五防系统现状及发展(教材)分析

五防系统现状及发展编制：毕振军
目录
一、五防的基本概念 (2)
二、微机五防系统结构及原理 (4)
1、五防主机： (4)
2、通讯适配器： (4)
3、电脑钥匙： (4)
4、五防锁具： (5)
4.1、电气锁： (5)
4.2、固定编码锁： (5)
4.3、编码挂锁： (6)
4.4、锁具附件： (6)
5、打印机： (7)
三、微机五防系统的基本操作 (7)
四、在线式五防系统 (8)
1、总体方案 (8)
2、正常情况操作 (9)
3、故障应对 (12)
方案一 (12)
方案二 (13)
五、基于Internet的智能化网络五防 (13)
一、五防的基本概念
变电站的一次设备是由若干的断路器、隔离开关（刀闸）、母线、PT、CT 等组成，在监控主机中通常以如图(1)所示画面来描述各类一次设备的电气连接关系。

图(1)
以图(1)中的1#主变110KV侧101间隔为例，其中101表示断路器，1011、表示隔离开关,101B0表示接地刀闸。

断路器：
断路器是电力系统的重要设备之一。

它的主要功能是正常运行时，用它来倒换运行方式，把线路或设备接入一电路或退出运行，起操作控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速的切除故障回路，保证无故障部分正常运行，能起到保护作用。

断路器具有熄灭电弧的装置，所以能够切断正常的负荷电流。

隔离开关（刀闸）：
在电气主接线中，隔离开关的数量最多，它本身的工作原理和结构比较简单，
隔离开关工作的主要特点是在有电压无电流的情况下进行分合闸操作的。

接地刀闸（线）：
在线路、开关等一次设备检修时，为了保障检修人员和检修设备的安全，需要将检修设备两端可靠接地，通过合（装设）设备两端的接地刀（线）可以达到此目的。

接地刀闸（线）的操作特点是在无电压无电流的情况下进行分合操作。

从断路器、隔离开关、接地刀闸的功能特点来看，在线路或设备正常运行时(即有电压、电流存在)，如果进行停电操作只能按照断开断路器、分隔离开关、合接地刀闸这样的顺序操作，这个顺序称为一次设备的操作逻辑。

如果违反了这个顺序就会对设备及操作人员造成损伤和伤害。

为了强制操作人员必须按照这个顺序对一次设备进行操作，就有了“五防”的概念：“五防”是指电力系统在倒闸操作中，防误入带电间隔、防误拉合开关、防带电荷拉合刀闸、防带电挂地线（合地刀）、防带地线（地刀）合闸。

为了达到强制操作人员按照正确的顺序操作一次设备，在变电站中的所有可以操作的一次设备上安装了五防锁具，将一次设备的操作机构锁住，使其在未开锁的情况下是不能进行分合闸操作的，对于电气操作的设备通过锁具将操作回路的电源断开，使其在电源未接通的情况下不能进行分合操作。

每个锁具都有一个全站唯一的编码，称为锁码。

控制了开锁的顺序也就强制了操作的顺序。

控制开锁顺序的设备叫电脑钥匙，它可以接收经过逻辑判断而生成的符合五防操作逻辑的操作序列并按顺序逐一解锁，从而达到控制操作人员按照正确的操作顺序进行倒闸操作的目的。

结构关系如图(2)：
图(2)
二、微机五防系统结构及原理
微机五防系统结构如图(3)所示：
图(3)
1、五防主机：
五防主机通过串口或以太网方式与变电站综合自动化系统通讯，采集一次设备的位置信息，并根据设定的五防逻辑可生成操作票，对后台的遥控请求实现五防逻辑审核，也可以将操作票内容传输到电脑钥匙中进行就地解锁操作。

