基于無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的五防閉鎖系統的研發(fā)及使用

摘要：目前變電站防誤領(lǐng)域，多采用離線(xiàn)防誤模式（離線(xiàn)模式：電腦鑰匙與五防主機離線(xiàn)，即電腦鑰匙不能實(shí)時(shí)匯報操作結果，必須回到主控室才能回傳），離線(xiàn)模式在應用過(guò)程中也發(fā)現了諸多弊端，有必要將其升級為在線(xiàn)模式。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )對變電站站區的全覆蓋可以使得防誤系統從離線(xiàn)模式進(jìn)入在線(xiàn)防誤（在線(xiàn)模式：電腦在現場(chǎng)操作時(shí)，即可實(shí)時(shí)向五防主機發(fā)送在線(xiàn)防誤請求，并匯報操作結果），使得防誤裝置和操作票進(jìn)行步驟時(shí)刻得到值班負責人的監視掌控，減少人為原因造成的跳項、漏項發(fā)生，為運行提供更安全的保障，為無(wú)人值守變電站的倒閘操作提供技術(shù)支持。

此外，針對“遙控”、“就地”相結合的倒閘操作，利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)傳輸命令，避免人員在防誤主機與操作現場(chǎng)來(lái)回傳遞五防鑰匙，提升操作效率。

0   引言

變電站防誤閉鎖裝置時(shí)保證不發(fā)生電氣誤操作的重要技術(shù)保證措施，目前包頭供電局所轄500 kV變電站的防誤閉鎖系統中，防誤主機與五防鑰匙之間的關(guān)系為“離線(xiàn)”模式，即防誤主機必須通過(guò)鑰匙管理機向五防鑰匙發(fā)送任務(wù)，當遇有遙控、就地相結合的操作時(shí)，由于需要將五防鑰匙在鑰匙管理機與就地操作處來(lái)回傳遞，大大影響了操作效率。

基于無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的防誤閉鎖裝置借助變電站無(wú)線(xiàn)覆蓋，實(shí)現防誤主機與五防鑰匙的“無(wú)線(xiàn)”連接，即不論五防鑰匙在變電站的任何角落，防誤主機均可向其發(fā)送指令，實(shí)現命令無(wú)線(xiàn)傳輸，保證操作不發(fā)生漏項、跳項等情況，同時(shí)提升操作效率。

1   項目研究背景及目的

1.1研究背景

目前國內的微機防誤閉鎖系統大多采用的是“離線(xiàn)”工作模式，即操作過(guò)程中五防鎖與微機系統沒(méi)有通訊聯(lián)系，五防開(kāi)鎖鑰匙只能順序執行預存的操作內容，但是當操作設備沒(méi)有達到指定狀態(tài)或電氣設備的狀態(tài)臨時(shí)有變時(shí)，運行人員繼續操作將會(huì )有很大的安全隱患。為了保障工作人員和電力設備的安全，同時(shí)提高電網(wǎng)的管理效果，需要對就地操作全程監控、進(jìn)行全方位的指導和監護。這同時(shí)也是電網(wǎng)防誤操作發(fā)展的方向。

1.2項目目的

在線(xiàn)防誤系統是基于無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的五防閉鎖系統，它根據變電站現場(chǎng)實(shí)際條件，充分利用已搭建的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，是倒閘操作、操作過(guò)程監控、傳輸、儲存、處理等功能的一種全新的實(shí)時(shí)在線(xiàn)式防誤系統。

本系統全面實(shí)施后，可與解鎖操作機構（開(kāi)鎖器）、移動(dòng)終端構成一個(gè)靈活、多元、一體化的有機整體，可對倒閘操作過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。同時(shí)很好地解決了傳統離線(xiàn)防誤應用模式的不足和效率問(wèn)題，可降低勞動(dòng)強度、提高工作效率。使操作管理更加安全化、智能化、高效化，同時(shí)也規范了現場(chǎng)操作管理。有效緩解變電站分散、檢修力量不足等問(wèn)題，并實(shí)現遠距離的倒閘操作過(guò)程監控、檢修維護與管理，減少生產(chǎn)成本。

系統依托于多項高新技術(shù)，如移動(dòng)應用技術(shù)、電子射頻技術(shù)、計算機實(shí)時(shí)通訊技術(shù)，有效的管理了現場(chǎng)倒閘操作的規范化。

