变电站防误闭锁方案研究专题rev1.doc

国 家 电 网 公 司 二 次 系 统 典 型 设 计

变电站防误闭锁方案研究

华东电力设计院
二OO七年六月

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目 录

1、目的及意义
2、变电站防误闭锁要求
3、防误闭锁方案
4、方案比较
5、结论

1、目的及意义
防止电气误操作是保证电网安全运行的重要内容，各地区采取的各种防止电气误操作的技术措施对于减少误操作、减少恶性事故的发生，保证人身、电网、设备的安全起到了重要作用。防误闭锁的方案选取以及回路设计也是变电站电气二次设计工作中的一个重要环节。
目前，各地区变电站防误闭锁的设备配置要求不统一，存在着多种形式，对工程的设计工作造成了一定的难度。本专题将对变电站防误闭锁的功能和配置方案进行研究，并在此基础上提出规范化的配置方案。

2、变电站防误闭锁要求
2.1防误闭锁要求
根据《国家电网公司防止电气误操作安全管理规定》的防误装置选用原则：防误装置应实现“五防”功能：
1） 防止误分、误合断路器；
2） 防止带负荷拉、合隔离开关或手车触头；
3） 防止带电挂（合）接地线（接地刀闸）；
4） 防止带接地线（接地刀闸）合断路器（隔离开关）；
5） 防止误入带电间隔。
“五防”功能除“防止误分、误合断路器”现阶段因技术原因可采取提示性措施外，其余四防功能必须采取强制性防止电气误操作的措施。
强制性防止电气误操作措施指：在设备的电动操作控制回路中串联以闭锁回路控制的接点或锁具，在设备的手动操控部件上加装受闭锁回路控制的锁具，同时尽可能按技术条件的要求防止走空程操作。
根据《国家电网公司防止电气误操作安全管理规定》，变、配电装置改造加装防误装置时，应优先采用微机防误装置或电气闭锁方式。新建变电站、发电厂（110kV及以上电气设备）防误装置优先采用单元电气闭锁回路加微机“五防”的方案。无人值班变电站采用在集控站配置中央监控防误闭锁系统时，应实现对受控站远方操作的强制性闭锁。
高压电气设备应安装完善的防止电气误操作闭锁装置，装置的性能、质量、检修周期和维护等应符合防误装置技术标准规定。成套高压开关设备应具有机械联锁或电气闭锁；电气设备的电动或手动操作闸刀必须具有强制防止电气误操作闭锁功能。
2.2 防误闭锁措施
变电站防误闭锁的措施一般包括以下方式：
² 微机防误装置：微机闭锁装置在各类防误闭锁装置中占有率居首位，产品具有防误闭锁功能完善、性能可靠、安装简单、维护方便等优点。选用微机防误装置时，应满足国家经贸委第30号令《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》和《微机型防止电气误操作装置通用技术条件（DL/T687-1999）》的要求。远方操作时采用微机防误系统实现防误闭锁；就地操作时则由微机防误系统的电脑钥匙和锁具来实现。现场操作完毕后应将电脑钥匙中当前状态信息返回给防误装置主机进行状态更新，以确保防误装置主机与现场设备状态对应。
² 监控系统软件闭锁：在监控系统的站控层和间隔层均具有软件实现电气防误操作的功能，所有对隔离开关和接地刀闸的操作控制均应经防误闭锁。通过监控系统进行防误闭锁，可以有效利用监控系统的资源，逻辑上能够做得比较完善。
² 电气闭锁：是将断路器、隔离开关、接地刀闸等设备的辅助接点接入电气操作电源回路构成的闭锁，在110kV及以上设备广泛采用。其闭锁回路不经中间转换环节，防误功能比较直观、可靠，安装简单，操作方便，是防误操作比较理想的一种闭锁方式，国外应用比较广泛。电气闭锁接入回路中的辅助接点应满足可靠通断的要求，辅助开关应满足响应一次设备状态转换的要求，电气接线应满足防止电气误操作的要求。
² 电磁闭锁装置：是将断路器、隔离开关、隔离网门等设备的辅助接点接入电磁闭锁电源回路构成的闭锁。电磁锁的工作原理简单，操作比较方便，能适应各种防误操作要求，
² 机械闭锁装置：是利用电气设备的机械联动部件对相应电气设备操作构成的闭锁。主要为隔离开关或开关柜本身自带闭锁装置，防误功能满足要求。

