化监测控制、智能化逻辑判断等技术特征，并且在当前的整个智能操作中，是结合微机对数字化变电站进行全过程监控和管理。通过站控层监控后台软件的优化开发，对整个电网进行实时控制；通过合理配置和被控制设备的科学设计，变电站五防系统的网络化、实时化、智能化和一体化得以实现，实时控制和在线监测电气设备的操作过程。
在防误操作方面，在线式五防系统不仅采集使用了开关、刀闸、网门、临时接地线等数字量信号，还使用相关电压、电流模拟量作为逻辑闭锁判据，从而使得操作防误功能更加完善。在线式五防系统使用了新型的专业锁具，替换了微机五防系统使用的电脑钥匙，避免了因设备自动保护、远方操作等原因致使相关设备状态发生变化时，电脑钥匙无法及时获得设备变位信息而不能有效防止误操作事故的发生。另外还解决了电脑钥匙经常需要维修的问题，也减少了运行人员的操作时间，降低了运行人员的劳动强度。东莞供电局110kV咸西变电站在2011年进行技术改造中采用了在线式五防系统。
二、110kV咸西变电站在线式五防方案
1.总体方案（如图1）
图1 测控接线示意图
设备操作方式有：遥控操作、测控屏上就地操作、场地汇控柜操作、场地机构箱操作。其中前三种均为通过电动回路操作，机构箱包括电动操作和机械操作。该站在线式五防不闭锁机构箱中的机械操作中具有独特的优势，单独五防闭锁节点，串入设备的控制回路。对于手动操作设备（如网柜门、临时接地点等），通过在线式锁具实现闭锁，五防闭锁接点控制其电源，测控提供开入接点，采集其位置。各种操作方式闭锁原理及功能如下：
（1）监控后台遥控操作闭锁。在控制电源回路中串入五防闭锁接点，接点的闭合与否，监控后台和测控屏都会给出提示（其中监控后台通过文字提示，测控屏通过指示灯提示）。
（2）测控屏的就地操作闭锁。在控制电源回路中串入五防闭锁接点，就地操作时，每步都必须经过后台的五防逻辑判断和操作票顺序判断，在符合逻辑的情况下，监控后台发令合上当前操作项对应的遥控闭锁接点，还必须经过测控装置的五防逻辑判断，才能进行就地分合操作，因此能够保证就地操作满足五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁。
（3）场地汇控柜操作。在控制电源回路中有五防闭锁接点，在整个操作的过程中的原理主要是由于遥控闭锁接点串入操作回路来实现电路的五防闭锁。在汇控柜的实施中，节点的闭合是后台监控在判断五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁全部满足的前提下才开放的，只有在这种情况下才能在现场操作，只有操作票上当前步骤才能操作，即使走错间隔，由于该间隔五防闭锁接点没有闭合，也不会引发误操作。
（4）场地机构箱操作。刀闸电机电源空开安装在场地机构箱中，传统五防采用在机构箱上加装五防锁的方式，实现对电机电源空开和机构箱中的操作机构的闭锁。在线式五防将电机电源空开改用可遥控式，可通过五防闭锁接点和位置接点实现对电机电源空开的闭锁，通过五防闭锁接点实现对机构箱电动操作机构闭锁，由于机构箱中的机械操作机构，只有在紧急情况或检修时才会使用，因此不对其进行闭锁，这样就不需要对机构箱门再进行闭锁。在控制电源回路中有五防闭锁接点，实现五防闭锁。对应电机电源空开，则通过遥控闭锁接点控制其分合，通过引入测控开入的位置接点，检测其位置，只有当前操作项，后台才会控制其电机电源空开合上。
（5）手动操作（刀闸、地线、网柜门等）。使用电控锁来实现地线、网门、手动刀闸等的闭锁，地线、网门的状态通过电控锁的位置接点接入测控开入形成遥信量送到监控系统，通过在电控锁电源回路中串入遥控闭锁节点，控制电控锁打开、锁上，从而使手动操作设备也可以参与到五防闭锁系统中。
通过上面闭锁方式的描述可以看出，在正常的操作过程中，五防系统提供全程、实时的五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁。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。五防闭锁节点默认都是打开的，从而可以保证出口接点抖动不会引发误操作。 对于测控装置，不仅要接收正常的遥控令，还要接收五防模块发送的闭锁令和解锁令，来控制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，后台系统在对当前操作步骤进行五防逻辑判断，判断满足后，将相应测控的对应的遥控闭锁节点闭合。因此遥控闭锁节点闭合就意味着通过了后台逻辑判断和操作票顺序判断。
