微機(jī)防誤閉鎖關(guān)鍵技術(shù)的回顧和展望

微機(jī)防誤閉鎖誕生已經(jīng)20多年了，作為一種較早在變電站使用的微機(jī)技術(shù)，經(jīng)過(guò)了幾代技術(shù)的發(fā)展變遷，成為成熟又實(shí)用化的一個(gè)技術(shù)分支。信息技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為此提供了保證，特別是這些技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)，在微機(jī)保護(hù)如日中天般已經(jīng)得到推廣的同時(shí)，微機(jī)防誤閉鎖技術(shù)同樣處于不斷的發(fā)展中。

任何技術(shù)發(fā)展都是循序漸進(jìn)的，微機(jī)防誤閉鎖技術(shù)發(fā)展也是多項(xiàng)技術(shù)交織在一起成長(zhǎng)的，所以本文以產(chǎn)品中的關(guān)鍵技術(shù)為主線加以闡述，對(duì)目前正在使用的技術(shù)及未來(lái)的走向做一個(gè)拋磚引玉的探討。

1、 微機(jī)防誤閉鎖的發(fā)展歷史

第一代微機(jī)防誤裝置的突破在于：1)首次把嵌入式控制技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)防止誤操作上;2)首次抽象出防誤閉鎖操作規(guī)則的數(shù)學(xué)模型，創(chuàng)立了至今仍然應(yīng)用的AEMO規(guī)則邏輯表達(dá)式;3)獨(dú)創(chuàng)性的使用鑰匙、鎖具編碼識(shí)別技術(shù)，針對(duì)幾乎沒(méi)法使用的室外鎖具推出了一種非常簡(jiǎn)單的但非常可靠的掛鎖;4)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)采用記憶對(duì)位，避免了放置大量電纜，降低了對(duì)防誤主機(jī)性能和容量的限制。

模擬屏主機(jī)采用8位單片機(jī)，集中對(duì)屏面設(shè)備采樣，屏上各項(xiàng)提示采用數(shù)碼顯示，電腦鑰匙也采用8位單片機(jī)，人機(jī)界面采用數(shù)碼顯示，防誤閉鎖操作規(guī)則編寫靈活，能夠適應(yīng)變電站復(fù)雜的操作順序。由于變電站是常規(guī)的操作屏、常規(guī)保護(hù)裝置，微機(jī)閉鎖系統(tǒng)，首次突破性的提出“模擬屏+電腦鑰匙+掛鎖”方案，從可靠性、操作規(guī)則靈活性上，解決了長(zhǎng)期困擾電力系統(tǒng)的誤操作難題。從此電力系統(tǒng)防誤操作告別了機(jī)械閉鎖、電磁閉鎖，進(jìn)入微機(jī)閉鎖時(shí)代。

但是使用過(guò)程中仍然不方便，人機(jī)交互不直觀、電腦鑰匙體積較大，設(shè)備變位得不到立即反映，不利于操作人員使用等缺陷變成突出的難題。

微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是分布式控制技術(shù)的發(fā)展，防誤閉鎖系統(tǒng)進(jìn)入了第二個(gè)發(fā)展階段，此階段主要技術(shù)集中在：

1) 分布式處理技術(shù)：模擬屏體內(nèi)發(fā)展出簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)各個(gè)屏內(nèi)元件的位置采集和控制采用分布在屏內(nèi)的I/O板卡完成，這樣可以提高可靠性;

2) 人機(jī)界面：采用大屏幕VFD漢字顯示技術(shù)，電腦鑰匙實(shí)現(xiàn)了雙行漢字界面，電腦鑰匙體積明顯的縮小和便于攜帶;

3) 電氣閉鎖技術(shù)：通過(guò)開(kāi)關(guān)閉鎖繼電器，實(shí)現(xiàn)了斷路器的電氣閉鎖;

4) 實(shí)時(shí)采集技術(shù)：斷路器設(shè)備的位置能夠及時(shí)采集回來(lái)，實(shí)時(shí)對(duì)位，

5) 實(shí)用化技術(shù)：本階段最重要的是一系列技術(shù)的實(shí)用化。

從此微機(jī)閉鎖技術(shù)走向成熟，市場(chǎng)也逐步形成，用戶開(kāi)始認(rèn)識(shí)到各種閉鎖裝置中，微機(jī)防誤閉鎖裝置才是真正出路，微機(jī)防誤閉鎖設(shè)備在變電站設(shè)備中，作為一個(gè)細(xì)分市場(chǎng)的地位得以確立。在發(fā)現(xiàn)有利可圖情況下，一些廠家紛紛模仿，成就了一批微機(jī)閉鎖生產(chǎn)廠家，奠定了微機(jī)防誤市場(chǎng)堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

