浅谈微机五防系统基本原理

浅谈微机五防系统基本原理

本文重点阐述了微机五防的基本理论和系统应用，将微机五防系统与传统电气五防系统进行比较，对微机五防系统的优点进行了初步分析，提出了微机五防系统在实际应用中需考虑的几点小问题。

标签：微机五防，电气五防，电力系统

电力系统“五防”规定了电气设备防误的设计、运行、管理原则，要求带电设备必须安装防误装置，以达到防误操作的目的。防误操作技术随着电力系统的快速发展也在不断提高，先后出现了机械五防、电气五防、微机五防、在线式五防等多种闭锁形式，其中微机五防的应用最为广泛。

1. 微机五防系统概述 1.1. “五防”功能的定义

“五防”具体是指：防止误分、合断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电挂（合）接地线（接地刀闸）；防止带接地线（接地刀闸）合断路器（隔离开关）；防止误入带电间隔。

1.2. 微机五防系统的基本组成

微机五防系统是一种采用计算机技术防止高压电气设备误操作的系统。系统中的闭锁规则库取代了现场大量的二次闭锁回路，实现了五防闭锁的数字化。微机五防系统主要由电脑主机、模拟屏、电脑钥匙、编码锁等功能元件组成。

电脑主机：安装有防误闭锁软件，并具有操作票和系统管理功能。设备厂家人员预先根据变电站、开关站的实际情况编写防误规则。电脑主机通过其与监控系统之间的串行口通信，获取现场一次设备的实时信息，使主机上的模拟图与实际设备状态完全一致。主机上的“操作票管理系统”提供了模拟操作的环境，可以快速、正确地生成符合要求的操作票。即操作人在主机进行设备的模拟操作，系统根据防误规则判断操作是否正确，发现误操作立即提醒操作人修正，最终把正确的操作票发送到电脑钥匙进行实际操作。

电脑钥匙：微机五防系统的核心设备。电脑钥匙从主机接收正确的操作票，操作人员按电脑钥匙上的操作程序进行解锁操作，操作任务完成后上传主机，操作全程记录入主机，实现操作过程、信息、设备状态的闭环控制。

编码锁：采用数字化结构，能实现按电脑钥匙的操作指令闭锁、开锁的锁具。编码锁分为电气编码锁和机械编码锁。电气编码锁主要用于闭锁控制回路；机械编码锁主要用于隔离开关、接地刀闸、网柜门、临时接地桩等设备的闭锁。

1.3. 微机五防的五层防线理论

微机五防系统提出了电气防误操作的五层防线理论，该理论是电力系统五防体系新思维的体现，是微机五防系统构建的理论基础之一。五层防线的定义是：为防止电气误操作，从设备操作过程全程防误的角度出发，用技术措施在人和设备之间筑起的五层防线，从根本上杜绝电气误操作的发生。五层防线结构示意图如图1所示：

（1） 权限设置层：该层进行权限定义，管理及分配系统中各用户的权限，保证只有具备系统定义权限的人才有对应设备的控制权。

（2） 唯一操作权层：对于任何设备，在任意时刻，应确保只有唯一人员可以取得该设备操作权。该人员取得操作权后，任何其他人员，都不能操作该设备。

（3） 模拟操作层：实际操作前，通过模拟操作，使用微机五防闭锁逻辑规则进行正确性确认，确保操作程序准确无误。

（4） 实时控制层：根据主机从监控系统实时获取的闭锁元件的状态，通过闭锁逻辑判断、操作过程状态跟踪分析等方法形成多项判据，实现操作过程实时解、闭锁，有效地解决“空程序”问题。

（5） 闭锁元件层：能够识别系统的数字化锁具和解锁工具，对五防系统内的所有设备实现可靠的强制闭锁、智能解锁功能。

2. 微机五防系统的一般使用

运行人员接到操作命令，首先以对应权限的用户身份登录主机，在五防系统接线图上对操作过程进行模拟，将符合“五防”逻辑的操作过程加入到操作票中，预演结束后将所预演正确的操作票传输到电脑钥匙中，最后持打印操作票及电脑钥匙到现场进行实际操作。

操作时，运行人员遵循操作票对应电脑钥匙上显示的设备名称，将电脑钥匙插入对应的编码锁内，通过其探头检测操作对象是否正确，若正确则显示正确提示信息，同时解除其闭锁，可以进行操作；若电脑钥匙插入错误的编码锁内，则无法解锁，同时发出警报以提醒操作人员。本项操作完成后，电脑钥匙将自动显示下一项操作内容，进行下一步操作。当所有操作步骤完成后， 操作人员将电脑钥匙信息回传主机， 由主机根据回传信息确认操作票完成，整个操作过程完毕。

3. 微机五防与传统电气五防的比较

微机五防系统一般分为配置独立于监控系统的专用微机五防系统和监控系统与五防系统一体化，前者是微机五防系统应用的主流。配置独立于监控系统的专用微机五防系统有完整的全站闭锁。远方操作时通过系统电脑主机实现防误操

作闭锁功能，现地操作时则由电脑钥匙和锁具来实现。

传统电气五防一般通过在控制回路中串入开关和刀闸的辅助接点来实现，其优点是闭锁可靠，缺点是需要接入大量的二次电缆，接线方式复杂，运行维护较困难；微机五防则通过写入五防规则库的软件系统和现场锁具实现五防闭锁，不直接采用设备的辅助接点，接线简单。由于只有开关、刀闸和接地刀闸等有控制回路，误入带电间隔、接地线的挂接（拆除）等则成为了电气五防系统的“盲区”；微机五防系统则可将现场实际情况编写入五防规则库，结合锁具实现较为完整的“五防”功能。专用微机五防系统还具有以下几个优点。（1）微机五防系统与监控系统是两个相对独立的系统，前者通过单向通信通道从后者获取设备状态信息，能够保证系统的安全性，可靠性高；（2）远方和现地操作均具有强制性防误操作措施，能够实现真正意义上的设备及人完整“五防”；（3）五防系统的独立性使设备的操作变得极为方便。

4. 小结

微机五防系统实现了防误闭锁的数字化，是电气设备防误闭锁技术的一个突破，但其在实际应用中还存在一些问题。如五防主机故障导致五防功能完全失去；现场复杂的地形、电磁干扰等对五防主机与电脑钥匙之间通信的影响；微机五防系统的“走空程”问题等。在推广应用微机五防系统前，得充分考虑其存在的这些不安全因素，同时适度保留电气闭锁回路也可以是一种有效的过渡性防误闭锁方式。

参考文献

[1] 宋占岭、余斌、王志林，变电站微机五防可靠性分析及改进，北京四方继保自动化股份有限公司，2010年；

[2] 潘盛，微机五防系统在东莞供电局变电站的应用及探索，华南理工大学，2010年；

[3] 李斌，集控站微机五防系统应用研究，华北电力大学，2008年。