2.操作流程
图2 操作流程图
在系统运行状态正常的情况下，对于各种操作方式（后台遥控操作、测控装置或现场设备的就地操作），其操作票顺序判断由后台监控系统独立完成，五防逻辑判断由后台监控系统与测控装置同时完成，操作流程如图2所示：
实现智能程控防误闭锁功能，需要在后台监控系统、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操作票形成正确的操作序列，根据操作序列自动发令实现五防闭锁节点的闭合和断开。回路接线需要将闭锁节点串入测控操作回路和就地操作机构（汇控柜）操作回路，实现闭锁。
3.故障应对
在线式五防系统在整个系统故障应对的处理中具有很高的科技含量。在系统的设计中，在线式五防配置双机双网，采取互为备用的方式，这样可以极大地提高系统的稳定性。在系统具体的实施中，当其中的一台监控主机因故障退出，另外一台可以实现对接，继续完成剩余操作而无需重新开票，单网时系统仍能够正常运行。
为了满足故障情况和检修维护时操作的要求，需要考虑五防闭锁接点的解锁问题，在测控屏上设置一个三工位把手实现分级解除五防闭锁，把手的三个位置分别命名为“遥控闭锁”、“测控闭锁”和“解锁”，该把手各位置功能描述如下：在后台监控系统正常的情况下，把手打在“遥控闭锁”位置，此时不论是监控后台远方遥控还是就地操作，都会满足防误逻辑判断和操作票顺序判断，实现正常的防误功能；在后台监控系统故障情况下，将把手打在“测控闭锁”位置，操作仍然受间隔层防误闭锁控制；在测控装置故障情况下，将把手打在“解锁”位置，旁路五防闭锁接点，实现防误解锁。
为了加强管理，三工位把手的操作由钥匙控制，钥匙必须由专职人员进行管理，只有具备权限的人员才能进行相应操作。
4.方案特点
第一，取消传统五防中的电脑钥匙和锁具，却很好地实现了传统五防的防误功能，减少了中间环节的不稳定因素，大大提高了系统可靠性；
第二，基于一体化五防实现。整个系统的稳定性及可靠性得到极大的提高，在安全维护及后期的改扩建及维修方面也留有余地，所以在整个方案的实施中给线路的安全提出了更大的保障。
第三，实时跟踪整个电网的操作状态，系统在运行的过程中可能会由于诸多方面的原因导致走“空程序”的问题。这一系统可以很好地解决这一通病，对整个操作有全方面的控制作用。由于监控后台可按操作票顺序直接控制防误闭锁接点及在线锁具的解锁、闭锁操作，并可实时采集设备、锁具状态。
第四，全部设备实时在线检测，包括手动设备、接地线、网门等，反馈时间小于3S，采用常开、常闭双节点，一次设备位置信息更准确、可靠。
第五，完善的监视功能，可保证单人操作的安全性。运行人员可通过监控后台完成全部操作，系统自动记录操作时间、设备及其状态、解锁操作方式，并可提供查询功能。同时可将实时操作信息传送远方调度、集控中心。
第六，智能化程度高，适合数字化变电站和变电站自动化的发展趋势。
三、110kV咸西站各种间隔接线示例
1.主变间隔
110kV主变间隔，开关、刀闸、地刀都是可以遥控的电动设备，在每个设备的控制电源回路需要串接五防闭锁节点，同时需要将该五防闭锁接点串接到每个电动设备场地机构箱。临时接地桩、网门等除了开出接点之外，还需要电控锁位置返回节点（双位置），对于每个接地桩、网门，测控需要设计2个开入位置（如图3所示）。
图3 110kV主变间隔接线示意图
（1）主变高压侧五防对象。148开关、1484刀閘、148C0地刀、14840地刀、148C0-D临时接地桩、14840-D临时接地桩和148T0-D临时接地桩。
（2）主变低压侧五防对象。501开关、501小车、501T0-D临时接地桩、1ZD-D临时接地桩、1ZD-WM网门和501-1MD临时接地桩（接入10kV I母测控）。
2.10kV PT间隔（如图4所示）
（1）五防对象。51PT小车、 51PT-D临时接地桩。
（2） PT间隔需要增加的IO数量。开出1个；开入2个。
四、总结
在线式五防系统在设计理念、实现方式上优于传统的在线式“五防”，显著提升了变电站“五防”的可靠性和稳定性，提高了运行人员的操作效率，实现了在线智能防误闭锁，符合智能化电网的发展趋势。
参考文献：
[1]段新辉，高新华.变电站在线式五防技术与应用[M].北京：中国电力出版社，2010.
（责任编辑：宋秀丽）