引言

變電站在線式五防系統(tǒng)是充分利用變電站自動化系統(tǒng)的 全站監(jiān)控功能，通過集成在自動化系統(tǒng)后臺軟件中的五防模 塊和測控裝置中的間隔五防模塊，來對電氣操作防誤閉鎖進 行實時判斷，以便在滿足防誤閉鎖操作條件時，使電氣設備開 放操作的一套防誤閉鎖系統(tǒng)。本系統(tǒng)取消了電腦鑰匙和機械 鎖具，可實現操作票的逐項開放和閉鎖。

在線式五防系統(tǒng)充分利用已完成綜自改造的變電站可全 站監(jiān)控的特點，多數的開關和刀閘的狀態(tài)可在線監(jiān)控，但在實 際的五防改造過程中，仍存在一定的問題。如有少量變電站未 實現刀閘電動操作和接地樁的監(jiān)測等，實際上，對于這些手 動操作設備，可以使用電磁鎖來實現狀態(tài)監(jiān)測。通過在電磁鎖 回路中串接五防節(jié)點，這樣，用后臺監(jiān)控機就可以控制電磁鎖 是否可以打開。

一般而言，一個間隔大約需要配置這樣的電磁鎖3~7把, 每把電磁鎖所實現的功能可能需要多個開入開出量，這樣, 一個間隔的開入信號和開出信號大約有十幾個到幾十個。如果 每個信號都通過單獨的兩條電纜傳遞，則間隔內將需要布置 大量的電纜，系統(tǒng)實現的難度較大，很難得到廣泛應用。本 文針對這一問題，提出了一種智能電磁鎖解決方案。

1  智能電磁鎖

本文設計的這種智能化電磁鎖，可將開入開出信息在電 磁鎖內轉化成某一類信號，然后再通過共用的通訊電纜傳遞到 控制器，從而使電纜數量減少到原來一把電磁鎖所需要的數 量。

單總線技術的提出使得這一想法的實現成為可能。單總 線技術是MAXIM全資子公司DALLAS公司開發(fā)的一種專利 技術，該技術通過一根線解決了地址、數據、控制和供電等問 題，從而降低了系統(tǒng)成本并簡化了設計。單總線器件可按照串 行協議進行供電和數據通信，能夠為系統(tǒng)增添特定功能，大 大簡化了系統(tǒng)的連接方式。單總線技術的主要特點如下：

（1）只需一根信號線和一根地線就可實現數據、地址、控 制信號和電源的傳輸，接線非常簡單；

（2）每條單總線上可以連接一個單總線器件，也可以同時 連接幾十個單總線器件來組成單總線網絡；

（3）每個單總線器件都有唯一的64位光刻ROM碼，可 以從網絡上選出特定器件進行操作；

（4）單總線芯片接口可提供額外的ESD保護，而且遠程通 訊時，具有較高的抗干擾性能。

單總線技術將通訊、信號的輸入輸出及控制等功能集中 到了一個芯片內。采用單總線芯片來設計電磁鎖，不僅能很好 地實現上述功能，而且電磁鎖的復雜度增加不大，并能較好地控制設備成本，可以說是電磁鎖智能解決方案的首選。一 般情況下，智能電磁鎖的設計思路具有以下幾種：

第一，在線式五防要求取消傳統(tǒng)的五防電腦鑰匙，而電 磁鎖不受任何電腦鑰匙的控制。其解決方案是在智能電磁鎖 的控制回路中串入由監(jiān)控后臺控制的五防節(jié)點，因此，電磁鎖 解鎖必須首先滿足五防邏輯，然后在其控制回路中再串入一個 由鎖具本體的按鈕控制的節(jié)點。只有當操作滿足五防邏輯且五 防節(jié)點閉合后，由運行人員按下鎖具本體按鈕，鎖具才能打開。

第二，使用智能電磁鎖的狀態(tài)來反應手動設備的狀態(tài)。 如接地樁所配的電磁鎖有兩個狀態(tài)，1代表所監(jiān)控設備為合位, 0代表所監(jiān)控設備為分位。

第三，電磁鎖與后臺監(jiān)控機可以實時通訊，以便將設備 的實時信息通過網絡傳給監(jiān)控機，同時也可以按照監(jiān)控機的 命令開放或閉鎖設備。

以間隔為單位設置五防控制器，由五防控制器負責與后 臺監(jiān)控機的通訊，向其傳送電磁鎖的實時數據并接收監(jiān)控機 的命令。間隔內的電磁鎖串接于一根單總線上，五防控制器通 過單總線讀取間隔內電磁鎖狀態(tài)或向電磁鎖發(fā)送監(jiān)控機下達 的命令。圖1所示是采用單總線技術前間隔內的接線圖，圖2 所示則是采用單總線技術后的間隔內接線圖。

圖1     采用單總線技術前的間隔內接線圖

圖2     采用單總線技術后的間隔內接線圖

2  間隔控制器與監(jiān)控機的連接

由于現場總線技術在減少系統(tǒng)線纜，簡化系統(tǒng)安裝、維 護和管理，降低系統(tǒng)投資和運行成本，增強系統(tǒng)性能等方面 具有很大的優(yōu)越性，間隔內的控制器與監(jiān)控機的連接可選用 現場總線。

目前，工控領域己發(fā)展出多種現場總線，各現場總線標 準也有較大差別，其用途也不盡相同，主要有基金會現場總線、 CAN總線、LonWorks總線和HART總線。

