五防技术发展与展望

一.五防闭锁技术概论

国内自1980年，原水电部提出在电力系统中要防止五种恶性电气误操作事故，倡导采用五防技术措施以来，相继出现的防误闭锁方式主要有3种：机械程序闭锁、电气联锁、和微机五防闭锁。另外，值得一提的是随着综合自动控制技术的发展，综自涉及的范围越来越广，一些综自厂家把五防闭锁功能纳入其系统中，形成所谓的“综自——五防一体化系统”。

所以，在这里我们把它也作为防误闭锁的一种方式来进行讨论。

下面我简要介绍一下这四种闭锁方式的工作原理及应用情况。

1. 机械程序闭锁

机械程序闭锁有 设备闭锁机构关联方式、设备操作机构关联方式两种类型。

a. 设备闭锁机构关联 主要通过机械程序锁实现,机械程序锁采用闭锁机构的机械关联保证操作程序的正确性。

具体讲，就是利用钥匙随操作程序传递或置换而达到先后开锁操作的目的。国内生产的程序锁分为两大类：即有弹子程序锁和无弹子程序锁。在第3次全国五防会议上提出倡导推广无弹子程序锁后，无弹子程序锁得到了一定的应用。无弹子程序锁又分为2种，一种是采用转角度走步法，可实现一把钥匙走到底；另一种是采用钥匙置换法。 在五防技术应用的早期阶段机械程序锁闭锁曾经发挥了一定的作用，但由于历史条件和设计方案的局限性，此类产品无法适应复杂接线方式的变电站(电厂升压站)防误操作的需要（如母联开关，母线地刀的闭锁），并且因操作复杂，使用可靠性差，防误功能不全而逐步退出上述市场。目前应用较多的是35KV以下的农网变电站，或者象铁路、石油系统等的一些大用户变电站，其造价根据规模不同大致在1万到3万之间。

b. 设备操作机构关联

此类闭锁主要通过单个设备内部的机械机构的相互关联保证操作程序的正确性。目前多应用于XGN柜、小车柜的闭锁或其他手动设备的母刀、线刀与手动接地刀闸的互联闭锁中。就XGN柜来讲，单个设备已具了一定的防误功能，但整体防误功能不够完善，比如：每个间隔内的开关、刀闸、地刀间的操作具有防误功能，但就整个配电系统来说，“防止误分合线路开关、母联开关、分段开关”、“出线侧带电挂地线”等的操作防误功能就很不完善。

以“出线侧带电挂地线”为例，XGN柜中没有出线验电功能，所以在合接地刀闸前必须进行验电操作，如果没有验电装置或验电过程不细致走形式主义就极容易发生“带电挂地线”事故。

针对这一问题，珠海共创推出了一套完整的解决方案，具体作法是：在出线侧加装“高压

带电显示装置“并与微机五防闭锁装置接口。这样一来，既可以解决“出线侧带电挂地线”的问题，又可以解决“防止误分合线路开关、母联开关、分段开关” 的问题。 总之，此类设备自带的闭锁只能实现设备内部的局部闭锁，要实现全站的完整闭锁还需要与其他五防闭锁装置配合使用。

2．电气联锁

电气联锁是由电气设备的辅助接点、电气连线(电缆)及电磁锁按一定的防误逻辑关系组合而成的一种闭锁电路（方式），此闭锁方式的优点是实时性强，操作简单，使用方便，此闭锁方式在防误工作中也发挥了积极作用，目前仍有不少应用（比如：惠州500KV变电站的电气联锁系统、GIS设备内部隔离开关、刀闸、PT、CT的电气联锁等），缺点是需敷设大量电缆、施工工作量大；辅助接点可靠性差导致系统稳定性不高；电磁锁需配置专用电源，防雨、防潮、防霉问题不易解决；维护工作量大且造价过高等，所以其应用推广受到很大的限制。关于这一点，举个例子：