第一代變電站自動(dòng)化設(shè)備，主要集中在使用RTU實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，這時(shí)發(fā)展起來(lái)的第二代微機(jī)防誤裝置完全能夠滿足要求，但是，隨著變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)保護(hù)、測(cè)控裝置迅速采用，無(wú)人值班變電站、集控站在5年左右的時(shí)間迅速推廣，原來(lái)看得著摸得著的設(shè)備，一下子被一個(gè)又一個(gè)黑匣子代替，變電站日常運(yùn)行中關(guān)鍵數(shù)據(jù)被爆炸式的數(shù)據(jù)量所淹沒(méi)，變電站運(yùn)行值班人員不得不面對(duì)一系列形形色色設(shè)備，特別是變電站監(jiān)視、操作界面，有的主張?jiān)诋?dāng)?shù)匚C(jī)，有的主張?jiān)诒Ｗo(hù)監(jiān)控屏上設(shè)備小顯示器，運(yùn)行人員和設(shè)備的交互被強(qiáng)制性的剝奪了?，F(xiàn)場(chǎng)看不到、柜體上不全面，微機(jī)上不可靠，運(yùn)行操作更加復(fù)雜化了，運(yùn)行管理模式一時(shí)間無(wú)法適應(yīng)，如何讓運(yùn)行人員從海量般繁瑣的數(shù)據(jù)中找到關(guān)鍵數(shù)據(jù)，從分散的各個(gè)設(shè)備界面上找到故障設(shè)備，如何簡(jiǎn)化運(yùn)行步驟、降低運(yùn)行人員的工作負(fù)擔(dān)，微機(jī)防誤裝置作為變電站運(yùn)行安全的核心裝置，面臨著新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。由此發(fā)展一種從復(fù)雜技術(shù)中解放人員的運(yùn)行操作界面成為緊迫的需求――變電站綜合操作系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

在英特爾摩爾定律的天才預(yù)見(jiàn)下，CPU飛速發(fā)展，大容量高性能CPU為解決微機(jī)防誤閉鎖遇到的問(wèn)題提供了基礎(chǔ)。降低運(yùn)行負(fù)擔(dān)又能夠適應(yīng)變電站自動(dòng)化的發(fā)展的“綜合操作屏”誕生了。本階段由于發(fā)展的迅猛，出現(xiàn)了分化，一部分原因是一些廠家技術(shù)儲(chǔ)備一時(shí)未跟上，一部分原因是，部分人員的指導(dǎo)思想是“為技術(shù)而技術(shù)”，應(yīng)用為“技術(shù)”服務(wù)，人為“技術(shù)”服務(wù)。所以在當(dāng)適合于變電站應(yīng)用的“綜合操作屏”被用戶認(rèn)可時(shí)，陷于純技術(shù)泥潭的分支也一直在蹣跚而行。

這個(gè)階段的技術(shù)主要體現(xiàn)在：

1)“三屏合一”綜合操作技術(shù)：由于微機(jī)監(jiān)控、保護(hù)的采用，“三屏合一”技術(shù)解決了老式控制屏不能滿足數(shù)字信息顯示障礙;微機(jī)保護(hù)、監(jiān)控裝置有的在控制室、有的在開(kāi)關(guān)柜上，故障情況下，微機(jī)保護(hù)的大量信息很難讓運(yùn)行人員立即定位故障，采用“三屏合一”技術(shù)解決了原來(lái)運(yùn)行人員關(guān)心的故障信息反饋問(wèn)題;由于防誤操作的模擬屏和運(yùn)行操作的操作屏都需要一次系統(tǒng)接線圖，所以把模擬屏融入控制屏中，通過(guò)功能切換，既節(jié)省了空間，也使得“兩票三制”的安全管理流程獲得流暢的滿足。

2)RFID技術(shù)：由于部分變電站規(guī)模增加，特別是集控站投運(yùn)，參與閉鎖的點(diǎn)數(shù)膨脹，原來(lái)的編碼資源不能滿足，而RFID技術(shù)是新近發(fā)展起來(lái)的用于取代過(guò)去條形碼智能數(shù)字標(biāo)簽，不會(huì)重碼，識(shí)別技術(shù)成熟，應(yīng)用到變電站防誤操作的鎖具上，堵塞了重碼安全漏洞，省去了維護(hù)和調(diào)試工作量;

