一种防止发电厂电气开关误操作智能五防系统的研发与应用

一种防止发电厂电气开关误操作智能五防系统的研发与应用

廖世宁

（广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海，519000）

摘要：本文研发了一种针对发电厂电气开关误操作的智能五防系统，并进行了应用验证。该系统通过身份唯一、权限管理、逻辑开锁、群组开锁、远程授权等功能，有效防止了开关操作顺序错误、万能钥匙随意使用等问题，提升了操作安全性和工作效率。系统由智能管理平台APP、无源芯片锁、智能钥匙、辅助锁具等组成，具备身份管理、逻辑开锁、远程授权等实用功能。通过手机APP进行操作管理和记录查询，确保操作指令的准确性和操作过程的可追溯性。该智能五防系统在发电厂电气设备防误操作方面具有重要的应用前景和实际价值。

关键词：发电厂；电气开关；误操作；智能五防系统

一、新一代电气五防优化原则

安全性原则：安全是电气五防系统设计的首要原则。系统应考虑设备操作的安全性，防止误操作和意外事件的发生。通过合理的闭锁装置、权限管理和操作流程设计，确保只有具备相应权限和资质的人员才能进行操作，并遵循正确的操作顺序和流程[1]。

可靠性原则：电气五防系统应具备高度的可靠性，能够稳定运行并正确执行操作指令。系统设计应考虑设备的可靠性和稳定性，避免故障和失效的发生。采用可靠的硬件设备、合适的通信协议和数据传输方式，以及完善的监控和报警机制，确保系统能够及时响应和处理异常情况[2]。

灵活性原则：新一代电气五防系统应具备一定的灵活性，能够适应不同场景和需求的变化。系统设计应具备可扩展性和可配置性，方便根据实际情况进行调整和优化。系统应支持远程授权和远程操作，便于管理人员进行远程管理和控制，提高工作效率和灵活性。

可追溯性原则：电气五防系统应具备完善的操作记录和追溯功能，能够准确记录操作人员、操作时间和操作内容等信息。系统应具备数据存储和查询功能，方便管理人员进行操作记录的查看和分析，以及事故发生后的溯源和分析。这有助于提高管理效果，发现问题和隐患，并采取相应的改进措施[3]。

用户友好性原则：新一代电气五防系统应注重用户的使用体验和友好性。系统应具备简洁明了的界面设计，易于操作和理解。操作流程应简化和规范化，减少人为操作错误的可能性。同时，系统应提供清晰的提示和警示信息，及时提醒操作人员注意安全和正确操作。

二、五防优化方法

风险评估与管理：通过对潜在风险的评估和管理，可以确定关键风险点并采取相应的措施进行防范。这包括对设备、操作和环境等方面进行全面的风险评估，制定相应的风险管理计划，明确责任和措施，确保风险得到有效控制和管理。

安全培训与意识提升：提供全面的安全培训，包括设备操作、应急处置、安全规范等方面的培训，增强员工的安全意识和技能。通过定期的安全培训和意识提升活动，使员工深入了解安全规范和操作要求，并能够主动发现和报告潜在的安全风险。

设备更新与改进：定期评估现有设备的性能和可靠性，根据需要进行设备的更新和改进。引入先进的设备和技术，提高五防系统的性能和安全水平。同时，关注设备的维护和保养，确保设备处于良好的工作状态，减少故障和事故的发生。

安全监测与预警系统：建立有效的安全监测和预警系统，实时监测关键参数和状态变化。通过使用传感器、监控设备和数据分析技术，可以及时发现异常情况并采取相应的措施。预警系统可以提供及时地警报和报警信息，方便管理人员进行迅速的反应和处理[4]。

持续改进与学习：不断进行经验总结和反馈，及时调整和改进五防措施。定期进行五防系统的评估和审核，发现问题并采取纠正措施。同时，关注行业的最新动态和技术发展，学习借鉴其他企业的成功经验，不断提升五防系统的效果和水平。 

