智能变电站中五防的设计与实现
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作者: 齐炜
摘要：与常规变电站所不同的是，智能变电站强调了设备、标准化平台等功能，其重要特征在于集成一体化、信息标准化和协同互动化发展。五防系统是智能化变电站系统的重要组成部分，是防止电气误操作的必备手段。本文将结合智能化变电站的功能和特征，就智能变电站中五防的设计与实现进行简要介绍，与大家共同探讨交流，推动智能变电站技术的进一步成熟、完善。
一、引言
智能变电站是指采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，五防系统在智能化变电站中占据着重要角色，对其顺利实现有着至关重要的影响。随着科学技术的不断发展，IEC61850规约在自动化变电站中的成功应用，智能化变电站技术的网络化特征进一步完善，五防闭锁的设计和实现有了新的变化。
二、智能变电站中五防的设计
（1）五防的概念
五防指的是防止带负荷分合刀闸、防止误入带电隔离区间、防止误分合断路器、防止带电挂接地线、防止带地线合刀闸等五项防止电气误操作。
（2）智能化变电站对五防的要求
随着相关专业和技术的发展，一体化五防在智能化变电站中的应用成为趋势，它根据减少设备重复配置原则，通过变电站自动化系统的逻辑闭锁软件实现伞站的防误操作闭锁功能。从安全性、可靠性、经济性方面考虑，2009年国家电网公司明确提出防误操作等系统层的各项功能，应该高度集成一体化。随后提出三种方案规了范智能化变电站设计，加强了变电站的防误操作闭锁功能。
（3）智能化变电站中一体化五防的特点
实现操作票及防误闭锁功能是智能化变电站的显著特点，是通过采用监控系统中五防与监控系统一体化集成来实现。监控五防一体化系统配置具备以下特点：
作为监控系统的一个灵活的节点，五防工作站根据现场情况进行选择，不管是兼作操作员站或者是独立配置，都可以做到。而五防系统无缝融入到监控系统中，全图形化界面，形成监控功能的一个组件，大大方便了操作人员，即使不同时熟悉两套软件界面，用户都可以轻松操作，达到自如的运行，减轻了工作负担。
从监控的实时库中读取五防数据也非常的简单快捷，传统微机都需要采用通信方式，通过五防的中间环节，从而加大了提取难度。与以往不同，现在的提取方式更注重五防系统的运行性能和可靠性，在五防采集数据源的实时性和可靠性方面有所提高。这是监控系统与五防主机共享一套实时库，实现操作票功能、防误闭锁功能的具体体现。
为减少现场调试和维护的工作量，避免因为进行二次建模带来的麻烦，五防的图形系统和数据库与监控系统达成完全统一。同时，五防系统支持UNIX，WindowS／Li删x不同的操作系统，在跨平台灵活配置方面有得天独厚的优势。
总体上来说，五防系统的功能特点在于，与自动化系统融为一体，共用数据库和图形界面，自动化系统具有五防系统所有的功能，可以配置电脑五防锁具等等。
三、智能变电站中五防的实现方式
电气设备的不断更新、新技术的日渐发展，让五防系统的实现成为可能，通过国内有关研制单位的不断探索，初步形成的具体方式包括以下几种：
（1）电气防误闭锁
电气防误闭锁回路主要通过相关设备的辅助触点联接来实现闭锁，是一种现场电气联锁技术。作为电气闭锁最基本的形式，其显著特点是闭锁可靠。但这种接线方式较为复杂，需要接入大量的二次电缆，运行维护也较为困难。完整的“五防”不仅要能防止开关、隔刀和地刀的误操作，而且对误入带电隔离等操作也要能有效防止，而电气防误闭锁回路并没有做到这一点。
经过不断完善和总结，电气闭锁回路逐渐形成电力系统发展过程中一套行之有效的防误闭锁方法，实现起来方便、可靠，但是回路复杂，间隔多的大站实现起来耗费大量电缆，且在运行中存在刀闸辅助触点不可靠、户外电磁锁机构易损坏等问题。
