微机防误闭锁关键技术的回顾和展望

微机防误闭锁诞生已经20多年了，作为一种较早在变电站使用的微机技术，经过了几代技术的发展变迁，成为成熟又实用化的一个技术分支。信息技术、控制技术、计算机技术的发展，为此提供了保证，特别是这些技术应用于电力系统，在微机保护如日中天般已经得到推广的同时，微机防误闭锁技术同样处于不断的发展中。

任何技术发展都是循序渐进的，微机防误闭锁技术发展也是多项技术交织在一起成长的，所以本文以产品中的关键技术为主线加以阐述，对目前正在使用的技术及未来的走向做一个抛砖引玉的探讨。

1、 微机防误闭锁的发展历史

第一代微机防误装置的突破在于：1)首次把嵌入式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AEMO规则逻辑表达式;3)独创性的使用钥匙、锁具编码识别技术，针对几乎没法使用的室外锁具推出了一种非常简单的但非常可靠的挂锁;4)现场设备状态采用记忆对位，避免了放置大量电缆，降低了对防误主机性能和容量的限制。

模拟屏主机采用8位单片机，集中对屏面设备采样，屏上各项提示采用数码显示，电脑钥匙也采用8位单片机，人机界面采用数码显示，防误闭锁操作规则编写灵活，能够适应变电站复杂的操作顺序。由于变电站是常规的操作屏、常规保护装置，微机闭锁系统，首次突破性的提出“模拟屏+电脑钥匙+挂锁”方案，从可靠性、操作规则灵活性上，解决了长期困扰电力系统的误操作难题。从此电力系统防误操作告别了机械闭锁、电磁闭锁，进入微机闭锁时代。

但是使用过程中仍然不方便，人机交互不直观、电脑钥匙体积较大，设备变位得不到立即反映，不利于操作人员使用等缺陷变成突出的难题。

微机技术的发展，特别是分布式控制技术的发展，防误闭锁系统进入了第二个发展阶段，此阶段主要技术集中在：

1) 分布式处理技术：模拟屏体内发展出简单的网络，对各个屏内元件的位置采集和控制采用分布在屏内的I/O板卡完成，这样可以提高可靠性;

2) 人机界面：采用大屏幕VFD汉字显示技术，电脑钥匙实现了双行汉字界面，电脑钥匙体积明显的缩小和便于携带;

3) 电气闭锁技术：通过开关闭锁继电器，实现了断路器的电气闭锁;

4) 实时采集技术：断路器设备的位置能够及时采集回来，实时对位，

5) 实用化技术：本阶段最重要的是一系列技术的实用化。

从此微机闭锁技术走向成熟，市场也逐步形成，用户开始认识到各种闭锁装置中，微机防误闭锁装置才是真正出路，微机防误闭锁设备在变电站设备中，作为一个细分市场的地位得以确立。在发现有利可图情况下，一些厂家纷纷模仿，成就了一批微机闭锁生产厂家，奠定了微机防误市场坚实基础。

第一代变电站自动化设备，主要集中在使用RTU实现数据采集和当地监控，这时发展起来的第二代微机防误装置完全能够满足要求，但是，随着变电站自动化技术的发展，微机保护、测控装置迅速采用，无人值班变电站、集控站在5年左右的时间迅速推广，原来看得着摸得着的设备，一下子被一个又一个黑匣子代替，变电站日常运行中关键数据被爆炸式的数据量所淹没，变电站运行值班人员不得不面对一系列形形色色设备，特别是变电站监视、操作界面，有的主张在当地微机，有的主张在保护监控屏上设备小显示器，运行人员和设备的交互被强制性的剥夺了。现场看不到、柜体上不全面，微机上不可靠，运行操作更加复杂化了，运行管理模式一时间无法适应，如何让运行人员从海量般繁琐的数据中找到关键数据，从分散的各个设备界面上找到故障设备，如何简化运行步骤、降低运行人员的工作负担，微机防误装置作为变电站运行安全的核心装置，面临着新的挑战和机遇。由此发展一种从复杂技术中解放人员的运行操作界面成为紧迫的需求――变电站综合操作系统应运而生。

在英特尔摩尔定律的天才预见下，CPU飞速发展，大容量高性能CPU为解决微机防误闭锁遇到的问题提供了基础。降低运行负担又能够适应变电站自动化的发展的“综合操作屏”诞生了。本阶段由于发展的迅猛，出现了分化，一部分原因是一些厂家技术储备一时未跟上，一部分原因是，部分人员的指导思想是“为技术而技术”，应用为“技术”服务，人为“技术”服务。所以在当适合于变电站应用的“综合操作屏”被用户认可时，陷于纯技术泥潭的分支也一直在蹒跚而行。