3)電腦鑰匙功能增強(qiáng)：采用大屏幕顯示器，可以顯示一條完整的操作步驟，對(duì)二次項(xiàng)的操作提示更加完善;傳輸采用IrDA高速紅外傳輸口，具備GPRS遠(yuǎn)程傳輸功能，大容量可充電鋰電池;現(xiàn)場(chǎng)操作錄音功能等等都得到支持。

4)屏體數(shù)字化元件技術(shù)：如觸摸微動(dòng)燈頭、可靠的數(shù)字表頭?？刂破?、信號(hào)屏、模擬屏合并必須有數(shù)字元件的支持，而這些元件的可靠性和豐富的功能，保證綜合操作屏作為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品受到廣泛的用戶歡迎;

5)32位嵌入式CPU及分布式多機(jī)技術(shù)：由于上面提到的變電站自動(dòng)化產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，在變電站層面上，要求有強(qiáng)大的主機(jī)處理性能，信息實(shí)時(shí)性也必須要滿足，所以要求數(shù)據(jù)分級(jí)處理，綜合操作屏內(nèi)分布有多級(jí)高速信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)主機(jī)、分機(jī)的協(xié)調(diào)處理，提供了一套功能強(qiáng)大，又方便實(shí)用的變電站運(yùn)行設(shè)備;

6)嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)：由于變電站逐步走向數(shù)字化，各設(shè)備信息都采用通信方式傳輸?shù)骄C合操作屏，對(duì)各種標(biāo)準(zhǔn)及事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約的支持，使得綜合操作屏適應(yīng)不同接口的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。

所以自1999年綜合操作屏推出以來(lái)，經(jīng)過(guò)2000多座變電站采用，特別是一些發(fā)達(dá)地區(qū)的使用，已經(jīng)發(fā)展成為一種變電站的首選配置的設(shè)備。

2、 微機(jī)防誤閉鎖當(dāng)前問(wèn)題及關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展

人們的需求永遠(yuǎn)得不到滿足，技術(shù)的發(fā)展也就永遠(yuǎn)不會(huì)停滯。

在變電站自動(dòng)化不斷推廣和集控站越來(lái)越多的情況下，以下問(wèn)題就凸現(xiàn)出來(lái)：

1) 遙控設(shè)備越來(lái)越多，集控站的遙控又多從計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)方進(jìn)行，這些遠(yuǎn)方控制設(shè)備操作的安全如何保證是難題;

2) 無(wú)人值班后，集控站作為運(yùn)行主體，而一次設(shè)備又都在變電站，集控站操作、就地操作、檢修操作防誤閉鎖實(shí)現(xiàn)方式是什么樣的?

3) 閉鎖數(shù)據(jù)越來(lái)越重要，無(wú)論整個(gè)變電站還是調(diào)度中心都無(wú)法回避如何獲得閉鎖數(shù)據(jù)的問(wèn)題，比如盡管原來(lái)調(diào)度不關(guān)心臨時(shí)接地線，但是無(wú)人值班后臨時(shí)接地線的狀態(tài)就變得異常重要，而變電站監(jiān)控裝置、自動(dòng)化系統(tǒng)是沒(méi)有這些數(shù)據(jù)的;

4) 操作點(diǎn)多了，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)“遠(yuǎn)方/就地”無(wú)法解決一個(gè)設(shè)備一種狀態(tài)下只能有一個(gè)操作點(diǎn)的問(wèn)題，唯一操作權(quán)問(wèn)題如何解決，對(duì)安全運(yùn)行非常重要;

5) 在集控站出現(xiàn)后，調(diào)度值班員的調(diào)度變得復(fù)雜，如何避免聯(lián)絡(luò)線的誤操作命令、如何避免誤下調(diào)度令以防大面積停電事故，都繞不開(kāi)一個(gè)完善的防止誤操作系統(tǒng)的支持。

