五防系统.doc

（1） “五防”的概念
电力系统中的五防是指:
　　①防止误分、合断路器。
　　②防止带负荷分、合隔离开关。
　　③防止带电挂（合）接地线（接地开关）。
　　④防止带接地线（接地开关）合断路器（隔离开关）。
　　⑤防止误入带电间隔。
　　电气“五防”功能的实现成了电力安全生产的重要措施之一。随着电网的不断发展，技术的不断更新，防误装置得到不断改进和完善。防误装置的设计原则是：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。

（2） 优特对传统“五防”概念的扩展
　　“五防”的概念1980年由原水利电力部提出，此后，电力自动化技术经历了飞速的发展，由此带动了电力系统操作方式和管理方式的不断变化。这些都给“五防”提出了许多新的要求，需要更完善的技术措施实现操作全过程的防误。在这种背景下，优特提出了防止电气误操作五层防线理论，为完善电气防误体系提供了新思维。 五层防线的定义是：为防止电气误操作，在人和设备之间，用技术措施筑起的五层防线。这一新的思维是对传统五防概念的扩展和跨越，在涵盖传统五防概念的基础上，从设备操作过程全程防误的角度出发，采用不同的技术措施，从根本上杜绝电气误操作的发生。五层防线结构示意图如下：

（3） 防误闭锁装置的演变
　常规防误闭锁装置
常规防误闭锁方式主要有4种：机械闭锁，程序锁，电气联锁和电磁锁。这些闭锁方式在防误工作中发挥了积极作用，经过多年的使用和运行考验，各种传统闭锁方式的优缺点均已充分显示。
1、机械闭锁是在开关柜或户外闸刀的操作部位之间用互相制约和联动的机械机构来达到先后动作的闭锁要求。机械闭锁在操作过程中无需使用钥匙等辅助操作，可以实现随操作顺序的正确进行，自动地步步解锁。在发生误操作时，可以实现自动闭锁，阻止误操作的进行。机械闭锁可以实现正向和反向的闭锁要求，具有闭锁直观，不易损坏，检修工作量小，操作方便等优点。
然而机械闭锁只能在开关柜内部及户外闸刀等的机械动作相关部位之间应用，与电器元件动作间的联系用机械闭锁无法实现。对两柜之间或开关柜与柜外配电设备之间及户外闸刀与开关（其他闸刀）之间的闭锁要求也鞭长莫及。所以在开关柜及户外闸刀上，只能以机械闭锁为主，还需辅以其他闭锁方法，方能达到全部五防要求。
2、程序锁(或称机械程序锁)是用钥匙随操作程序传递或置换而达到先后开锁操作的要求。其最大优点是钥匙传递不受距离的限制，所以应用范围较广。程序锁在操作过程中有钥匙的传递和钥匙数量变化的辅助动作，符合操作票中限定开锁条件的操作顺序的要求，与操作票中规定的行走路线完全一致，所以也容易为操作人员所接受。
程序锁在使用中所暴露的问题是：①某些程序锁功能简单，只能在较简单的接线方式下采用，由于不具备横向闭锁功能，在复杂的接线方式下根本不能采用；②具有较灵活闭锁方式的程序锁虽然能满足复杂的接线，但在闭锁方案中必须设置母线倒排锁，使得操作过程十分复杂；③在大容量的变电站中，隔离开关分合闸采用按钮控制电动机正反转，而程序锁对按钮无法进行程序控制；④程序锁也需要众多的程序钥匙，由于安装不规范、生产工艺及材料差等问题，使程序锁易被氧化锈蚀、发生卡涩，致使一定时间内失去闭锁功能；⑤倒闸操作中，分、合两个位置的精度无法保证；⑥程序锁使用时，必须从头开始，中间不能间断。所以程序锁现在已不采用。
3、电气闭锁是通过电磁线圈的电磁机构动作，来实现解锁操作，在防止误入带电间隔的闭锁环节中是不可缺少的闭锁元件。电气闭锁的优点是操作方便，没有辅助动作，但是在安装使用中也存在以下几个突出问题：①一般来说电磁锁单独使用时，只有解锁功能没有反向闭锁功能。需要和电气联锁电路配合使用才能具有正反向闭锁功能；②作为闭锁元件的电磁锁结构复杂，电磁线圈在户外易受潮霉坏，绝缘性能降低，增加了直流系统的故障率；③需要敷设电缆，增加额外施工量；④需要串入操作机构的辅助触点。根据运行经验，辅助触点容易产生接触不良而影响动作的可靠性；⑤在断路器的控制开关上，一般都缺少闭锁措施。
　微机防误闭锁装置
自上世纪90年代初，微机技术就进入了防误闭锁领域。微机防误闭锁装置是一种采用计算机技术，用于高压开关设备防止电气误操作的装置。经过10多年来的发展，微机防误闭锁装置已逐渐成熟，并已在电力系统中广泛推广。微机防误系统通过软件将现场大量的二次闭锁回路变为电脑中的五防闭锁规则库，实现了防误闭锁的数字化，并可以实现以往不能实现或者是很难实现的防误功能，应该说是电气设备防误闭锁技术的最新技术和飞跃。