3、防误闭锁方案
3.1各地变电站防误闭锁方式
根据国家电网公司二次系统典型设计的调研报告，各地500kV变电站的主要防误闭锁方式如下：
3.1.1东北地区
在整个东北电网的500kV变电站中，采用两种防误闭锁方式，一种是计算机监控系统逻辑闭锁和编码锁（就地操作），另一种方式是计算机监控系统逻辑闭锁加常规电气回路闭锁，且第二种方式比较普遍。目前东北电网500kV变电站监控系统站控层为全站的逻辑闭锁，测控层为本间隔的逻辑闭锁。
3.1.2华北地区
配置五防工作站，在五防工作站显示一次主接线图及设备当前位置情况，进行模拟预演及开出操作票。所有操作控制均应经防误闭锁，并有出错报警和判断信息输出，与站内防误闭锁编码锁，协同完成全站防误闭锁操作。站控层防误闭锁采用软件闭锁方式，间隔层防误闭锁采用编码锁，就地操作防误闭锁采用编码锁和机械闭锁，无电气硬接点闭锁。
3.1.3西南地区
防误闭锁采用微机五防系统，设专用五防工作站，就地电操作机构采用机械编码锁＋跨间隔的硬接线闭锁，手动操作机构采用机械编码锁闭锁，不设电磁锁。部分地区就地闭锁采用机械编码锁，取消硬接线闭锁。另外，对500kV和220kV均为GIS，35kV为AIS设备的变电站，防误闭锁采用监控系统的五防功能，不设专用五防工作站。就地GIS设备采用自带的完善电气闭锁和机械闭锁，不另设五防锁，35kV电操机构采用机械编码锁＋跨间隔的硬接线闭锁，手操机构采用机械编码锁闭锁，不设电磁锁。
3.1.4华中地区
采用五防、监控一体化。新建220kV及以上变电站工程监控系统具备微机五防功能，不采用电气硬接线的闭锁方式。站内配置专用的五防工作站，由监控厂家成套，不设置五防模拟屏。五防工作站负责全站设备操作的防误闭锁逻辑，并可根据运行要求自动开列操作票。远方操作时采用“五防”工作站的微机防误系统软件实现防误闭锁；就地操作时则由微机防误系统的锁具及监控系统测控单元里的控制回路输出“允许操作”命令接点综合实现。
在计算机监控系统间隔层和站控层设备能实现断路器、隔离开关及接地刀闸的正常操作和现场维修操作的“防误”闭锁功能，当联锁条件满足时，测控单元输出的闭锁条件完全开放。就地闭锁控制条件是由测控单元输出独立于合、分闸命令的无源接点，允许操作的条件随五防闭锁逻辑条件满足而保持。
3.1.5西北地区
采用电气闭锁和监控系统软件闭锁共同实现闭锁功能。
3.1.6华东地区
华东除福建地区：新建500kV变电站，电动机构的设备就地及远方操作均采用计算机监控系统逻辑闭锁（采用由监控系统输出的独立于分、合闸命令的无源接点，该接点满足防误闭锁逻辑要求）加间隔内电气回路闭锁的方式；手动机构的设备采用监控系统逻辑闭锁接点加电磁锁实现防误闭锁；不设专门的微机五防装置。监控系统站控层和间隔层均为全站的逻辑闭锁。
福建地区：原则上按照单元电气闭锁＋微机防误的闭锁方式。AIS站一般配置采用综合式微机防误，GIS一般配置离线式微机防误或综合式微机防误。站控层设五防工作站，可以与监控系统主机合并；一般电气操作设备配置电气防误锁（如电编码锁等），手动机构、网门等配置机械防误锁具。综合式微机防误系统网络构架采用分层分布式结构，在各继电器小室设有防误通信屏，负责相应电压等级配电装置的通信功能。

3.2防误闭锁方案
根据《国家电网公司防止电气误操作安全管理规定》4.2.1，4.2.2及4.2.3要求：
监控系统防误闭锁功能应实现对受控站电气设备位置信号的实时采集，实现防误装置主机与现场设备状态的一致性。
采用计算机监控系统时，电气设备的远方和就地操作应具备完善的电气闭锁功能，或间隔内的电气闭锁加覆盖全站的可实现遥控闭锁的微机“五防”功能。
操作控制功能可按远方操作、站控层、间隔层、设备级的分层操作原则考虑。无论设备处在哪一层操作控制，设备的运行状态和选择切换开关的状态都应具备防误闭锁功能。
综合以上各地区的情况，目前变电站的防误闭锁方式主要有三种方案：
方案一：采用变电站计算机监控系统逻辑闭锁和本间隔电气硬接点闭锁回路实现防误闭锁。
方案二：采用五防、监控一体化实现防误闭锁，并在操作控制回路中串接本间隔电气闭锁回路。远方操作采用“五防”工作站的微机防误系统逻辑实现防误闭锁；就地操作时则由微机防误系统的电脑钥匙、锁具来实现。
方案三：站内配置与监控系统独立的微机五防系统实现防误闭锁。远方操作采用微机防误系统的闭锁回路控制接点实现防误闭锁；就地操作时则由微机防误系统的电脑钥匙和锁具来实现。不采用电气硬接线的闭锁。
3.2.1方案一
当监控系统实现面向全站设备的综合操作闭锁功能时，远方和就地操作时均采用变电站计算机监控系统逻辑闭锁加本间隔电气硬接点闭锁实现防误闭锁实现防误闭锁功能。监控系统站控层及间隔层均实现全站的逻辑闭锁。

