CN101692524A - 基于无线通讯的电力系统防误操作方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于无线通讯的电力系统防误操作方法，包括防误主机和至少一个防误锁具，其特征在于：还包括有和至少一个防误锁具通过通讯电缆连接的锁具控制器，并且，防误主机设置有主控模块、第一通讯模块和逻辑校验模块，锁具控制器设置有第二通讯模块和控制模块，第一通讯模块和第二通讯模块之间通过一无线通讯网络实现所述防误主机和锁具控制器的数据传递。与现有技术相比，本发明的锁具控制器和防误主机之间采用Zigbee无线通讯网络实现数据传递，锁具控制器可直接控制锁具的开闭锁，无需人工干预即可完成开闭锁操作，同时锁具控制器实时采集锁具和设备的现场状态并反馈给防误主机，确保设备和锁具操作到位，提高现场操作的可靠性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统变电站内的防误操作的方法及其装置，该防误操作装置采用无线通讯方法实现对电气设备的安全维护，有效防止误操作。
背景技术
现有的电气误操作是指各种原因造成的违反正常操作程序的行为，主要有误拉合断路器、带负荷拉合隔离开关、带电挂接地线或带电合接地刀闸、带接地线或接地刀闸合闸、非同期并列等，电器设备误操作的发生危害极大，可能造成变电站设备损坏、大面积停电，甚至发生人身伤亡事故，因此，防止电气误操作事故的发生是电力安全生产的重要环节。
目前，防止电气设备误操作的装置主要有机械程序防误闭锁装置、电磁防误闭锁装置、微机防误闭锁装置等。机械程序防误闭锁装置一般应用于10KV的开关柜开关、刀闸、地刀、柜门，有强制性防误操作功能，缺点是密封式开关柜(如XGN2-10/07D柜)无法进行验电接地，同时机械程序锁无防止误切开关功能；电磁防误闭锁装置多用于户外型变电站，但其接线复杂，涉及的元件较多，需掌握一定电气技术的工人才能进行人为解锁，若开关、刀闸、地刀的辅助接点及其操作机构某一环节出现故障就会影响电动操作，维护比较困难；微机防误闭锁装置是近年发展起来的新型防误技术，已大量应用于各变电站，其具备防止误切开关在内的“五防”功能，但传统微机防误装置在防误主机与一次设备的测控装置之间需要线缆连接，使得施工难度大、投资成本高，特别是老站改造，更加不容易实施，而且，长距离的布线会使得电磁干扰引入到系统中，影响系统的可靠性。
现有技术中针对上述防误装置存在的缺点，提出了一种基于无线遥控的微机防误装置，如申请号为91232341.8的中国实用新型《微机无线遥控防误操作装置》即公开了这样一种防误操作装置，包括由单片机构成的防误主机、微机遥控器和刀闸防误锁，防误主机与遥控器采用无线电交流信息，微机遥控器和刀闸防误锁结合便可确定是否开闭操作，只有在正确的程序时，才能取出机械钥匙，能进行操作。但是，该专利中的状态采集装置是安装在遥控器上，操作人员在现场需要同时携带机械钥匙和遥控器，通过遥控器和机械钥匙的结合才能够将锁具打开或关闭，操作相对复杂；而且，上述专利的状态采集不是实时在线，即只有操作时才能知道设备状态，如果设备在非操作时变位(如开关跳闸时)，防误主机就无法获取此状态，仍会产生因设备状态和现场不对应造成的误操作事故；另外，该专利中对锁具的操作是需要人工干预实现的，工作人员只有将机械钥匙插入锁头才能够操作刀闸，对人工的依赖性较强，难以实现自动化，现场工作效率低，而且人工进入现场操作也存在一定的危险性。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术现状提供一种能够对现场一次设备进行实时采集、确保现场操作后可靠闭锁的基于无线通讯的电力系统防误操作方法，该防误操作方法的开闭锁过程由系统自动实现，无需人工干预，维护更为方便。