以下是摘自《国家电网公司防止电气误操作现场研讨会上的发言》中有关上述闭锁方式应用实例的描述：

“500KV敬亭变是华东区域的一个重要变电站，其防误闭锁装置分为4个层次：接地刀闸与主刀闸之间的机械闭锁；本电气单元之间通过辅助接点串联闭锁；开关、电动刀闸、电动接地刀闸的电磁闭锁(500KV装置的闭锁)和后台层面的6DM66、6DM63闭锁。存在的主要问题是：一是一个站用几套防误装置，增加了操作的复杂性，不利于运行人员的掌握和运行管理；二是220KV部分闭锁辅助接点不可靠，电磁锁易卡涩、锁不住等。

这一描述充分映证我们对电气联锁缺点的分析。所以，如果没有较强的维护能力，该类系统将很难使用。

3. 综自站的“一体化五防闭锁”

目前，一些变电站监控系统本身带了“五防”闭锁功能，一些综自厂家也不断的推介“一体化”五防系统，其基本做法是：在监控层，自动化系统软件将一、二次设备操作的防误闭锁逻辑条件写进综自软件程序，在执行遥控操作时，首先由综自系统进行能否操作的逻辑判断，符合倒闸操作要求和条件时，系统开放操作，否则闭锁操作。该功能对于电动操动机构具备一定的防误效果，但是如果一次设备达不到全电动操作的时候，对手动操作机构、网门、接地线等的闭锁还必须由其他闭锁系统实现，否则将不能实现五防中大多数的防误功能。

另外，这种系统在可靠性方面还存在隐患：

首先，它对设备的闭锁为软闭锁方式，由自动化系统软件实现，不象其他防误系统由锁具或机构对设备进行物理闭锁，即硬闭锁。一旦自动化系统软件由于不可测因素（如：干扰、病毒、死机等原因）不能正常运转，则所有设备操作均失去防误保障，极易产生误操作事故。

其次， 如自动化系统软件闭锁功能不全，容易产生误导作用，从而导致事故的发生。

以重庆长寿500千伏变电站为例，该站安装了计算机综合自动化监控系统，采用了计算机逻辑闭锁防误功能，没有采用专用防误操作装置和电气闭锁，当需要进行就地单相操作时，防误装置功能出现空白，最终导致事故的发生。此次事故就是高压试验需要短时断开一相接地刀闸的操作。

从以上分析来看，尽管此项技术有一定的技术前瞻性，对于无人值班站不需要到现场的操作项目具有适用性，但从防误的可靠性、全面性来看还远不具备实用价值。

前几年尝试采用该方式进行设备闭锁的省局或地区局（如广东省）已基本摒弃此种方式，

几乎全部采用独立的微机五防闭锁系统作为主要的防误手段。

4. 微机五防闭锁

80年代中期，计算机技术进入了防误闭锁领域，其装置统称为“微机闭锁装置”，二十年来，经过了几代技术的发展变迁，已成为既成熟又实用的一个技术分支。特别是这些技术应用于电力系统，在综合自动化、微机保护如日中天般获得大力推广的今天，微机防误闭锁技术同样具有相当的生命力，并处于不断的发展中。

就微机五防产品而言，虽然各厂家的产品各有其特色，但基本原理和采用的技术手段大致相同，装置主要由PC机、智能模拟屏、工控机、电脑钥匙和各种锁具组成。 通过在PC机或智能模拟屏上模拟预演，由系统内预先存储的逻辑规则和状态对每步预演进行判断，并通过串行接口通讯将操作步骤输入电脑钥匙中，然后用电脑钥匙打开装于现场相应设备上的编码锁，然后进行倒闸操作。

微机闭锁经过十几年来不断的完善和发展，已开始在电力系统大面积推广应用，其综合指标相比其它防误闭锁装置具有不可比拟的优越性。特别是闭锁全面、操作方便、维护简单、性能可靠、造价相对较低受到电力系统的肯定。