在监控系统的操作员工作站的系统软件中增加五防逻辑判断功能，在操作回路中串入监控系统闭锁输出接点。执行遥控操作时，先由监控系统中的防误软件进行能否操作的逻辑判断，符合倒闸操作要求和条件时，监控系统才能下达操作指令，监控系统闭锁接点闭合。
计算机监控系统实现对变电站电气设备位置信号的实时采集，实现防误装置主机与现场设备状态的一致性。计算机监控系统具有操作监护功能，允许监护人员在操作员工作站上对操作实施监护，避免误操作。运行人员在设备现场挂、拆接地线时，应在“一次系统接线图”上对应设置、拆除模拟接地线，以保持两者状态一致。在设备上挂拆接地线，设有联闭锁软件，即该模拟接地线挂拆参与闭锁判断。所有设置、拆除模拟接地线，均通过口令校验后方可执行。
监控系统操作功能按分层考虑，间隔层和设备级操作一般作为后备操作或检修操作手段。监控系统站控层及间隔层实现全站的逻辑闭锁，则远方操作、站控层操作及间隔层操作时能实现防误闭锁功能。现场就地操作时，有间隔内的电气闭锁和监控系统闭锁也能实现防误闭锁功能。手动操作的设备及网门等采用电磁锁实现防误操作。

3.2.2方案二
五防、监控一体化设计的方案在全国应用比较广泛。站内配专用的五防工作站，在操作控制回路中保留了间隔内的电气闭锁。在远方操作时，由间隔内的电气闭锁加覆盖全站的微机防误系统闭锁接点实现防误操作。就地操作时，由间隔内的电气闭锁加防误系统的电脑钥匙和锁具来实现防误操作。

监控系统具备微机五防功能，即监控系统配有五防工作站，同时配有电脑钥匙和通讯充电器及各类锁具。计算机监控系统实现对变电站电气设备位置信号的实时采集（包括I/O单元采集到的设备状态信号及由电脑钥匙反映的状态位置），在五防工作站显示一次主接线图及设备当前位置情况，进行模拟预演及开出操作票。
五防工作站的功能有：
·自动操作票：具有操作票专家系统，利用计算机实现对倒闸操作票的智能开票及管理功能，能够使用图形开票、手工开票、典型票等方式开出完全符合“五防”要求的倒闸操作票，并能对操作票进行修改、打印。
·防误闭锁逻辑：负责全站设备操作的防误闭锁逻辑。
·存有全站设备操作的防误闭锁逻辑，能自动打印、查询、删除、保存操作票，进行操作票模拟预演等，还可实现运行操作指导、故障分析检索、性能计算及经济性分析、在线设备管理等高级功能对于被机械编码锁闭锁的设备，防误微机能将正确的操作顺序及内容写入电脑钥匙中，运行人员可拿电脑钥匙去现场操作。
在计算机监控系统站控层设备能实现断路器、隔离开关及接地刀闸的正常操作和现场维修操作的“防误”闭锁功能。所有远方操作控制均应经防误闭锁，在电动操作控制回路中串入闭锁回路控制的接点，当五防工作站判断联锁条件满足时，监控系统输出的闭锁条件完全开放。
监控系统间隔层实现全站的防误闭锁逻辑，则间隔层操作时能实现防误闭锁功能。
就地操作时采用微机防误系统的电脑钥匙和锁具，并在回路中串入电气闭锁接点实现防误操作。站内全部可操作（电动、手动）的高压电气设备都加装锁具（电编码锁、机械编码锁）；手动机构的隔离开关或接地刀、临时接地线、网门、遮栏门等采用电编码锁或挂锁式机械编码锁进行闭锁。