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种应用有上述方法的基于无线通讯的电力系统防误操作装置。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：该基于无线通讯的电力系统防误操作方法，包括一防误主机和至少一个防误锁具，其特征在于：还包括有和至少一个所述防误锁具通过通讯电缆连接的锁具控制器，并且，所述防误主机设置有主控模块、第一通讯模块和逻辑校验模块，所述锁具控制器设置有第二通讯模块和控制模块，所述第一通讯模块和第二通讯模块之间通过一无线通讯网络实现所述防误主机和锁具控制器的数据传递；
所述基于无线通讯的电力系统防误操作方法通过以下步骤实现：
步骤一：启动所述防误主机，该防误主机的主控模块显示当前变电站锁具和设备初始状态的一次系统图；
步骤二：所述防误主机的主控模块在本机模拟操作任务过程，并由该防误主机的逻辑校验模块对该操作任务进行防误闭锁逻辑校验；若符合防误闭锁逻辑验证，则允许执行该操作任务，所述主控模块保存该操作任务的操作项目信息，然后执行下一步骤；若不符合防误闭锁逻辑验证，则禁止执行该操作任务，所述主控模块提示禁止操作的原因，然后循环本步骤；
步骤三：所述主控模块根据所述操作任务生成当前操作项目所对应的开锁指令，并通过所述的第一通讯模块将该开锁指令以无线通讯的方式发送给相应的所述锁具控制器；
步骤四：所述锁具控制器的控制模块执行来自所述第二通讯模块接收的所述开锁指令，该控制模块向相应的锁具发送开锁脉冲电流，所述锁具开锁；
步骤五：操作人员对当前设备进行现场操作，所述锁具控制器的控制模块检测当前锁具和设备的状态信息，该状态信息经所述第二通讯模块反馈至所述的防误主机；
步骤六：所述防误主机的第一通讯模块接收当前锁具和设备的状态，所述主控模块判断该设备状态是否达到目标状态；若当前设备达到目标状态，则设备操作完毕，该防误主机的主控模块发送闭锁指令至所述锁具控制器，然后执行下一步；若当前设备未达到目标状态，则设备未完成操作，返回步骤五；
步骤六：所述锁具控制器的控制模块向相应的锁具发送闭锁脉冲电流，该锁具闭合，所述锁具控制器的控制模块检测当前锁具的闭合状态信息，并将该状态信息经所述第二通讯模块反馈至所述防误主机：
步骤七：所述防误主机的主控模块确认所述锁具是否闭合，若锁具闭合，则所述操作任务的当前操作项目完成，该主控模块更新所述的一次系统图，然后执行下一步；若锁具未闭合，则所述主控模块提示操作故障，循环本步骤；
步骤八：所述防误主机的主控模块判断所述操作任务是已否完成最后一个操作项目，若是，则结束本次操作任务；若否，则继续执行下一操作项目，并返回步骤三。
所述无线通讯网络可以采用现有技术中的GPRS网络、蓝牙网络或射频通讯网络等，作为优选，可以采用基于Zigbee协议的通讯网络，包括有作为中心节点的通讯基站以及作为终端节点的通讯子站，其中，所述通讯基站安装在所述防误主机上，所述通讯子站安装在相应的所述锁具控制器上。Zigbee是一种短距离、低功耗的无线通信技术，其特点是低复杂度、低数据速率和低成本，适用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中。
为了提高开闭锁的可靠性和唯一性，所述的开锁指令和闭锁指令各包括有一外部编号和一端口号，所述外部编号和当前操作项目对应的设备所在的锁具控制器相适配，所述端口号和所述操作任务所对应的设备所在的锁具相适配。
本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：该防误操作装置，其特征在于：包括有
一防误主机，设置于受控变电站；
一通讯基站，该通讯基站和所述的防误主机通过电缆连接；
至少一个通讯子站，每一通讯子站和所述通讯基站之间基于Zigbee协议实现无线通讯；