效益分析：運用本系統后，可使運檢職責更清晰、層次更分明、分工更具體，對運行、檢修人員要求少。相對傳統的變電防誤系統，節約了人力、物力、財力等多方面的成本。有效的減少了事故的發(fā)生，保證了電網(wǎng)的安全、穩定運行。同時(shí)系統也為后續擴展預留接口，避免系統重復建設問(wèn)題。

2   項目實(shí)施標準

DB/T16436.1－1996《遠動(dòng)設備及系統接口》

DL/T 364-2010    《光纖通道傳輸保護信息通用技術(shù)條件》

GB 9159-2008     《無(wú)線(xiàn)電發(fā)射設備的安全要求》

DL/T5003－2005   《電力系統調度自動(dòng)化設計技術(shù)規程 》

Q/GDW  1202-2015 《國家電網(wǎng)公司應急指揮中心建設規范》

DL/T5002-2005    《地區電網(wǎng)調度自動(dòng)化設計技術(shù)規程》

GB/T13729-1992   《遠動(dòng)終端通用技術(shù)條件》

IEEE802.3        《以太網(wǎng)通訊標準》

GB 50174-2008    《電子信息系統機房設計規范》

GB 50462-2008    《電子信息系統機房施工及驗收規范》

GB50348-2004     《安全防范工程技術(shù)規范》

YD 1392-2005     《無(wú)線(xiàn)應用協(xié)議(WAP) 網(wǎng)關(guān)設備技術(shù)要求》

EIA/TIATSB67     《無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)系統現場(chǎng)測試傳輸性能規范》

GB6766——2000   《DL/T687-1999微機型防止電氣誤操作裝置通

3   項目建設目標

1)依托500 kV高新變電站內的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的覆蓋，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現移動(dòng)終端與五防主機的數據交互；

2)在包頭供電局下屬的高新變搭建一套在線(xiàn)五防閉鎖系統，實(shí)現在線(xiàn)防誤倒閘操作、過(guò)程監控、任務(wù)監控、危險點(diǎn)管理等多種功能；

3)形成相關(guān)技術(shù)規范及技術(shù)標準。

4   研發(fā)方案

4.1系統軟件框架與硬件配置

4.1.1系統工作原理

在系統軟件中，預先編寫(xiě)變電站的電氣一次系統接線(xiàn)圖和所有設備的操作規則，并將其固化在防誤主機中。操作人員通過(guò)身份驗證登錄防誤系統，然后在防誤圖形軟件中進(jìn)行模擬操作。防誤圖形軟件對每項操作進(jìn)行五防邏輯判斷，能動(dòng)態(tài)顯示圖形一次接線(xiàn)圖形及設備狀態(tài)，最后生成包含二次項目的完整操作票。模擬試操作結束后，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )將操作票傳送到移動(dòng)終端、解鎖操作機構（開(kāi)鎖器）開(kāi)鎖器。然后操作人員攜帶移動(dòng)終端、開(kāi)鎖器至現場(chǎng)進(jìn)行開(kāi)鎖及倒閘操作。

4.1.2系統通訊模式框圖

圖1 系統通訊模式圖

4.1.3 系統軟件架構設計

采用基于C/S（客戶(hù)/服務(wù)器）與B/S（瀏覽器/服務(wù)器）軟件架構設計，數據服務(wù)器作為sever（服務(wù)器端）來(lái)統一管理受控站的數據，保證有效的審核及監察；受控站的CS客戶(hù)端通過(guò)與服務(wù)器相連接，可實(shí)現數據的交互。移動(dòng)終端可通過(guò)WebService進(jìn)行調用服務(wù)端的數據庫中的數據，實(shí)現移動(dòng)終端與服務(wù)端的數據交互。

4.1.4 系統硬件配置方案

1）防誤主機

防誤主機包含支持移動(dòng)終端操作的防誤圖形軟件，使防誤主機與移動(dòng)終端之間可采用無(wú)線(xiàn)通訊方式，實(shí)現與移動(dòng)終端的無(wú)線(xiàn)通訊以及操作的實(shí)時(shí)判斷與操作校驗。

2）移動(dòng)終端

移動(dòng)終端可接收防誤主機傳送的操作票，操作時(shí)，移動(dòng)終端實(shí)時(shí)監控操作票，可根據現場(chǎng)情況，設置暫停操作，也可根據情況取消暫停操作，繼續執行操作票，并向防誤主機反饋任務(wù)執行情況。