3.2.3方案三
方案三配置独立的微机五防系统，微机五防系统通过串口或网络与监控系统联系。独立的微机五防系统由五防主机、电脑钥匙和通讯充电器、各类锁具及遥控闭锁装置等组成。该微机五防系统可以由监控厂家设备一体化配置，也可独立采购。不采用电气硬接线的闭锁。
微机防误系统共享由变电站监控系统采集的各种实时数据，包括遥信量（其中断路器、刀闸等设备状态称为实遥信）、遥测量等。同时微机防误系统向变电站监控系统发送由电脑钥匙采集的五防虚遥信（包括监控系统未采集的刀闸、网门、临时接地线等设备状态）。

五防主机负责与监控系统通讯，可实现软闭锁监控系统的遥控操作，并向遥控闭锁控制器发送解锁命令。通过把遥控闭锁继电器的常开接点串联在遥控回路中实施电气回路的硬闭锁。五防系统与监控系统是“双机”配合操作，共同完成遥控操作，有效的防止监控系统遥控操作过程中的误操作。
远方操作时，操作人员首先利用防误主机模拟预演，模拟正确后执行操作，防误主机将通过遥控闭锁控制器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。操作人员再利用监控主机按正常操作流程即可实现被控设备的防误操作。就地操作时，防误主机将模拟正确的倒闸操作票发送电脑钥匙，操作人员持电脑钥匙并按照电脑钥匙显示的操作顺序，依次对就地闭锁电气设备的锁具进行解锁、倒闸操作，从而实现对电气设备的就地防误操作。

4.方案比较
4.1．方案一
1）能有效利用计算机监控系统的资源，由监控系统实现防误闭锁，节省了设备投资。
2）电气闭锁回路不经中间转换环节，防误功能比较直观、可靠，安装简单，操作方便。
3）监控系统站控层和间隔层均设有全站性的电气防误闭锁逻辑。远方和就地操作时均由监控系统闭锁输出接点和间隔内电气闭锁串联，能实现完善的电气闭锁功能。当一次设备采用GIS时，此方案的优点更为突出。
4）该方案缺点是：监控系统的防误功能与其他功能由同一操作员站实现。

4.2．方案二
1）监控系统配置专用的五防工作站，全站设备操作的防误闭锁逻辑由五防工作站实现，防误闭锁与监控系统的其他功能分开。
2）对于监控已经采集其状态的手动操作设备，可采用普通编码锁来实现就地操作的闭锁。对于监控系统无法采集状态的临时接地线、网门等设备，采用可采集设备状态的电控锁具来实现就地操作的闭锁。
3）在远方操作时，由间隔内的电气闭锁加覆盖全站的微机防误系统闭锁接点实现防误操作；就地操作时，由间隔内的电气闭锁加防误系统的电脑钥匙和锁具来实现防误操作。即远方和就地操作都有强制性防止电气误操作措施。

4.3．方案三
1）监控系统配置独立的微机五防系统，在五防工作站实现全站设备操作的防误闭锁逻辑。微机防误闭锁系统与监控系统是两个相对独立的系统。两个系统共享设备状态信息，双通信通道各自起动自己的执行终端，两个系统执行终端接点串联。无操作任务时，即使监控系统因软、硬件故障或干扰影响，使其操作终端开出，都不会形成误操作，实现了强制闭锁。
2）远方操作采用微机防误系统的闭锁回路控制器的继电器接点实现防误闭锁；就地操作时则由微机防误系统的电脑钥匙和锁具来实现。远方和就地操作都有强制性防止电气误操作措施。
3）该方案缺点是：微机五防系统与监控系统完全独立，增加了工程投资费用。功能上与监控系统已能实现的综合防误闭锁功能重复，造成资源浪费。独立的微机防误系统配有遥控闭锁装置及遥控闭锁继电器，遥控闭锁装置和闭锁继电器下放到配电装置，其抗干扰能力需进一步校验。遥控闭锁装置及遥控闭锁继电器设备若集中组屏，将增加继电器室的屏位。另外，该方案也增加了设计及施工的复杂度。

5、结论
根据上述分析，结论建议如下：
1）根据各地的运行操作方式，推荐在工程中优先采用方案一或方案二。
2）当电气设备的远方和就地操作具备完善的电气闭锁功能，则可由计算机监控系统实现防误闭锁功能。对于一次设备采用GIS设备的变电站，GIS设备在制造阶段已具备了比较完善的电气单元内和电气单元之间设备的电气或机械联闭锁功能，则GIS设备的电气或机械联闭锁功能配合计算机监控系统全站防误操作逻辑闭锁功能即可满足变电站防误闭锁要求，不宜再配置微机五防设备或重复设计电气硬接点闭锁回路。