和每一所述通讯子站相对应的锁具控制器，该锁具控制器和相应的通讯子站之间通过电缆连接；以及
对应每一所述锁具控制器的至少一个防误锁具，所述防误锁具安装在变电站现场一次设备的操作机构上，所述锁具控制器完成所述防误锁具的开闭锁控制和状态采集。
为了实现通讯基站和子站之间的无线通讯，所述通讯基站包括有第三通讯模块和第一无线收发模块，所述通讯子站包括有第四通讯模块和第二无线收发模块，所述第三通讯模块通过RS-232串口与所述防误主机的第一通讯模块连接，所述第四通讯模块和所述锁具控制器的第二通讯模块通过电缆连接。
所述通讯子站为一设置在相应的所述锁具控制器内的Zigbee无线通讯模块，该无线通讯模块和所述锁具控制器的控制模块相连。于是，通讯子站为一嵌设在锁具控制器内的无线通讯模块，更加方便系统的安装和维护。
所述锁具控制器包括有电源插口和控制端口，所述电源插口外接220V交流电，所述控制端口有八个，分别通过电缆连接有一所述的防误锁具。于是，每一锁具控制器可同时操作八把防误锁具，提高了操作任务的工作效率。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在现场安装锁具控制器，该锁具控制器和防误主机之间采用无线通讯的方式实现数据传递，而且，锁具控制器和锁具通过通讯电缆相连，可直接控制锁具的开闭锁，无需人工干预即可完成开闭锁操作，同时还可以通过锁具控制器实时采集锁具和设备的现场状态并反馈给防误主机，在操作的过程中，防误主机根据锁具控制器检测的现场锁具状态和设备状态的信息，始终进行实时逻辑判断，只有确认设备操作完成以及锁具闭合到位后，才能继续执行下一操作项目，起到了真正实时有效的防止误操作目的，避免现有技术中采用微机防误装置普遍存在的离线操作安全隐患的问题。
另外，本发明采用了Zigbee无线通讯网络方式实现防误主机和锁具控制器之间的数据传递，并且，通讯子站为一集成在锁具控制器内的Zigbee无线通讯模块，使得整个系统结构更加紧凑，安装盒维护更为方便；Zigbee是一种短距离、低功耗的无线通信技术，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备，Zigbee网络具有较强的自组织、自愈能力，当变电站增加或减少设备时网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。
附图说明
图1为本发明实施例的防误装置系统结构示意图。
图2为图1所示防误装置的系统功能模块连接示意图。
图3为图1所示防误装置的系统工作流程图。
图4为本发明实施例的防误装置在集控系统中的网络架构图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1～图4所示，为本发明的具体实施例，具体地为一种基于无线通讯技术的防误装置，包括有防误主机1、通讯基站2、通讯子站3、锁具控制器4和防误锁具5，参见图1；
其中，防误主机1为一设置于各受控变电站的商用或工业计算机，需要运行变电站主控软件和通讯接口软件，可以实现显示当前一次系统图、权限验证、进行闭锁逻辑约束下的模拟操作、完成倒闸操作的现场控制等功能；
通信基站2安装在各变电站，通过RS-232串口与防误主机1连接，采用220V交流电源供电，与锁具控制器4之间采用基于Zigbee网络协议的无线通信，负责通讯接口软件与锁具控制器之间的数据转发；
多个通讯子站3，和通讯基站2之间进行无线通讯，实现防误主机和锁具控制器之间的无线数据传递；
锁具控制器4安装在变电站现场，由220V外接交流电源供电，每一锁具控制器4对应一个通讯子站3，锁具控制器4和防误锁具5通过电缆相连，完成开闭锁操作及设备状态以及锁具状态的上报，每个闭锁控制器最多可以控制八把防误锁具；