（2）机械防误闭锁
机械防误闭锁装置应用于户内变电站中。一般情况下，厂家把机械防误闭锁装置设计在柜壳生产完成之时，以机械机构的有机联系来实现联动操作，让相关操作部位之间得以顺利衔接操作，这个方式方便快捷，得到广泛的采用，这是机械闭锁结构不断简单化的一个趋势。
机械防误闭锁完成闭锁的动作可靠，需要每项功能靠机械机构来传动，以达到闭锁要求装置，就算没有付诸操作，正反向闭锁都能成立。该设备优点诸多，能够防尘、防污染，在污染严重的环境安装也行得通，但它也是有缺点的，比如说无房装置靠机械机构传动。在操作过程中由于联动的环节多，增加了机构卡死故障现象的发生。同时，应用范围的局限性也是一个方面，不可避免的是它只能在开关柜中有动作联系，在能够用机械闭锁的地方和户外隔离开关与接地刀操作机构同处安装时，这个设备才能使用。
（3）程序锁
受距离限制，很多操作设备都不适用于户外配电装置，难以实现资源的最大优化配置。五防中的程序锁是按照相关操作部位的先后顺序，通过钥匙实现传递，它突破了距离的限制，在户外配电装置上有很大的优势，将户内间隔式配电装置以及开关柜双柜和开关柜与柜外配电设备间的闭锁联系起来。
程序锁在使用的时候必须从头开始，中间不能间断，这一最大的优点同时也存在缺陷，如果没有第一把锁的话，在活操作过程中某个操作部位就不能实施程序操作。比如在按钮上，程序锁就失去了作用而不能使用。
（4）传统的微机五防系统
微机五防系统的作用在于高压开关设备防止电气误操作方面，是计算机及网络通信技术应用于变电站自动化的结果。微机防误闭锁装置闭锁的设备有四类：开关、刀闸、地线（地线刀闸）、遮拦网门（开关柜门）。这些设备必须有软件编写操作闭锁规则，才能通过电编码锁和机械编码锁实现闭锁。
（5）一体化的微机五防系统
一体化的微机五防系统把变电站实时监控、故障信息系统子站、工程师站五防一体化以及变电站日常管理融为一体，是一体化设计理念的具体体现。其中几个子系统在设计为逻辑上相互独立，同时可以共用数据库和图形界面，这样的操作功能灵活性在于，既满足了信息共享的要求，又可以按照不同需求单独配置。
四、五防在智能化变电站中的应用
基于IEC61850标准，智能化变电站将智能化一次设备和网络化二次设备有机结合，分层构建了过程层、间隔层、站控层三层结构体系，以智能化的光纤通信网络代替繁杂的二次电缆，最终实现智能设备间信息共享和互操作。
智能化变电站在结构上实行大幅度的简化，在运行管理自动化水平上都有所提高，运行维护得到了改善与发展，这都是常规变电站复杂的二次电缆所无法比拟的。优化操作环境，简化操作步骤，智能化一键式操作使变电站倒闸操作更加安全快捷，它以间隔层设备为主体，有效避免了误操作。
五、间隔层五防对智能化变电站影响
通过GOOSE机制，智能化变电站的间隔层设备和过程层设备之间、间隔层与间隔层设备之间，实现了设备之间开关量的采集和控制，由此产生的新情况在于，过程层智能终端下放、传统的硬接点开入取消等。这是五防一体化的系统操作模式及防误闭锁所面临的新的挑战，面对新的要求，它需要运行人员改变操作习惯，不断熟练掌握操作技能。
由于自身的显著优势，IEC61850的智能化变电站技术受到国家的大力推广，随着智能化变电站建设的不断扩大，智能化技术得到进一步完善，一体化五防和网络化五防在智能化变电站中的应用会越来越广泛。
参考文献：
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[3] 陈志军，李剑刚，高宏伟．500kV综合自动化变电站的防误闭锁应用[J]．继电器，2006，34(18)：69―71．
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