面對(duì)這些問(wèn)題，特別是從微機(jī)防誤閉鎖的實(shí)際發(fā)展路線看，顯然不是自動(dòng)化技術(shù)能夠獨(dú)立解決的，微機(jī)防誤閉鎖技術(shù)應(yīng)該和自動(dòng)化技術(shù)有機(jī)的結(jié)合，但是微機(jī)防誤閉鎖技術(shù)遵循自己的獨(dú)立發(fā)展路線，是一門既有理論支持又必須能夠?qū)嵱没募夹g(shù)，如果說(shuō)自動(dòng)化設(shè)備把微機(jī)閉鎖技術(shù)溶解了，那么安全問(wèn)題就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，因?yàn)閮深惣夹g(shù)側(cè)重點(diǎn)不同，解決的是電力系統(tǒng)遇到的不同問(wèn)題。下面就這些技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)與大家探討：

2.1 遙控閉鎖：

遙控操作的設(shè)備必須有強(qiáng)制性的電氣回路的硬閉鎖：因?yàn)檫b控點(diǎn)對(duì)有人值班和無(wú)人值班站都可能是多個(gè)地方，當(dāng)?shù)睾笈_(tái)、集控站、保護(hù)測(cè)控屏上都可以操作，而任何一個(gè)操作點(diǎn)只能進(jìn)行自己范圍內(nèi)的軟件邏輯判斷，羅馬帝國(guó)時(shí)流行一個(gè)說(shuō)法：“擁有三個(gè)主人的奴隸就成為了自由人!”，一個(gè)一次設(shè)備如果能夠接受多個(gè)主機(jī)的控制，也就成為沒(méi)有閉鎖的設(shè)備了。由此可見(jiàn)必須在控制回路這一個(gè)必經(jīng)之路的出口處把好關(guān)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制閉鎖，才能根本解決問(wèn)題，遙控閉鎖技術(shù)是唯一的選擇。

2.2 集控站防誤閉鎖：

集控站沒(méi)有具體的可操作設(shè)備，設(shè)備信息來(lái)自于各受控站，集控值班員、操作隊(duì)、保護(hù)所工作人員，都有可能在一定條件下操作設(shè)備，可供選擇的方式有三種：

1) 在集控站集中放置一套防誤閉鎖設(shè)備，參與閉鎖的設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)源于集控站的監(jiān)控系統(tǒng)和閉鎖系統(tǒng)中心的記憶數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不利于現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)設(shè)備狀態(tài)的及時(shí)刷新，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操作的閉鎖，基本上不是一個(gè)完善的方案;

2) 受控站和集控站通過(guò)聯(lián)網(wǎng)方式組成一套系統(tǒng)，目前功能完善，既能保證在現(xiàn)場(chǎng)操作的閉鎖，也能夠保證集控站的操作閉鎖，目前看是主流的方案，實(shí)施過(guò)程中如果要對(duì)集控站監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行閉鎖，需要監(jiān)控系統(tǒng)和閉鎖系統(tǒng)雙方通信完成信息傳送，需要一定程度編寫程序完成配合;

3) 完全以受控站設(shè)備為主，整個(gè)系統(tǒng)具有Web/Brower結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，集控站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以瀏覽器的方式進(jìn)行預(yù)演，但實(shí)際的閉鎖仍然需要通過(guò)受控站的防誤閉鎖主機(jī)完成，在加上上面提到的遙控閉鎖技術(shù)，還可以降低多廠家復(fù)雜交互數(shù)據(jù)傳輸，受控站具備完善的閉鎖系統(tǒng)，所以集控站的監(jiān)控系統(tǒng)可以不設(shè)置獨(dú)立的軟件防誤，此技術(shù)需要完善的電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的支持，所有變電站、集控站必須有可靠的以太網(wǎng)基礎(chǔ)，這點(diǎn)在一些發(fā)達(dá)地區(qū)已經(jīng)獲得成功實(shí)施。

2.3 統(tǒng)一的變電站數(shù)據(jù)描述和信息編碼：

變電站自動(dòng)化能夠獲得的信息不完整，特別是某些輔助節(jié)點(diǎn)的不可靠、一些設(shè)備(地線、網(wǎng)門)更是沒(méi)有任何途徑獲得，目前的監(jiān)控系統(tǒng)的做法是人為置位，但實(shí)際上大家并未嚴(yán)格去做，也很難確定在什么時(shí)間置位，位置準(zhǔn)確度是無(wú)法相信的，而此部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)無(wú)人值班變電站，對(duì)集控站值班人員、操作隊(duì)安全操作又是非常關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，所以從閉鎖系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)是必然的，但是目前這項(xiàng)工作我國(guó)還沒(méi)有規(guī)范可循，這可能是微機(jī)閉鎖和自動(dòng)化有效結(jié)合、統(tǒng)一變電站信息的一個(gè)障礙，也許未來(lái)IEC61850 的推廣能夠解決此問(wèn)題。