防误锁具5安装在变电站现场的一次设备的操作机构上，按照机械或电气方式锁定一次设备，并通过非接触式方式采集设备状态与锁具状态。
本实施例的通讯基站2安装在变电站的防误主机上作为中心节点，各通讯子站3安装在现场的锁具控制器上作为终端节点，构成星型基于Zigbee协议的无线通讯网络，一个中心节点最多可以管理255个终端节点，最多可以完成2000个设备的锁定和状态采集。
为了实现防误主机和锁具控制器之间的数据传递以及对现场锁具和设备状态的实时监控，本实施例防误装置的各组成部件分别具有以下功能模块，参见图2：
防误主机1包括有主控模块11、第一通讯模块12、输入模块13和逻辑检验模块14，其中，输入模块13用于实现操作者的身份认证，操作者可根据各自的权限通过输入模块13操作防误主机，主控模块11运行有变电站主控软件，可现实当前一次系统图、模拟操作任务流程以及下传操作任务，而逻辑检验模块14实现对操作任务的闭锁逻辑校验，并将校验结果反馈给主控模块，保证现场操作的安全性和可靠性。
通讯基站2包括有第三通讯模块21和第一无线收发模块22，通讯基站2的第三通讯模块21和防误主机1的第一通讯模块12之间通过电缆连接，并以RS-232串口实现数据传输。
通讯子站3集成于锁具控制器4内，包括有第四通讯模块31和第二无线收发模块32，该第四通讯模块31和第二无线收发模块32组成一Zigbee无线通讯模块。
锁具控制器4包括有控制模块41和第二通讯模块42，其中，第二通讯模块42和第四通讯模块31通过电缆连接实现锁具控制器4和通讯子站3之间的通讯，通讯子站3的第二无线收发模块42和通讯基站2的第一无线收发模块22之间通过无线技术进行数据传递，锁具控制器4通过通讯子站3接收防误主机1发送的闭锁和开锁指令，并通过通讯子站3将检测到的锁具和设备的状态传送至防误主机1；
并且，锁具控制器4的控制模块41以单片机411为核心，包括有电源模块412、指示模块413、锁具状态检测模块414和锁具控制模块415；电源模块412给单片机411供电；指示模块413包括有电源指示灯、运行指示灯、数据传输指示灯、状态变化指示灯和备用指示灯，用于提供锁具控制器的工作状态；锁具状态检测模块414和安装在防误锁具5上的传感器相连，用于检测锁具状态，锁具控制模块4可发送开锁脉冲电流或闭锁脉冲电流，可直接控制防误锁具5的打开或关闭。
每个锁具控制器4都有一个外部编号，在同一变电站中外部编号是唯一的，每个锁具控制器还分别具有8个控制端口，从左到右端口号依次为1～8，可以控制8把防误锁具，完成8个一次设备的锁定和状态采集，通过锁具控制器的外部编号和控制端口号可以唯一确定一个一次设备的测控位置。现场操作时，安装在变电站防误主机上的主控软件根据操作设备编号获取测控位置，生成开锁指令或闭锁指令，指令中包含了锁具控制器的外部编号和控制端口号，锁具控制器根据指令的锁具控制器外部编号判断是否属于本锁具控制器的操作指令。
本实施例的防误操作装置通过以下步骤实现防误操作，参见图3：
步骤一：启动所述防误主机，该防误主机的主控模块显示当前变电站锁具和设备初始状态的一次系统图；
步骤二：所述防误主机的主控模块在本机模拟操作任务过程，并由该防误主机的逻辑校验模块对该操作任务进行防误闭锁逻辑校验；若符合防误闭锁逻辑验证，则允许执行该操作任务，所述主控模块保存该操作任务的操作项目信息，然后执行下一步骤；若不符合防误闭锁逻辑验证，则禁止执行该操作任务，所述主控模块提示禁止操作的原因，然后循环本步骤；
步骤三：所述主控模块根据所述操作任务生成当前操作项目所对应的开锁指令，并通过所述的第一通讯模块将该开锁指令以无线通讯的方式发送给相应的所述锁具控制器；
步骤四：所述锁具控制器的控制模块执行来自所述第二通讯模块接收的所述开锁指令，该控制模块向相应的锁具发送开锁脉冲电流，所述锁具开锁；