三、五防系统研发设计

广东某发电公司两台机组为上海电气集团生产的600MW超临界燃煤发电机组；厂用电系统6kV断路器为广州东芝白云电器设备有限公司生产的真空小车开关，开关数量较多有150台以上，烟气环保处理设备包含电除尘系统和湿式电除尘系统。电除尘整流变（18套/机组）额定输入电压为交流AC 380V、额定输出电压为直流DC 72KV，湿式电除尘整流变（4套/机组）额定输入电压为交流AC 380V、额定输出电压为直流DC 55KV；厂用电系统6kV断路器目前使用的微机五防系统有诸多弊端；电除尘器整流变的电源开关以及整流变出口高压隔离开关的合拉/接地操作有严格的要求，目前静电除尘系统无任何防止误操作的闭锁装置。根据电力行业《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求实施细则》和粤电集团公司《防止发电厂人身伤亡事故十项工作规定》的要求，高压电气设备应装设防止误操作的闭锁装置。总结以往电气开关误操作的原因，走错间隔是很大的原因，其次是操作顺序的错误造成，目前的微机五防系统诸多局限性，导则被弃用，变成一个形式、应付检查。

根据细则要求和安全需要，发电公司6kV断路器（小车真空开关）、电除尘系统的高压设备需要装设防止误操作的闭锁装置。为破解走错开关间隔、做错操作顺序、万能钥匙随意使用、开/关状态反馈不准，以及工作效率低下、可追溯等难点，协调各方资源，开展技术攻关，经过历时两年的调研分析、研发设计、调试优化和试验实施，最终研发出一个新型智能五防系统－-“一种防止发电厂电气开关误操作智能五防系统”。解决目前微机五防系统的万能钥匙随意使用的弊端、微机五防工作效率低的问题、容易走错间隔的隐患。

“一种防止发电厂电气开关误操作智能五防系统”。根据安全要求和生产设备情况、操作逻辑、运行经验，经过充分探讨、论证，设计一套“防止发电厂电气开关误操作系统”。该系统是一种新型的“防止发电厂电气开关误操作系统”，系统由智能管理平台APP、无源芯片锁、智能钥匙、辅助锁具等部分组成，具有身份唯一、权限管理、逻辑开锁、群组开锁、远程授权、逾期失效、记录查询、锁定状态等专业实用功能。

（1）设备组成：

  芯片锁：含有PCBA贴片，限位器，驱动马达等元器件。

  电子钥匙：含有PCBA贴片、发射器、电池等元器件。

  移动终端：安装有Android或iOS操作系统、具有蓝牙功能的手机、平板等设备。

  智能管理平台：操作系统、手机APP、芯片程序智能手机蓝牙连接。

  辅助工具：配备专用开关锁具。

（2）系统优点

  身份唯一：通过手机号绑定实现人员管理、身份管理，防止外部人员随意进入。

  权限管理：管理员、下令人、操作人，权限授权分配。

  锁具管理：对五防芯片锁进行编辑和定位，实现设备与芯片锁一一对应且唯一。

  常规开锁：对开关单一操作，且不受逻辑限制的五防芯片锁。

  逻辑开锁：可编辑五防芯片锁的开锁顺序逻辑功能，防止开关操作顺序出错。

  群组开锁：分批分步骤开锁，有利于机组大、小修时设备隔离操作。

  远程授权：具有远程申请、远程审核任务、批准授权功能。

  逾期实效：对指令时限管理，通过操作时段或结束指令实现指令有效性管理。

  智能化管理：系统平台管理，结合手机APP功能应用。

  追溯管理：可查询申请、审批、操作记录以及人员、操作时间。

  锁头状态查询：具有五防芯片锁开锁、闭锁状态查询功能。

  （3）系统构架

     系统构架包括管理平台、电子钥匙芯片程序、电子钥匙芯片程序、移动终端（APP）。智能闭锁管理平台（以下简称“管理平台”）是一套Browser/Server架构的控制系统，管理平台部署在云服务器上，用户端只需现代浏览器即可随时随地访问，无需安装额外插件。管理平台支持私有化部署，可运行在Windows Server、Linux等平台，系统中安装有Node.js运行环境。同时，管理平台依赖MySQL数据库存储必要数据。