2、通讯适配器：
将五防主机中开据的一次设备操作序列转发到电脑钥匙内，也可将电脑钥匙内记忆的一次设备状态转发到监控系统。

与监控主机通过串口连接。

同时具有对电脑钥匙进行充电的功能。

3、电脑钥匙：
通过通讯适配器接收一次设备的操作序列，并按照顺序到一次设备安装现场逐一解锁操作。

把已操作的设备变位信息存储在电脑钥匙中，供五防程序调用。

与通讯适配器通过专有的传送插口建立通讯连接。

4、五防锁具：
安装于一次设备的操作机构或操作电气回路中，达到一次设备在未开锁状态下不能进行分合操作的目的。

锁具按照闭锁方式的不同分为电气锁和机械锁。

4.1、电气锁：
主要用于闭锁断路器和可电动操作的刀闸的就地操作。

电气锁被串接在设备的控制电源与分、合闸回路之间，且仅串接于电源与分、合闸回路之间。

正常操作时，将电脑钥匙插入电气锁中，如被操作的编码和电脑钥匙显示的编码一致，则电脑钥匙内部接通控制回路，闭锁解除。

允许操作。

合、分操作时，电脑钥匙检测到有操作电流流过，操作后该电流消失，电脑钥匙即认为本步操作结束。

如果操作人员走错间隔，电脑钥匙检测到锁码与提示的不一致，电脑钥匙将拒绝接通控制回路，设备无法操作。

根据控制回路电源的不同，电气锁分为直流电气锁和交流电气锁。

设备的控制回路电源是直流的串接直流电气锁，控制回路电源是交流电源的串接交流电气锁。

由于电脑钥匙只能检测到直流电流，交流电气锁与直流电气锁的区别就在于交流电气锁的锁体内有一个整流回路。

直流电气锁外形如下：
4.2、固定编码锁：
固定编码锁主要是针对手动隔离刀闸、接地刀闸、临时接地线、电动隔离刀
闸机构箱、端子箱门、户内、外各类网柜门等设备的闭锁。

闭锁时，利用安装在设备不可动部位的固定编码锁直接闭锁安装设备可动部位的锁具附件（如抱箍、闭锁盘、闭锁销等），使设备可动部位与不可动部位无法相对运动，从而实现对设备的整体闭锁。

解锁时，通过电脑钥匙检测锁具编码，并进行五防逻辑判断，确认该项操作是否符合操作条件。

若符合，电脑钥匙开放解锁机构，锁具解锁，允许设备操作；反之，则无法解锁，并发出语音报警。

锁具外形如下：
4.3、编码挂锁：
编码挂锁安装在设备的可动部位（如操作把手、操作连杆）与不可动部位的锁具附件（如锁鼻或闭锁销）。

未解锁状态下，由于锁环的阻碍，使设备可动部位与不可动部分无法相对运动，设备无法变位，从而实现对设备的整体闭锁。

解锁时，通过电脑钥匙检测锁具编码，并进行五防逻辑判断，确认该项操作是否符合逻辑判断。

若符合，电脑钥匙开放解锁机构，锁具解锁，允许设备操作；反之，则无法解锁，并发出语音报警。

锁具外形如下：
4.4、锁具附件：
和编码锁配合完成设备的闭锁功能。

如挂锁接地桩，将其固定端焊接于变电
站的接地网上，地线头端由于和接地线进行连接，在其接地头端加装挂锁，实现对接地线拆挂的五防闭锁功能。

接地桩如下图：
5、打印机：
打印输出操作票内容。

三、微机五防系统的基本操作
当运行值班人员接到上级调度部门下达的操作任务后，首先要在五防主机的操作票软件上开具该操作任务的操作票，在开票过程中五防软件对每一步操作进行逻辑判断，若操作正确则允许进行下一步操作，若操作错误则报警提示错误原因，提示操作人员更正，拒绝所有违反“五防”原则的操作。

开票结束后，通过通讯适配器将操作票内的一次设备操作序列传输到电脑钥匙中，操作人员使用电脑钥匙到现场进行解锁操作。

操作时电脑钥匙自身显示当前倒闸操作的项目，运行人员将电脑钥匙插入相应的设备编码锁内，通过其编码头检测操作对象是否正确。

若正确，电脑钥匙发出允许操作命令，同时开放其闭锁回路或机构，可以进行倒闸操作。

若走错间隔或误操作，电脑钥匙用语音发出错误警告，提醒操作人员错误操作的类型，并用液晶显示器显示当前错误操作的设备编号及应操作设备编号，达到强制闭锁的目的。

在操作过程中如果遇到需要到监控后台进行操作的项目，将电脑钥匙拿到主控室并插到通讯适配器上向五防汇报已经结束的操作并刷新虚点（监控采集不到的一次设备状态）信息。

汇报结束后在监控机上进行相应的操作，操作完成后根据提示信息继续下面的操作。

四、在线式五防系统
微机防误闭锁系统中的现场锁具无需敷设电缆，具有投资小、覆盖面广、可靠性高，结构简单的优点，所以得到广泛使用。

但是微机防误闭锁系统也有难以克服的缺点：
●微机防误闭锁系统不能实时取得现场实际位置。

操作期间，防误主机不
能在线跟踪操作的执行情况，只有在电脑钥匙回传后，才可以获得相关
的操作信息。

●“走空程”是离线式五防面临的最大安全问题，为了防止“走空程”，
需要设计式样繁多的固定锁（如位置检测锁）及其安装附件。

●在操作方式（遥控、手动操作）切换频繁的情况下，电脑钥匙需要多次
回传，操作较繁琐。

●微机防误闭锁系统的锁具及其附件类型繁多，装设复杂，容易出现可靠
性问题，增加了维护和运行的负担。

随着变电站自动化技术的不断推广，防误闭锁技术面临很多新的需求：
✓防误闭锁系统应该更加简单、可靠。

✓防误闭锁系统应该同时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。

✓防误闭锁系统应当同时实现对于站控层、间隔层、设备层三层操作的实时在线防误闭锁。

✓防误闭锁系统应当有助于运行人员正确操作习惯的培养。

基于上述新的要求，我们设计实现了一体化在线式防误闭锁系统。

1、总体方案
在正常的操作过程中，五防系统提供全程的、实时的五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁。