步骤五：操作人员对当前设备进行现场操作，所述锁具控制器的控制模块检测当前锁具和设备的状态信息，该状态信息经所述第二通讯模块反馈至所述的防误主机；
步骤六：所述防误主机的第一通讯模块接收当前锁具和设备的状态，所述主控模块判断该设备状态是否达到目标状态；若当前设备达到目标状态，则设备操作完毕，该防误主机的主控模块发送闭锁指令至所述锁具控制器，然后执行下一步；若当前设备未达到目标状态，则设备未完成操作，返回步骤五；
步骤六：所述锁具控制器的控制模块向相应的锁具发送闭锁脉冲电流，该锁具闭合，所述锁具控制器的控制模块检测当前锁具的闭合状态信息，并将该状态信息经所述第二通讯模块反馈至所述防误主机：
步骤七：所述防误主机的主控模块确认所述锁具是否闭合，若锁具闭合，则所述操作任务的当前操作项目完成，该主控模块更新所述的一次系统图，然后执行下一步；若锁具未闭合，则所述主控模块提示操作故障，循环本步骤；
步骤八：所述防误主机的主控模块判断所述操作任务是已否完成最后一个操作项目，若是，则结束本次操作任务；若否，则继续执行下一操作项目，并返回步骤三。
图4所示，为了便于管理各受控变电站以及实现对各受控变电站的远程监控，在本实施例的防误主机通过通讯电缆还连接有一集控主机6，集控主机6用于管理和监控各级受控变电站7，现场操作过程中，受控变电站7的防误主机1实时将执行情况上报集控主机6，集控主机6根据执行情况，实时刷新票面，完成现场操作的远程监视。
集控主机6上主要运行集控主控软件和集控通信管理软件，并且，集控主机6拥有所有变电站数据，通过切换变电站的方式浏览各变电站一次系统图，进行模拟操作生成操作轨迹并保存成操作任务，通过以太网通讯方式将模拟生成的操作任务下发给对应的受控变电站7。
本实施例所采用的通信基站的技术参数如下：
传输距离：100m～2000m；
数据接口：RS-232；
频率范围：2.405GHz～2.480GHz；
发射功率：-27dBm～25dBm；
输入电压：DC-9V；
寻址方式：IEEE802.15.4/zigbee标准地址；
防冲突：CSMA-CA和GTS的CSMA-CA；
最大发射电流：70mA；
最大接收电流：70mA；
待机电流：10mA；
工作温度：-40～85℃。
本实施例所采用的锁具控制器的技术参数如下：
环境温度：户内设备-20℃～60℃，日温差≤15℃；户外设备-40℃～60℃，日温差≤50℃；
相对湿度：日平均≤95％；月平均≤90％；年平均≤85％；
抗冲击强度：≥6g；
操作回路电压：≤500V；
工作电压：195～242V交流；
额定功率：10W；
锁具工作电压：+12V±20％直流；
安装地点：控制器安装在变电站一次设备区或主控室内，并通过屏蔽壳体实现与现场的电磁隔离；
防误锁具容量：≤8个；
电气开闭锁使用寿命：≥50000次；
平均无故障时间(MTBF)：≥50000h；
系统振荡波抗扰度：共模2500V、差模1000V；
静电放电：8000V；
快速瞬变电抗扰度：1000V；
浪涌冲击：1000V；
工频磁场抗扰度：400A/m；
工作温度：-40℃～60℃；
使用环境满足：GB2423.4-1980《电工电子产品基本环境试验规范》要求；
工作电流：＜300mA；
工作功耗：＜2W。
Claims (7)
1.一种基于无线通讯的电力系统防误操作方法，包括一防误主机和至少一个防误锁具，其特征在于：还包括有和至少一个所述防误锁具通过通讯电缆连接的锁具控制器，并且，所述防误主机设置有主控模块、第一通讯模块和逻辑校验模块，所述锁具控制器设置有第二通讯模块和控制模块，所述第一通讯模块和第二通讯模块之间通过一无线通讯网络实现所述防误主机和锁具控制器的数据传递；
所述基于无线通讯的电力系统防误操作方法通过以下步骤实现：
步骤一：启动所述防误主机，该防误主机的主控模块显示当前变电站锁具和设备初始状态的一次系统图；