图1系统架构

（4）智能五防系统的域网选择

选择局域网以下几个问题，

第一，系统安装和使用需要符合行业规定和公司制度，并且满足网络防护（俗称防火墙）要求。

第二，选择局域网需要布置无线网络（WiFi），供移动终端手机APP连接使用；全厂电气设备比较分散，且范围大、距离远，需要布置很多的无线网络覆盖。

第三，电厂电气设备区域布置无线网络（WiFi），无线信号有影响设备正常操作或误动的风险。

第四，部分单位不允许重要生产现场安装无线网络（WiFi）。

第五，整个单位布置许多无线网络（WiFi），局域网容易受到攻击、入侵的风险。

第六，选择局域网，不利于外协单位的网络使用管理。

选择商业广域网的优点：

首先，个人用户的移动终端（手机APP），手机APP直接通过中国移动网络或中国联通网络连接登录，方便快捷。

其次，移动网络与局域网分开，对局域网不会产生入侵的危险。

再次，智能管理平台被入侵，也智能查看五防锁的锁头状态，无法看到电厂设备的状态（因为智能五防是独立的系统，与电厂系统无关联）。

第四，智能五防系统云平台有自动备份功能，不受影响，入侵也不能操作五防锁。

图2智能五防系统的域网

（5）操作管理：

智能管理后台通过手机号绑定进行人员身份管理和权限管理，有效防止外部无关人员进入该系统APP平台；进行操作时，如某一6kV设备停电测量绝缘，操作员通过手机登录APP，申请此设备逻辑开锁的操作内容“某一6kV设备停电测量绝缘”，下令人通过个人手机登录APP，远程审核操作任务正确后批准申请，操作员通过自己手机登录的APP查看到已批准的申请操作指令，然后把电子钥匙通过手机蓝牙与APP连接，将APP上已批准的指令下传至电子钥匙上，操作员拿着电子钥匙进行按正确顺序操作开锁（第一顺序打开6kV开关芯片锁、拉电操作，其次第二顺序，打开开关地刀芯片锁、操作的刀，接着第三顺序，打开6kV开关后柜门芯片锁，开后柜门进行测量设备绝缘），如操作员走错设备间隔或者未按正确顺序开锁操作时，电子钥匙不能打开错误的锁头、进行操作设备，同时发出错误操作的“滴滴滴”报警声音提醒操作员。操作完成后，通过APP上传操作任务或者操作指令有效时段结束后，操作指令失效；开锁操作过程可以通过管理系统后台查看操作人员和操作记录和开锁、关锁状态。

四、五防系统应用分析

本智能五防系统从根本上消除走错间隔、误操作的隐患，提高工作效率的同时，切实保证了操作人员的人身安全和设备安全。该系统同时还获广泛应用到常闭系统阀门、网控围栏门和主变围栏等设备管理区域门锁上。

图3智能五防系统app               图4智能五防锁

微机系统与智能五防系统工作效率对比如下表1所示，可以看出，智能五防系统的各项指标时间都有较大缩短，说明系统操作效率有较大提升，具体操作人员现场作业图如下图5所示。

表1 微机系统与智能五防系统工作效率

 图5智能五防应用场景

五、结论

本研究成功地研发出了一种防止发电厂电气开关误操作的智能五防系统，并在实际应用中取得了良好的效果。该系统通过身份唯一、权限管理、逻辑开锁、群组开锁、远程授权等功能，有效解决了开关操作顺序错误、万能钥匙随意使用等问题，提高了操作安全性和工作效率。系统采用智能管理平台APP、无源芯片锁、智能钥匙、辅助锁具等组成，通过手机APP进行操作管理和记录查询，确保操作指令的准确性和操作过程的可追溯性。该智能五防系统的研发和应用为发电厂电气设备的安全运行提供了有效的保障，具有重要的实际应用价值和推广前景。

参考文献：

[1]林子阳,张彩红. 微机五防系统结构及其逻辑设计分析[J]. 电世界,2022,63(01):1-4.

[2]安建军,陶小宇. 电气开关操作指令系统响应时间长的处理[J]. 电力安全技术,2020,22(11):50-52.

[3]夏志丹. 电厂变电所电气开关设备故障分析及对策探究[J]. 科学技术创新,2019,(09):176-177.

[4]荀占龙. 新一代智能变电站五防系统优化研究[J]. 山东工业技术,2018,(07):161.

作者简介：廖世宁，1974.2-,广东大埔人，本科，工程师，研究方向电力运行技术。