2.4 唯一操作權(quán)：

操作點(diǎn)多，造成閉鎖系統(tǒng)的復(fù)雜，為了能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)，必須強(qiáng)制使用硬接點(diǎn)閉鎖，同時(shí)閉鎖系統(tǒng)必須有一個(gè)統(tǒng)一的指揮中心，也就是隨著無(wú)人值班和集控站的推廣，閉鎖系統(tǒng)不僅不該弱化，而且應(yīng)該強(qiáng)化，個(gè)別地區(qū)可能為了在前期招投標(biāo)及資金預(yù)算過(guò)程中省事，一咕腦的把工程劃分到自動(dòng)化工程中，由自動(dòng)化系統(tǒng)完成具有閉鎖的操作，但是實(shí)際上這是一種純粹的“想象要做正確事情，但不一定能夠做出正確的事情”的選擇，殊不知這樣為未來(lái)的運(yùn)行和安全帶來(lái)了多大的后患，最終必然的結(jié)果是，投入運(yùn)行一段時(shí)間后，必須再次投入資金和精力，再上一套完善的閉鎖系統(tǒng)。

2.5 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的防誤：

由于現(xiàn)在面臨的是集控站，不是獨(dú)立的單站，集控站人員管理的設(shè)備較多，自己都無(wú)法確定數(shù)據(jù)的百分百準(zhǔn)確，調(diào)度更是無(wú)法從變電站獲得設(shè)備信息(如自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)法采集到的檢修措施);在加上前面提到的自動(dòng)化設(shè)備由于本身信息量龐大，調(diào)度值班員也面對(duì)龐大的信息，很容易出現(xiàn)誤下調(diào)度令的問(wèn)題，除了要能夠把閉鎖數(shù)據(jù)納入統(tǒng)一的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中外，調(diào)度系統(tǒng)要能夠有一套措施保證調(diào)度命令的正確，所以在首先能夠獲取防誤閉鎖數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用EMS的拓?fù)浞治黾夹g(shù)，是調(diào)度防誤操作技術(shù)的一個(gè)趨勢(shì)。

2.6 多屏聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：

在電廠網(wǎng)控系統(tǒng)、單元機(jī)組廠用電系統(tǒng)，一些用戶的大型變電站，一個(gè)站內(nèi)不同設(shè)備需要不同人員操作，這種場(chǎng)合多屏聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是唯一可行的，這種技術(shù)的最大難點(diǎn)在復(fù)雜的數(shù)據(jù)交換，通信規(guī)約和功能配合必須嚴(yán)密完善，還要能夠靈活的適用于不同的用戶要求。

2.7 在線防誤閉鎖技術(shù)

最后需要關(guān)注的是目前出現(xiàn)的一種在線防誤閉鎖技術(shù)：就是除了斷路器實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制的遙控閉鎖外，其他的手動(dòng)設(shè)備的操作鎖具也都采用電氣控制(類似第一代技術(shù)中的電磁閉鎖)，但比第一代的鎖具更加完善，能夠采集鎖的狀態(tài)，也能夠間接采集設(shè)備的狀態(tài)，優(yōu)點(diǎn)是，閉鎖數(shù)據(jù)全部可以實(shí)時(shí)獲得，不必采用記憶對(duì)位，整個(gè)閉鎖系統(tǒng)就和微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)并行的成為一套實(shí)時(shí)系統(tǒng)了。但是現(xiàn)場(chǎng)需要大量鋪設(shè)電纜，另外鎖具長(zhǎng)期使用的可靠性有待市場(chǎng)驗(yàn)證，本技術(shù)如果能夠和電腦鑰匙優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起的化，可以獲得一定的改進(jìn)。

3、 結(jié)束語(yǔ)

以上就微機(jī)閉鎖的發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)單的回顧，對(duì)最新的實(shí)施無(wú)人值班及集控站投運(yùn)后遇到的問(wèn)題進(jìn)行了分析，對(duì)一些逃避前期設(shè)備選型矛盾而產(chǎn)生的弊端進(jìn)行了提醒，目的是和用戶共同探討這一技術(shù)問(wèn)題，為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供參考。

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作者簡(jiǎn)介：衛(wèi)黨會(huì)(1966-)，男，山西陽(yáng)城人，碩士研究生，主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化及安全防誤操作閉鎖方向的研究工作。