3）解鎖操作機構

解鎖操作機構（開(kāi)鎖器）由操作員持有，可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式接收防誤主機的操作票，開(kāi)始操作時(shí)，發(fā)送當前操作步驟信息至防誤主機，防誤主機實(shí)時(shí)判斷當前設備是否允許操作，若不符合防誤操作邏輯，則提示用戶(hù)不允許操作信息，也可接收移動(dòng)終端發(fā)送過(guò)來(lái)的監控命令，根據監控命令情況，可暫停操作票，也可繼續執行操作票。在解鎖時(shí)，識別解鎖五防鎖具并反饋操作信息。

4）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )

實(shí)現防誤主機與移動(dòng)終端、開(kāi)鎖器的無(wú)線(xiàn)通訊，達到無(wú)線(xiàn)傳輸操作票、操作步驟實(shí)時(shí)判斷、操作任務(wù)校驗的效果。

5   系統功能特點(diǎn)

1）實(shí)時(shí)邏輯判斷：開(kāi)鎖器每操作一步，防誤主機根據操作邏輯實(shí)時(shí)判斷當前設備是否允許操作，若允許操作則向開(kāi)鎖器發(fā)送操作許可，允許進(jìn)行倒閘操作，否則給予用戶(hù)提示。操作完成后，開(kāi)鎖器會(huì )將設備狀態(tài)信息實(shí)時(shí)匯報至防誤主機，防誤主機接收設備狀態(tài)匯報后更新一次接線(xiàn)圖形，從而達到圖形與現場(chǎng)狀態(tài)的統一。

2）操作過(guò)程實(shí)時(shí)跟蹤：在操作過(guò)程中，移動(dòng)終端在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍內，可以實(shí)時(shí)在線(xiàn)接收防誤主機下發(fā)的操作票。在防誤主機上顯示每一步的操作任務(wù)執行情況，值班長(cháng)可以方便地實(shí)時(shí)監控現場(chǎng)的操作情況。

3）操作效率提升：針對遙控、就地結合的倒閘操作，規避了人工傳遞鑰匙的過(guò)程，借助無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )防誤主機直接發(fā)送命令至開(kāi)鎖器，即將遙控操作模式改為就地操作模式，若在一個(gè)操作任務(wù)中，有多次遙控、就地操作結合，可大幅提升操作效率。

6   研發(fā)內容及步驟

1）具體的理論研究步驟，現場(chǎng)試驗的地點(diǎn)和試驗計劃

本項目理論研究重點(diǎn)突破以下四個(gè)問(wèn)題。

第一，在線(xiàn)防誤系統軟件需要深化開(kāi)發(fā)和完善，優(yōu)化平臺軟件的結構。其中，客戶(hù)端軟件的研發(fā)也是本項目的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，客戶(hù)端軟件安裝在PC機上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與遠端數據服務(wù)器相連，實(shí)現用戶(hù)管理、圖形管理、防誤管理、實(shí)時(shí)監控、實(shí)時(shí)防誤判斷、任務(wù)監控、用戶(hù)權限管理等功能。

第二，研制開(kāi)鎖器是本項目的首要重點(diǎn)任務(wù)，尤其是無(wú)線(xiàn)傳輸模塊的研制，是開(kāi)鎖器研發(fā)的重中之重。通過(guò)開(kāi)鎖器的無(wú)線(xiàn)連接模塊，可與移動(dòng)終端進(jìn)行通訊，也可通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )直接與防誤主機進(jìn)行通訊。開(kāi)鎖器與防誤系統的無(wú)線(xiàn)通信，實(shí)現開(kāi)鎖器操作步驟的實(shí)時(shí)傳輸與信息同步，操作終端每操作一步，設備信息實(shí)時(shí)回傳至防誤系統，使得運行人員能夠實(shí)時(shí)掌握現場(chǎng)操作進(jìn)程。

第三，在線(xiàn)防誤系統通信網(wǎng)絡(luò )。在變電站現有通信網(wǎng)絡(luò )的基礎上，對變電站的網(wǎng)絡(luò )通信接口進(jìn)行轉換和調試，使其滿(mǎn)足本系統的通信網(wǎng)絡(luò )要求，保證系統通信部分的完整性和獨特性。

2）本項目的研究分四個(gè)步驟。

步驟一：開(kāi)發(fā)防誤系統軟件和移動(dòng)終端軟件。使其更好、更快的呈現在客戶(hù)端軟件和移動(dòng)終端軟件上。

步驟二：研發(fā)開(kāi)鎖器，使其在現有網(wǎng)絡(luò )條件下，發(fā)揮其最大性能與信號強度最佳，借用移動(dòng)終端將開(kāi)鎖的信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸至防誤系統軟件。