二. 微机五防闭锁技术的发展

从时间及问题侧重点，可将微机五防闭锁技术的发展大致划分为如下几个阶段：

1、第一阶段产品--早期的微机五防闭锁系统：95年以前的微机防误闭锁装置均以PC机为控制核心，我们称之为PC机阶段。以珠海共创的FY90型装置为例，系统的组成为：PC电脑、模拟屏、电脑钥匙、链条式固定锁。这是微机防误装置的起步阶段，它克服了传统防误闭锁装置（如机械程序锁、电磁锁）的种种弊端，以其极强的适应性、调试、维护简单，投资省等优点，迅速为广大用户所接受，逐渐成为防误装置的主流。

早期微机五防装置的突破在于：

1）首次把微机控制技术应用到电力系统防止误操作上；

2）首次抽象出防误闭锁操作规则的数学模型，创立了至今仍然应用的五防规则逻辑表达式；

3）独创性的使用钥匙、锁具编码识别技术和链条式固定锁；

4）现场设备状态采用记忆对位，避免了敷设大量电缆，降低了对防误主机性能和容量的限制

早期的微机五防装置的的缺点在于：

其可靠性依赖于电脑的正常运行，易受外界因素（如：操作使用不当、电脑病毒的破坏等）的影响造成系统瘫痪，对操作人员的素质及管理水平要求较高。而且在这一阶段中，一些关键的部件，如电脑钥匙及锁具，无论在性能或工艺上，都处于一个初级阶段，象户外链条锁易锈蚀、容易折断，电脑钥匙无语音和显示提示，人机交流不够好等。 目前投放市场的第一代产品大多数经过了升级改造，尚在运行的装置数量较少，以FY90型产品为例，目前市场上尚在运行的装置大概为80套左右。

2、第二阶段产品--现有的常规型微机五防闭锁装置：从93年至98年，微机防误闭锁装置广泛吸取了用户的使用经验，并根据电力系统对防误闭锁装置的要求，着重解决了防误闭锁装置的可靠性、稳定性的问题，形成一代以工控机为核心的系统。以共创公司的FY2000A型微机防误闭锁系统为例，其组成为：五防专用的MMPS工控机（抗干扰能力强、不会感染病毒、看门狗）、玛赛克模拟屏（玛赛克结构，利于一次接线的更改和扩容，利于控制元件的安装）、防锈挂锁、单体固定锁（结构简单、可靠性高、不易生锈、与设备一一对应）、Superkey电脑钥匙（实现液晶显示及语音提示功能、人机界面友好，运行人员操作更简单）。专用的单片机技术应用于五防，极大提高了系统的整体可靠性，电脑钥匙也实现液晶显示及语音提示功能、人机界面友好，运行人员操作更简单。在模拟屏、锁具等硬件的制造上精选材料、严格制造工艺，使产品的品质有了大幅度的提高。该阶段产品的推广应用实际上代表了微机五防装置进入了成熟阶段。

这一阶段特别值得一提的是户外防锈挂锁的出现：

微机防误闭锁装置功能的实现是由主控设备、电脑钥匙及防误锁具三部分设备配合完成的，三部分设备缺一不可。早期的微机五防装置在锁具方面主要采用链条式固定锁和少量普通结构的挂锁对设备进行闭锁，挂锁存在性能问题；链条式固定锁安装较复杂、成本高，一部分用户不愿使用。因而在相当长的一段时间内，锁具的问题一直是制约防误装置整体性能提升的瓶颈。就普通结构的挂锁而言，这主要是由于防误锁具长期暴露在户外空气中，经受日晒雨淋，极易老化生锈，发生操作卡涩、甚至打不开锁的现象，从而影响到微机防误装置功能的发挥。