这个阶段的技术主要体现在：

1)“三屏合一”综合操作技术：由于微机监控、保护的采用，“三屏合一”技术解决了老式控制屏不能满足数字信息显示障碍;微机保护、监控装置有的在控制室、有的在开关柜上，故障情况下，微机保护的大量信息很难让运行人员立即定位故障，采用“三屏合一”技术解决了原来运行人员关心的故障信息反馈问题;由于防误操作的模拟屏和运行操作的操作屏都需要一次系统接线图，所以把模拟屏融入控制屏中，通过功能切换，既节省了空间，也使得“两票三制”的安全管理流程获得流畅的满足。

2)RFID技术：由于部分变电站规模增加，特别是集控站投运，参与闭锁的点数膨胀，原来的编码资源不能满足，而RFID技术是新近发展起来的用于取代过去条形码智能数字标签，不会重码，识别技术成熟，应用到变电站防误操作的锁具上，堵塞了重码安全漏洞，省去了维护和调试工作量;

3)电脑钥匙功能增强：采用大屏幕显示器，可以显示一条完整的操作步骤，对二次项的操作提示更加完善;传输采用IrDA高速红外传输口，具备GPRS远程传输功能，大容量可充电锂电池;现场操作录音功能等等都得到支持。

4)屏体数字化元件技术：如触摸微动灯头、可靠的数字表头。控制屏、信号屏、模拟屏合并必须有数字元件的支持，而这些元件的可靠性和丰富的功能，保证综合操作屏作为工业级产品受到广泛的用户欢迎;

5)32位嵌入式CPU及分布式多机技术：由于上面提到的变电站自动化产生的大量数据，在变电站层面上，要求有强大的主机处理性能，信息实时性也必须要满足，所以要求数据分级处理，综合操作屏内分布有多级高速信息传输网络，通过主机、分机的协调处理，提供了一套功能强大，又方便实用的变电站运行设备;

6)嵌入式网络通信技术：由于变电站逐步走向数字化，各设备信息都采用通信方式传输到综合操作屏，对各种标准及事实标准规约的支持，使得综合操作屏适应不同接口的变电站自动化系统。

所以自1999年综合操作屏推出以来，经过2000多座变电站采用，特别是一些发达地区的使用，已经发展成为一种变电站的首选配置的设备。

2、 微机防误闭锁当前问题及关键技术发展

人们的需求永远得不到满足，技术的发展也就永远不会停滞。

在变电站自动化不断推广和集控站越来越多的情况下，以下问题就凸现出来：

1) 遥控设备越来越多，集控站的遥控又多从计算机远方进行，这些远方控制设备操作的安全如何保证是难题;

2) 无人值班后，集控站作为运行主体，而一次设备又都在变电站，集控站操作、就地操作、检修操作防误闭锁实现方式是什么样的?

3) 闭锁数据越来越重要，无论整个变电站还是调度中心都无法回避如何获得闭锁数据的问题，比如尽管原来调度不关心临时接地线，但是无人值班后临时接地线的状态就变得异常重要，而变电站监控装置、自动化系统是没有这些数据的;

4) 操作点多了，变电站自动化系统的一个“远方/就地”无法解决一个设备一种状态下只能有一个操作点的问题，唯一操作权问题如何解决，对安全运行非常重要;

5) 在集控站出现后，调度值班员的调度变得复杂，如何避免联络线的误操作命令、如何避免误下调度令以防大面积停电事故，都绕不开一个完善的防止误操作系统的支持。

面对这些问题，特别是从微机防误闭锁的实际发展路线看，显然不是自动化技术能够独立解决的，微机防误闭锁技术应该和自动化技术有机的结合，但是微机防误闭锁技术遵循自己的独立发展路线，是一门既有理论支持又必须能够实用化的技术，如果说自动化设备把微机闭锁技术溶解了，那么安全问题就会显现出来，因为两类技术侧重点不同，解决的是电力系统遇到的不同问题。下面就这些技术的现状及发展趋势与大家探讨：

2.1 遥控闭锁：

遥控操作的设备必须有强制性的电气回路的硬闭锁：因为遥控点对有人值班和无人值班站都可能是多个地方，当地后台、集控站、保护测控屏上都可以操作，而任何一个操作点只能进行自己范围内的软件逻辑判断，罗马帝国时流行一个说法：“拥有三个主人的奴隶就成为了自由人!”，一个一次设备如果能够接受多个主机的控制，也就成为没有闭锁的设备了。由此可见必须在控制回路这一个必经之路的出口处把好关，实现强制闭锁，才能根本解决问题，遥控闭锁技术是唯一的选择。