步驟三：測試移動(dòng)終端與開(kāi)鎖器、移動(dòng)終端與防誤系統軟件，在變電站和供電局整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò )的暢通性，保證倒閘操作時(shí)數據準確、安全、快速的互傳。

步驟四：進(jìn)行系統的試運行。

3）系統開(kāi)發(fā)路線(xiàn)

項目管理：本項目將嚴格按照軟件工程原則要求，按照項目計劃、需求分析、概念設計、邏輯設計、物理設計、編碼、實(shí)現與維護等過(guò)程開(kāi)展工作，對每個(gè)過(guò)程均需要進(jìn)行評審。

技術(shù)路線(xiàn)：按照系統可行性進(jìn)行各子系統的劃分，本項目可劃分為：防誤管理子系統、移動(dòng)管理子系統、開(kāi)鎖管理。

防誤管理子系統：采用QT + Redis進(jìn)行開(kāi)發(fā)；

移動(dòng)管理子系統：采用Eclipse + Sqlite進(jìn)行開(kāi)發(fā)；

開(kāi)鎖管理：硬件、結構、嵌入式軟件各專(zhuān)業(yè)相互配合與協(xié)同；

移動(dòng)管理子系統與防誤管理子系統主要通過(guò)Web Service進(jìn)行數據交互；

遵循先攻克各子系統技術(shù)難點(diǎn),有必要時(shí)可進(jìn)行技術(shù)預研，接著(zhù)再進(jìn)行接口的設計，最后才是模塊內部的實(shí)現。

7   主要設備技術(shù)指標

開(kāi)鎖器設備

◆   網(wǎng)絡(luò )標準:IEEE 802.11 a/b/g/n

◆   工作頻段:2.4 GHz,5.0 GHz

◆   發(fā)射功率:<18 dBm

◆   接收靈敏度:-97 dBm

◆   速率:<6 Mbps

◆   靜電放電抗干擾試驗：IEC61000-4-2(GB/T17626.2)

◆   雷擊浪涌抗干擾度試驗：IEC61000-4-5(GB/T17626.5)

◆   電快速瞬變脈沖群的抗干擾度試驗：IEC61000-4-4(GB/T17626.4)

◆   電壓跌落、短時(shí)中斷和電壓漸變的抗干擾度試驗：IEC61000-4-11(GB/T17626.11)

◆   工頻磁場(chǎng)抗干擾度試驗：IEC61000-4-8(GB/T17626.8)

◆   低溫試驗：GB2423.1

◆   高溫試驗：GB2423.2

◆   交變濕熱試驗：GB2423.4

◆   抗環(huán)境紅外線(xiàn)強度：波長(cháng)850～980n時(shí)≥0.8 mW/cm2

◆   防雨、放塵等級達到GB 4208-84規定的IP54等級要求

◆   接收一次設備操作步驟：≤1 024項

◆   環(huán)境溫度：-25～+60 ℃

◆   環(huán)境相對濕度：日平均≤95%，月平均≤90%

◆   電源：3.7 V聚合物理離子電池，標配 1 700 mAh

◆   開(kāi)機啟動(dòng)電流：(165±20) mA

◆   待機電流：(100±20) mA

◆   最大識別鎖碼數：≤65 536

◆   允許通過(guò)的操作回路電流：2 mA～5 A

◆   抗靜電強度：≥1 500 V

◆   抗射頻干擾強度：≤50 dB（μV/m）

◆   抗電源端子傳輸干擾強度：≤70 dB（μV）

◆   抗沖擊強度：≥6g

◆   操作回路額定電壓：≤220 Ｖ 交、直流　

8   項目總結

本系統綜合通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )數據融合技術(shù)和軟交換技術(shù)，通過(guò)整合原有無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )資源，建立了一套實(shí)時(shí)在線(xiàn)的五防閉鎖平臺，能夠實(shí)現操作票的下載、操作票的回傳、實(shí)時(shí)監控、過(guò)程防誤、操作控制等功能，確保正確操作，減少誤操作，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，用現有人力資源滿(mǎn)足電網(wǎng)大發(fā)展及變電站翻番劇增的變電運行管理要求。

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作者簡(jiǎn)介：董永永(1970—)，男，高級工程師，現供職于包頭供電局500 kV變電管理處，從事變電運行工作。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志社2020年12月期）