步骤二：所述防误主机的主控模块在本机模拟操作任务过程，并由该防误主机的逻辑校验模块对该操作任务进行防误闭锁逻辑校验；若符合防误闭锁逻辑验证，则允许执行该操作任务，所述主控模块保存该操作任务的操作项目信息，然后执行下一步骤；若不符合防误闭锁逻辑验证，则禁止执行该操作任务，所述主控模块提示禁止操作的原因，然后循环本步骤；
步骤三：所述主控模块根据所述操作任务生成当前操作项目所对应的开锁指令，并通过所述的第一通讯模块将该开锁指令以无线通讯的方式发送给相应的所述锁具控制器；
步骤四：所述锁具控制器的控制模块执行来自所述第二通讯模块接收的所述开锁指令，该控制模块向相应的锁具发送开锁脉冲电流，所述锁具开锁；
步骤五：操作人员对当前设备进行现场操作，所述锁具控制器的控制模块检测当前锁具和设备的状态信息，该状态信息经所述第二通讯模块反馈至所述的防误主机；
步骤六：所述防误主机的第一通讯模块接收当前锁具和设备的状态，所述主控模块判断该设备状态是否达到目标状态；若当前设备达到目标状态，则设备操作完毕，该防误主机的主控模块发送闭锁指令至所述锁具控制器，然后执行下一步；若当前设备未达到目标状态，则设备未完成操作，返回步骤五；
步骤六：所述锁具控制器的控制模块向相应的锁具发送闭锁脉冲电流，该锁具闭合，所述锁具控制器的控制模块检测当前锁具的闭合状态信息，并将该状态信息经所述第二通讯模块反馈至所述防误主机：
步骤七：所述防误主机的主控模块确认所述锁具是否闭合，若锁具闭合，则所述操作任务的当前操作项目完成，该主控模块更新所述的一次系统图，然后执行下一步；若锁具未闭合，则所述主控模块提示操作故障，循环本步骤；
步骤八：所述防误主机的主控模块判断所述操作任务是已否完成最后一个操作项目，若是，则结束本次操作任务；若否，则继续执行下一操作项目，并返回步骤三。
2.根据权利要求1所述的基于无线通讯的电力系统防误操作方法，其特征在于：所述无线通讯网络为基于Zigbee协议的通讯网络，包括有作为中心节点的通讯基站以及作为终端节点的通讯子站，其中，所述通讯基站安装在所述防误主机上，所述通讯子站安装在相应的所述锁具控制器上。
3.根据权利要求1所述的基于无线通讯的电力系统防误操作方法，其特征在于：所述的开锁指令和闭锁指令各包括有一外部编号和一端口号，所述外部编号和当前操作项目对应的设备所在的锁具控制器相适配，所述端口号和所述操作任务所对应的设备所在的锁具相适配。
4.一种运用如权利要求1～3中任一权利要求所述方法的防误操作装置，其特征在于：包括有
一防误主机，设置于受控变电站；
一通讯基站，该通讯基站和所述的防误主机通过电缆连接；
至少一个通讯子站，每一通讯子站和所述通讯基站之间基于Zigbee协议实现无线通讯；
和每一所述通讯子站相对应的锁具控制器，该锁具控制器和相应的通讯子站之间通过电缆连接；以及
对应每一所述锁具控制器的至少一个防误锁具，所述防误锁具安装在变电站现场一次设备的操作机构上，所述锁具控制器完成所述防误锁具的开闭锁控制和状态采集。
5.根据权利要求4所述的防误操作装置，其特征在于：所述通讯基站包括有第三通讯模块和第一无线收发模块，所述通讯子站包括有第四通讯模块和第二无线收发模块，所述第三通讯模块通过RS-232串口与所述防误主机的第一通讯模块连接，所述第四通讯模块和所述锁具控制器的第二通讯模块通过电缆连接。
6.根据权利要求5所述的防误操作装置，其特征在于：所述通讯子站为一设置在相应的所述锁具控制器内的Zigbee无线通讯模块，该无线通讯模块和所述锁具控制器的控制模块相连。
7.根据权利要求6所述的防误操作装置，其特征在于：所述锁具控制器包括有电源插口和控制端口，所述电源插口外接220V交流电，所述控制端口有八个，分别通过电缆连接有一所述的防误锁具。
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