针对这一问题，各个厂家纷纷从锁具材料上下功夫，尽可能采用一些防锈的材料及处理工艺来减少生锈问题，但是，由于防误挂锁锁芯本身的结构相对比较复杂，即使全部采用防锈器件制造，如果有雨水灌入并产生电化学反应，仍然难以避免生锈和卡涩。所以，在很长一段时间内，挂锁生锈的问题得不到很好的解决，进而制约了微机防误闭锁装置性能的提升。

有鉴于此，珠海共创在充分总结经验的基础上，在98年率先推出了采取巧妙的“对扣式防雨帽”和“单边锁定”技术设计的高防雨性能挂锁（该项技术已申请了国家专利，专利号：ZL 98 2 34832.0），从根本上提高了挂锁的防雨性能。随着技术的交流和推广应用，国内主要防误厂家陆续采用了同样的设计，这才从根本上解决了困扰防误厂家和广大用户多年的锁具锈涩问题。

3、功能完善阶段（98年至2002年）：这一阶段着重对防误闭锁装置的闭锁功能及闭锁方案进行了完善，从而使防误闭锁装置的适用性有了较大的提高。

重点解决的课题：

1．解决了装置“防走空程序”问题；

2．引入了智能语音、操作追忆等新技术，加强并延伸了五防装置的实用功能；

3．完善了针对XGN柜、小车柜、GIS、PASS设备的闭锁方案；

4．根据“防止带地线送电”、“带电挂接地线”等误操作的需求，研发了地线库管理技术；

5．紧跟电力系统综合自动化技术发展的步伐，制定了针对综自站及集控站的闭锁方案等。

第三阶段产品是当前微机防误领域的主流产品，目前各地区电力系统订货选型时多数选用的都是该型产品。

到目前为止，FY2000型微机防误闭锁系统的订货总量已达5000多套，占到全国微机防误装置总量三分之一强。其中广东省订货总量已突破1200套，占广东省微机防误装置总量的80%以上。

通过以上介绍可以看出：微机闭锁经过十几年来不断的完善和发展，已在电力系统大面积推广应用，其综合指标相比其它防误闭锁装置具有不可比拟的优越性。特别是操作方便、维护简单、性能可靠、造价相对较低受到电力系统的肯定。因此，微机防误闭锁作为防误闭锁领域的绝对主力已是无可争辩的事实。

三. 微机五防闭锁技术面临的问题与挑战

任何事物都是依据其自身的客观规律循序渐进地发展的，技术的发展一般遵循需求--提高，再需求—再提高的规律，需求不止发展也就永远不会停滞。微机五防闭锁技术的发展也不例外。通过上面介绍大家知道：微机闭锁与其它防误闭锁装置相比具有无可比拟的优越性，但这并不意味着现有微机五防闭锁技术就没有问题了，实际上其自身还有很多不足，比如：

1．离线操作模式的安全隐患问题；

2．系统造价偏高，使微机防误闭锁无法向广度发展的问题；

所谓“离线” 操作模式，是指在操作过程中电脑钥匙与主控系统之间没有通讯联系，此种模式下电脑钥匙只能顺序执行预存的操作票。由于离线模式而导致微机防误装置失去防护效果，发生误操作事故的例子很多，比如某电厂对一条热备用线路转停电检修操作时，在运行人员前往现场操作的过程中由于二次的原因断路器重合，而运行人员未能及时接到通知，仍然用电脑钥匙按预存的操作票打开线路侧刀闸的防误锁具，然后拉开刀闸，造成一起带负荷拉刀闸事故。某变电站执行某线路停电检修操作时，运行人员持电脑钥匙接通电气锁回路并断开断路器，然后用电脑钥匙打开线路侧刀闸的防误锁具，拉开刀闸，却造成一起带负荷拉刀闸事故，事后分析原因是由于断路器的触头没有完全脱开造成的。此外，在综自站遇到代路、导母等操作时，运行人员遇到监控操作则必须返回主控室才能确认操作步骤，导致操作人员多次往返奔波于主控室和现场之间，增加了人员的负担，也降低了操作效率。以上种种问题，在“离线”模式的微机防误闭锁装置中是无法解决的。