这是通过如下改进实现的：
A、在测控装置增加后台系统可控制的单独监控五防闭锁节点(JKWF)，串入
设备的控制回路，可确保操作满足五防逻辑判断和操作票顺序闭锁判断。

B、测控装置单独控制的测控五防闭锁节点（CKWF），串入设备的控制回
路，即使在后台监控系统故障的情况下，也可确保操作满足间隔层的五
防逻辑判断。

在操作的时候，只有监控五防闭锁节点(JKWF)闭合的情况下，操作才能出口。

监控五防闭锁节点(JKWF)默认都是打开的，从而可以保证遥控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，来控制监控五防闭锁节点(JKWF)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，将相应测控的监控五防闭锁节点(JKWF)闭合。

因此监控五防闭锁节点(JKWF)闭合就意味着经过了五防逻辑判断和操作票顺序闭锁判断。

不论后台监控系统是否正常，测控装置单独控制的测控五防闭锁节点（CKWF）串入设备的控制回路，也可确保操作满足间隔层的五防逻辑判断。

如果监控网是正常的，那么可实现全站的间隔层五防逻辑闭锁；如果监控网故障，也可实现本间隔的五防逻辑闭锁。

监控后台五防逻辑库的导出，可将监控后台中的五防逻辑库导出成用户要求的文本，用于核对五防逻辑。

用户可以全站导出，导出的五防逻辑中可查找某间隔的逻辑。

测控装置五防逻辑库的导出，测控装置的五防逻辑可方便的在后台监控界面中显示，并可与监控后台五防逻辑库核对、比较。

2、正常情况操作
在系统正常情况下，各层操作都满足五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁闭锁：1）对于监控后台的遥控操作，每步操作都必须经过后台的五防逻辑判断和操作票顺序判断；还经过测控装置的五防逻辑判断，这是通过串入
回路的测控五防闭锁节点（CKWF）实现的。

2）对于测控屏的当地操作，监控五防闭锁节点(JKWF)和测控五防闭锁节点（CKWF）都串入测控就地操作回路。

每步操作都必须经过后台的
五防逻辑判断和操作票顺序判断，这是通过串入回路的监控五防闭锁
节点(JKWF)实现的；还经过测控装置的五防逻辑判断，这是通过串入
回路的测控五防闭锁节点（CKWF）实现的。

3）对于汇控柜（端子箱或机构）的当地操作，监控五防闭锁节点(JKWF)和测控五防闭锁节点（CKWF）都串入汇控柜就地操作回路。

每步操作都必须经过后台的五防逻辑判断和操作票顺序判断，这是通过串入回路的监控五防闭锁节点(JKWF)实现的；还经过测控装置的五防逻辑判断，这是通过串入回路的测控五防闭锁节点（CKWF）实现的。

监控五防闭锁节点(JKWF)的闭合是后台监控在判断完成五防逻辑闭锁
和操作票顺序闭锁的前提下完成的，一次汇控柜的当地操作也满足五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁。

因此在现场操作，只有操作票上当前步骤才能操作，即使走错间隔，由于监控五防闭锁节点(JKWF)没有闭合，因此不会操作成功不会引发误操作。

4）对于地线网门等手动操作，可以使用电控锁来实现地线网门状态的返回，状态通过开入形成遥信量送到监控系统，通过在电控锁回路中串接监控五防闭锁节点(JKWF)，控制电控锁是否可以打开。

从而使手动设备也可以参与到五防闭锁系统中。

操作流程图
3、故障应对
在线式五防配置双监控主机以及监控双网实现备用。

如果一台监控主机故障退出，另外一台应该能够完成剩余操作而无需重新开票；单网故障时系统能正常运行。

当监控网或监控后台故障无法进行当地监控的遥控操作时，需要进行就地操作，就地操作分为测控屏上的就地操作和机构汇控柜的就地操作。

为了满足故障情况下和检修维护时操作的需求，要考虑监控五防闭锁节点(JKWF)和测控五防闭锁节点（CKWF）的解锁问题。

对于这两种节点的解锁方式，现在有两个方案：
方案一
监控五防闭锁节点(JKWF)和测控五防闭锁节点（CKWF）单独配置解锁把手。

JKJS CKJS
JKJS和CKJS单独配置可以应对各种操作方式：
系统正常的情况下，不论操作在后台遥控，还是到就地操作，都能够满足五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁的要求。