（4） 微机防误闭锁的原理
微机防误闭锁系统一般由防误主机、电脑钥匙、遥控闭锁控制单元、机械编码锁、电气编码锁及智能锁具等功能元件组成，完全满足电气设备“五防”功能的要求。
系统建立闭锁逻辑数据库，将现场大量的二次电气闭锁回路变为计算机中的防误闭锁规则库，防误主机使用规则库对模拟预演操作进行闭锁逻辑判断，记录符合防误闭锁规则的模拟预演操作步骤，生成实际操作程序。防误主 机按照实际操作程序，根据设备闭锁方式的不同采用以下三种方式进行解锁操作：
1） 电脑钥匙解锁；
2） 通过遥控闭锁控制单元等直接控制智能锁具解锁；
3） 通过通讯接口对监控系统执行解锁。
运行人员按照防误主机及电脑钥匙的提示，依次对设备进行操作。对不符合程序的操作，设备拒绝解锁，操作无法进行，从而防止误操作的发生。通过跟踪现场设备的实际状态、接收电脑钥匙的回传信息，防误主机对当前操作进行确认后，进行下一步操作，直到操作任务结束。下图为微机防误闭锁操作流程图。

（5） 微机防误闭锁技术的发展
　　八十年代中期，公司领导人经过多年努力，发明了微机防误闭锁装置。历经二十多年的发展，微机防误技术不断成熟，功能不断完善。微机防误闭锁装置成为发电厂、变电站建设和改造中不可或缺的设备，保障了电力生产的安全，明显降低了误操作事故的发生。电力系统发生的电气误操作事故从1981年的483起，到1990年的141起，直到2003年的28起。微机防误闭锁技术也得到了大面积的推广，目前在调度和配网上也开始逐步推广应用。
　　微机防误闭锁技术的发展可大致分为三代，各自具有如下特点：
　1、第一代微机防误装置(如图1)
　　·微机控制：首次把嵌入式微机控制技术应用到电力系统防止误操作中；
　　·逻辑闭锁：首次抽象出防误闭锁操作规则的数学模型，创立防误闭锁逻辑表达式，解决了原机械闭锁和电气闭锁难以实现的复杂操作闭锁；
　　·电脑钥匙：独创性地使用电脑钥匙，实现“一把钥匙开多把锁”；
　　·编码锁具：锁具使用编码识别技术，推出简单实用的挂锁；
　　·记忆对位：现场设备状态采用记忆对位，避免了放置大量电缆，节省了设备投资。

图1 第一代微机防误装置

　2、第二代微机防误装置(如图2)
　　·分布式处理：模拟屏内部发展成简单的网络，采用分布在屏内的I/O板卡完成对各个屏内元件的位置采集和控制，提高了可靠性；
　　·人机界面：模拟屏和电脑钥匙均采用了汉字显示技术，方便了运行人员操作；
　　·设备改进：电脑钥匙功能增加，体积减小，便于携带操作，锁具可靠性增强；
　　·实时对位：可与变电站监控系统接口，通过监控系统将断路器、电动刀闸等设备状态实时采集、实时对位，大大减少因设备状态位置不对应而产生的误操作。

图2 第二代微机防误装置

　3、第三代微机防误装置(如图3)
　　·“三屏合一”：将控制屏、模拟屏和信号返回屏的功能集于一屏，集模拟、控制、监视、防误等功能于一体，节省了大量空间，操作更方便；
　　·无限编码：采用RFID技术取代过去的机械编码，编码数无限且无重码，满足了集控站管辖区域设备多的要求；
　　·增强型钥匙：采用大屏幕显示和高速IrDA红外传输，增加现场操作录音功能，配备大容量可充电锂电池，并支持超低温环境运行；
　　·兼容性强：支持各种标准规约，使综合操作屏能适应不同接口的变电站自动化系统。

图3 第三代微机防误装置

　4、第四代微机防误装置（微机防误的最新技术）(如图4)
·双网络多模式在线操作；
·电脑钥匙离线／在线两种操作模式；
·UT-net短距微功耗无线网络；
·多种任务并行操作、单任务协同操作；
·移动操作终端；
·完善的遥控操作防误功能；
·测控一体化智能锁具。
·智能双接口锁具；
·倒闸操作过程全程在线监控；
·防空程功能；
·实时防误逻辑判断；
·智能解锁。 

图4 第四代微机防误装置