通過對以上幾種總線的比較可以發(fā)現，LonWorks比較適 用于一些大型的，對響應時間要求不太高的分布式控制系統(tǒng),比如智能大廈控制系統(tǒng)；而HART總線是一種模擬和數字信 號混合的總線，是一種過渡型總線，多用于一些4?20 mA 的舊式儀表的連接；而基金會現場總線在對距離和實時性的 滿足上不夠；CAN總線則能適用小型的，實時性要求比較高 的系統(tǒng)。

防誤操作閉鎖系統(tǒng)中，一般有幾十個節(jié)點，而且對傳輸 距離和實時性要求都較高，采用CAN總線完全可以滿足規(guī)模 上的要求，并且可以將CAN總線實時性強的特點充分發(fā)揮出 來。因此，本系統(tǒng)采用CAN總線作為網絡通訊方式。

3  防誤閉鎖系統(tǒng)整體結構

圖3所示是本文所設計的防誤閉鎖系統(tǒng)的整體結構圖。 其中監(jiān)控主機是整個系統(tǒng)的核心，在監(jiān)控主機上運行著防誤 系統(tǒng)應用軟件。監(jiān)控主機能夠采集和記錄整個系統(tǒng)的設備信 息，包括系統(tǒng)連接的控制器數、控制器通訊狀態(tài)、控制器連 接的電磁鎖數以及每把電磁鎖的閉鎖狀態(tài)和通訊狀態(tài)等，并 把這些信息保存到數據庫中以供查詢。另外，主機針對操作票 的每一項操作，首先要進行五防邏輯判斷，若操作符合防誤 邏輯，則主機發(fā)送相應鎖具的解鎖命令，否則對相應的操作 予以閉鎖，防止誤操作的發(fā)生。

系統(tǒng)中的防誤控制器是聯系主機和電磁鎖的紐帶，控制 器的結構包括電源電路、CAN網絡通訊電路、單總線網絡通 訊電路、實時鐘電路等幾部分?？刂破鞑捎镁哂袕娍垢蓴_能力 的工業(yè)級單片機設計而成，負責把接收到的主機命令轉發(fā)給相 應的電磁鎖，以完成解閉鎖相關設備的功能。除了負責將主機 的解鎖命令轉發(fā)到相應鎖具外，控制器還負責本間隔的單總線 網絡的管理。控制器還會定時對單總線執(zhí)行搜索命令，通過 捜索命令可以檢測到單總線連接的設備情況，然后將捜索結 果與控制器內保存的設備信息進行比較，就可以發(fā)現新連接 到單總線網絡的設備，也可以發(fā)現已接入設備的通訊異常狀態(tài)。 智能電磁鎖是防誤閉鎖的具體執(zhí)行機構。對于手動操作的設備, 一般需要在操作把手上安裝電磁鎖。所有的鎖具都采用單總線 芯片設計，故能方便地通過一條單總線連成單總線網絡。實際 上，整個間隔內的接線非常簡潔。

4  電磁鎖的配置

在已有的在線式設計方案中，對開關和電動刀閘的閉鎖 通常通過在其測控屏串入監(jiān)控五防閉鎖節(jié)點和測控五防閉鎖 節(jié)點來實現。本文主要討論對手動刀閘、接地樁和網門的閉鎖。

對手動刀閘閉鎖時，可在手動刀閘的操作把手上加裝智能 電磁鎖。當需要對刀閘進行操作時，由后臺監(jiān)控機先進行五防 邏輯判斷，當滿足操作條件時，向間隔控制器發(fā)解鎖信號，由 間隔控制器將電磁鎖解鎖，然后才能操作。開鎖后，電磁鎖 的狀態(tài)置為0。

對于接地樁的閉鎖，由于接地樁是為臨時接地線配置的 接地端，可在接地樁上加裝一個接地箱，再配一把電磁鎖。 當需要接地時，電磁鎖只有滿足五防邏輯時才能打開，此時 電磁鎖的狀態(tài)置為1 :需要拆除接地線送電時，必須真正拆除 接地線后，接地箱才能關閉，關閉后，電磁鎖的狀態(tài)置為0。 此時后臺監(jiān)控機才會開放接下來需要操作的電磁鎖，這樣可 有效防止帶接地線合斷路器的惡性誤操作的發(fā)生。

網門的閉鎖與手動刀閘相同，在此不再贅述。

5結語

隨著變電站自動化技術的不斷推廣和運行管理模式的進步，防誤閉鎖技術也面臨許多新的要求，在這些需求的推動下, 作為主流的微機防誤閉鎖技術也在不斷地改進,新的設計概念 不斷出現。本文所做工作是在線式防誤閉鎖系統(tǒng)中電磁鎖與監(jiān) 控系統(tǒng)聯網部分的設計。事實上，本系統(tǒng)還需進一步的完善 和改進。另外，在線式防誤閉鎖系統(tǒng)要實現與操作票系統(tǒng)和 變電站監(jiān)控系統(tǒng)的有效結合，還需對操作票系統(tǒng)和變電站監(jiān) 控系統(tǒng)進行研究，只有在熟悉三個系統(tǒng)的基礎上進一步加強 結合，實現方案的整體設計目標，才能使在線式防誤閉鎖系 統(tǒng)更高效地防止電力系統(tǒng)誤操作事故的發(fā)生。

20210905_613463918e579__基于CAN總線和單總線的在線式防誤閉鎖系統(tǒng)設計