系统造价偏高是制约微机五防闭锁技术向广度发展的瓶颈。

随着国民经济的持续发展，电力系统的安全要求越来越广泛，农网、配网中对防误操作的要求日益迫切，终端变电站、开闭所因误操作所造成的损失日益引起重视。目前一般采用的机械程序锁的闭锁模式，由于闭锁功能不够完善、易老化、不易维护、无法有效管理等原因，难以发挥完善的防误作用，而现有的微机防误闭锁装置由于结构复杂投资较大，也难以适应于投资极为有限的10kV、6kV变电站或开闭所。这样就使该类变电站防误操作面临难题，存在巨大的安全隐患。

通过以上介绍可以看出：微机五防闭锁要获得更好的应用还需要与时倶进，不断提高。

四.新一代微机五防闭锁技术的发展

可能是大家都看到了这一点，所以2000年后众厂家均致力于上述问题的解决。

就象5亿年前寒武纪发生地球生命大爆发一样，2002年后，新型微机防误闭锁产品层出不穷，有的致力于解决离线操作问题（如珠海共创的蓝牙系统、DC系统）；有的致力于解决设备成本高、结构复杂，难以适应35kV、10kV、6kV变电站或开闭所需求的问题（如珠海共创生产的PDA掌上微机防误闭锁系统）；有的则致力于解决与综合自动化设备的溶合问题（如优特的“三屏合一” 系统）。下面以珠海共创产品为主线介绍一下新型微机防误闭锁产品的发展情况：

1．FY2000LY型（蓝牙）微机防误闭锁系统和FY2000DC型变电站综合防误闭锁系统

针对离线操作模式存在安全隐患问题，珠海共创投入巨资先后研发成功FY2000LY（蓝牙）型微机防误闭锁系统及FY2000DC型变电站综合防误系统两套“在线”模式的微机防误闭锁系统，从而很好地解决了上述问题。其中，FY2000LY型（蓝牙）微机防误闭锁系统的设计思路是：

采用小型无线数据网（LAN+Bluetooth）、视频摄像及传送、浮动电流检测、智能语音合成等新技术在原有产品的基础上构造一种具备现代新型防误闭锁系统特征的新系统。 它采用的小型无线数据网络技术，实现了微机防误闭锁系统的电脑钥匙与主控设备之间的无线信息同步，同时运用网络中心拓扑技术，成功解决强电磁干扰环境中无线信息发送及接收的稳定性和成功率等关键问题，并成功降低了发射功率，确保产品在变电站干扰敏感区的安全使用。

特色和创新之处在于

带来隐患。据不完全统计，我国历年电网电气误操作事故中大部分都是在使用万能钥匙进行解锁操作时发生的。因此，如何减少甚至避免使用万能钥匙，是关系到电网安全的重大课题。

智能解锁钥匙采用PDA技术，并应用先进的嵌入式操作系统，在一把PDA电脑钥匙上集成专用控制软件、黑匣子记录、监护权限确认、开锁操作等各项功能，既能快速响应解锁操作需求，又有技术手段确保每一步操作都经过监护人确认，从而替代万能解锁钥匙，杜绝安全隐患。该钥匙具有多种制式，可兼容国内主要防误厂家的锁具，因此具有广泛的适用性，是杜绝万能钥匙带来的安全隐患的有效解决方案之一。

结束语：

以上，以《五防闭锁技术概论》为题对防误闭锁的发展进行了简单的回顾，明确了各种闭锁方式的使用现状；以《微机五防闭锁技术面临的问题与挑战》为题介绍了通用型微机五防产品存在的问题；以《新型微机五防闭锁技术的发展》为题阐述了目前微机五防产品的发展情况和今后的发展方向。相信通过大家的共同努力，会有更多功能更全、性能更高、适用性更强的新型微机防误闭锁产品不断地涌现。