2.2 集控站防误闭锁：

集控站没有具体的可操作设备，设备信息来自于各受控站，集控值班员、操作队、保护所工作人员，都有可能在一定条件下操作设备，可供选择的方式有三种：

1) 在集控站集中放置一套防误闭锁设备，参与闭锁的设备数据库来源于集控站的监控系统和闭锁系统中心的记忆数据库，结构简单，但不利于现场手动设备状态的及时刷新，也无法实现现场操作的闭锁，基本上不是一个完善的方案;

2) 受控站和集控站通过联网方式组成一套系统，目前功能完善，既能保证在现场操作的闭锁，也能够保证集控站的操作闭锁，目前看是主流的方案，实施过程中如果要对集控站监控系统进行闭锁，需要监控系统和闭锁系统双方通信完成信息传送，需要一定程度编写程序完成配合;

3) 完全以受控站设备为主，整个系统具有Web/Brower结构的特点，集控站通过网络以浏览器的方式进行预演，但实际的闭锁仍然需要通过受控站的防误闭锁主机完成，在加上上面提到的遥控闭锁技术，还可以降低多厂家复杂交互数据传输，受控站具备完善的闭锁系统，所以集控站的监控系统可以不设置独立的软件防误，此技术需要完善的电力系统通信网络的支持，所有变电站、集控站必须有可靠的以太网基础，这点在一些发达地区已经获得成功实施。

2.3 统一的变电站数据描述和信息编码：

变电站自动化能够获得的信息不完整，特别是某些辅助节点的不可靠、一些设备(地线、网门)更是没有任何途径获得，目前的监控系统的做法是人为置位，但实际上大家并未严格去做，也很难确定在什么时间置位，位置准确度是无法相信的，而此部分数据对无人值班变电站，对集控站值班人员、操作队安全操作又是非常关键的数据，所以从闭锁系统获得数据是必然的，但是目前这项工作我国还没有规范可循，这可能是微机闭锁和自动化有效结合、统一变电站信息的一个障碍，也许未来IEC61850 的推广能够解决此问题。

2.4 唯一操作权：

操作点多，造成闭锁系统的复杂，为了能够简化系统，必须强制使用硬接点闭锁，同时闭锁系统必须有一个统一的指挥中心，也就是随着无人值班和集控站的推广，闭锁系统不仅不该弱化，而且应该强化，个别地区可能为了在前期招投标及资金预算过程中省事，一咕脑的把工程划分到自动化工程中，由自动化系统完成具有闭锁的操作，但是实际上这是一种纯粹的“想象要做正确事情，但不一定能够做出正确的事情”的选择，殊不知这样为未来的运行和安全带来了多大的后患，最终必然的结果是，投入运行一段时间后，必须再次投入资金和精力，再上一套完善的闭锁系统。

2.5 调度自动化系统的防误：

由于现在面临的是集控站，不是独立的单站，集控站人员管理的设备较多，自己都无法确定数据的百分百准确，调度更是无法从变电站获得设备信息(如自动化系统无法采集到的检修措施);在加上前面提到的自动化设备由于本身信息量庞大，调度值班员也面对庞大的信息，很容易出现误下调度令的问题，除了要能够把闭锁数据纳入统一的调度自动化系统中外，调度系统要能够有一套措施保证调度命令的正确，所以在首先能够获取防误闭锁数据基础上，利用EMS的拓扑分析技术，是调度防误操作技术的一个趋势。

2.6 多屏联网技术：

在电厂网控系统、单元机组厂用电系统，一些用户的大型变电站，一个站内不同设备需要不同人员操作，这种场合多屏联网技术是唯一可行的，这种技术的最大难点在复杂的数据交换，通信规约和功能配合必须严密完善，还要能够灵活的适用于不同的用户要求。

2.7 在线防误闭锁技术

最后需要关注的是目前出现的一种在线防误闭锁技术：就是除了断路器实现强制的遥控闭锁外，其他的手动设备的操作锁具也都采用电气控制(类似第一代技术中的电磁闭锁)，但比第一代的锁具更加完善，能够采集锁的状态，也能够间接采集设备的状态，优点是，闭锁数据全部可以实时获得，不必采用记忆对位，整个闭锁系统就和微机监控系统并行的成为一套实时系统了。但是现场需要大量铺设电缆，另外锁具长期使用的可靠性有待市场验证，本技术如果能够和电脑钥匙优势结合在一起的化，可以获得一定的改进。

3、 结束语

以上就微机闭锁的发展进行了简单的回顾，对最新的实施无人值班及集控站投运后遇到的问题进行了分析，对一些逃避前期设备选型矛盾而产生的弊端进行了提醒，目的是和用户共同探讨这一技术问题，为电力系统安全运行提供参考。

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作者简介：卫党会(1966-)，男，山西阳城人，硕士研究生，主要从事电力系统自动化及安全防误操作闭锁方向的研究工作。