在后台监控主机故障的情况下，通过JKJS把手将JKWF解锁。

此时CKWF 还串接在回路中，保证就地操作能够满足间隔层五防闭锁逻辑。

在测控装置也出现故障的情况下，通过JKJS把手将JKWF解锁，通过CKJS 将CKWF解锁，保证就地操作可以进行。

本方案的优势是系统正常情况下，不论在远方还是就地操作，都能够保证操作满足逻辑闭锁和操作票顺序闭锁；本方案的缺点是设置两个解锁把手，操作有些复杂。

方案二
测控五防闭锁节点（CKWF ）单独配置解锁把手，监控五防闭锁节点(JKWF)借用远方就地把手。

系统正常的情况下，操作都是在后台遥控进行，能够满足五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁的要求。

本方案刀闸和开关的原理图如下所示：
在后台监控主机故障的情况下，通过远方就地把手（JKJS ）将JKWF 解锁。

此时CKWF 还串接在回路中，保证就地操作能够满足间隔层五防闭锁逻辑。

在测控装置也出现故障的情况下，通过远方就地把手（JKJS ）将JKWF 解锁，通过CKJS 将CKWF 解锁，保证就地操作可以进行。

五、基于Internet 的智能化网络五防
电力系统是一个大系统,其运行的操作控制方式一直是以电网安全为出发点,分为两级单位组织执行。

第一级是电网的调度部门，其主要职责是根据电网运行或检修任务的要求改变当前运行方式、系统安全地考虑电网中各个节点(变电站/配电网)设备操作顺序及步骤形成调度操作命令，下发到第二级（集控站/变电站/配电管理局，它们是电网上的节点或区域节点）。

第二级根据调度下发的操作命令要求结合本节点设备当前运行方式，形成完成调度命令任务的本节点或区域节点设备操作顺序及操作步骤，进行认真审核、现场模拟正确无后，进行执行具体的操作环节。

由于执行操作环节中容易出现误操作，所以现场必须配置防止误操作的防误闭锁系统，协助操作执行，避免人为操作事故的发生。

这两级单位中完成操作意图最清楚的是调度级，目前大多数供电企业这两级是相互独立的部门，
远方就地把手（JKJS ） CKJS
虽然调度业务有严格的调度管理条令和规程制度作为管理手段做保证（下级部门绝对服从上级部门的调度命令），但是由于现场作业环境大，主要靠电话/部分调度自动化系统作为实时指挥协调联系的手段，很难彻底保证操作过程中不出问题。

缺乏必要的操作过程的有效监控手段。

在电网操作整个过程中，从操作任务开始确定、电网运行方式改变、调度命令下达、节点操作票形成到模拟操作票、现场执行操作票、完成操作任务进入操作票的管理，各个环节都是相互透明的、完整的，使调度人员及监控人员能够实时了解到操作执行的具体情况，进行有效的监督和控制。

再配备配套的智能化防误闭锁系统，应该对防止电网误操作事故有一定的作用。

整个系统分为三部分构成：第一部分是基于Web浏览器客户/服务器方式构成的三层智能化电网及变电站操作票防误主机系统；第二部分是PDA掌上电脑及钥匙执行机构；第三部分是五防防误锁具。

系统组织结构原理示意图
系统主要功能：
基于Internet技术支持的智能专家操作票生成系统是整个系统的核心，它是一种网络化的工作平台，其主要功能如下所示：
1、根据操作任务生成调度操作票及电网各节点变电站操作票（一体化操作
票系统）。

2、通过基于Internet网络或通过本地USB端口采用数据同步的方式同变电
站端五防系统上传下载操作票及监控操作票执行情况的反馈。

3、同调度自动化系统采用TCP/IP协议通讯方式，实现电网操作结果信息
反馈监控功能。

4、建立以设备管理为核心的电网运行相关的设备台帐、信息数据库，实现
区域化设备统一编码及设备缺陷、操作统计、设备状态、标示牌的管理。

5、系统界面采用图形化方式，提供良好的用户界面。

6、通过串口采用电力行业标准通信规约，同调度模拟屏接口，将现场设备
实际的状态反映到调度模拟屏上。

7、具有调度操作票历史记录的管理功能，便于查询、统计操作票合格率、
设备操作次数、人员操作情况。

8、典型操作票的生成、录入、管理功能。

9、以web服务方式提供管理者随时上网浏览、查阅、监控操作票及其操作
过程、设备缺陷、设备状态、设备运行相关参数的情况。

10、具备防误操作逻辑闭锁和操作习惯规则为核心的目标推理操作票专家
知识库及推理机机制原理的专家系统。