并联式微机电气防误闭锁装置的制作方法

本发明涉及一种闭锁装置，具体涉及一种并联式微机电气防误闭锁装置。

背景技术：

变电站和发电厂等的高压电气设备为保证人员作业时的安全，都应安装完善的防误操作闭锁装置，以实现“五防”功能。目前闭锁方式大多采用的是机械闭锁+电气闭锁的方式。其中电气闭锁方式通过断路器、隔离开关、接地刀闸、电磁锁等装置的辅助节点串联的方式(有的闭锁条件还需串入微机测控装置的逻辑闭锁条件)实现闭锁功能，闭锁回路的复杂给日常的管理、消缺、维护工作带来极大的困难。

现有的电气防误实现方式均为串联式，串联式将设备的操作回路通过电缆连接串入闭锁条件，由于各个回路的闭锁条件不同，所以端子排上的串联回路的定义多种多样，带来的问题如下：

(1)串联回路上任一开关、刀闸、地刀的辅助接点出现故障就会影响操作，需沿逻辑条件逐项排查，维护困难，耗时长。

(2)现场图纸缺失或消缺人员从其他工作现场赶来未携带图纸造成故障处理更加困难，处理难度增大。

(3)回路形成后、一次设备运行，无法直观的查看闭锁条件。对某些变电站(特别是老站)运规中的闭锁条件与现场实际接线是否吻合有待验证，更加大了故障排查难度。

(4)回路一旦形成，如需改动，工作量比较大，工作复杂，不能很好满足变电站的日常工作使用。

(5)测控装置中的逻辑闭锁元件存在异常时，以目前的二次人员的技术水平大多无法调取查看逻辑闭锁条件中的异常点，只能依赖厂家解决。

(6)为了不造成送电延时影响各项指标，在上述多重困难下只能解锁操作。设备送电后若要处理此缺陷需等待下次停电才可。

(7)对设备运维管理单位的防误专责以及承担防误修理的外单位不具备排查故障的能力，消缺任务还需要依靠队伍凋零的二次保护人员，造成管理混乱，二次人员任务繁重。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种并联式微机电气防误闭锁装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种并联式微机电气防误闭锁装置，包括触屏显示屏、指示灯、电源板件、cpu板件、主dsp板件、备用dsp板件、开入板件和开出板件；

电源板件用于将220v直流电源变换为各板件所需直流电源；

cpu板件用于人机界面管理、通讯管理以及主dsp板件和备用dsp板件的监控；

主dsp板件用于判别开入板件输入数据是否合格，存储并计算判别逻辑，条件满足时允许开出板件出口或异常时闭锁开出板件相应出口；

备用dsp板件功能与主dsp板件功能相同，由cpu板件控制，在正常运行时可承担部分计算任务，当主dsp板件故障时投入运行，主dsp板件退出运行；

开入板件，与断路器、隔离开关、接地刀闸、电磁锁的辅助节点相连，将辅助节点位置信号转换并传输至dsp插件；断路器、隔离开关、接地刀闸、电磁锁的辅助节点并联接入开入板件；

开出板件，接收主dsp板件或备用dsp板件的允许信号和闭锁信号，控制相应的出口继电器的接通与断开，出口继电器的常开节点与外部设备的操作回路相连；

闭锁逻辑建立：通过触屏显示屏建立闭锁逻辑回路图，由cpu板件传输至dsp板件保存；

闭锁逻辑执行：开入板件将实节点信号、cpu板件将虚节点信号传输至dsp板件，dsp板件根据数据的合格性以及建立的闭锁逻辑回路图判定相应回路是否允许操作，并控制开出板件上相应出口继电器，接通或开断外部设备的操作回路，实现对外部设备的操作回路的开锁与闭锁。

闭锁装置有两种数据采集形式：

异位求和闭锁：对一个位置信号的采集，同时采集其常开节点和常闭节点两个信号，当开关在合位时常开为1、常闭为0，记为(1,0)；当开关在分位时常开为0、常闭为1，记为(0,1)；将采集的两个信号求和，和为1为正常数据，不为1为异常数据，并报位置异常，闭锁采用该信号的所有闭锁回路；

同时变化闭锁：本装置实时监测开关位置变化，对于某一个采集的开入量，其常开、常闭位置信号应同时变化，否则判为不正常变位。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明通过提出新型的闭锁方式实现闭锁回路逻辑清晰明确，可随时查看闭锁逻辑，快速指示出具体故障点，便于修改和检修维护，同时通过同时变化闭锁、异位求和闭锁两种闭锁方式实现各种故障情况下的可靠性；并联式微机电气防误装置在保证了与电气闭锁+逻辑闭锁的方式同等可靠的同时，实现了：(1)便于快速消缺；微机装置可以精确快速的反应出具体的哪一个开入量存在故障点，通过规范的端子排定义，检修人员在无图纸的情况下可以根据电缆编号和电缆芯号快速的找到故障位置，及时消除缺陷；(2)便于管理；由于逻辑回路的建立与实现采用微机装置完成，闭锁逻辑图做到可视化，管理人员可以随时查看、修改和验证闭锁逻辑的正确性；(3)简化接线；微机装置对每个位置信号只采取一组常开、常闭信号作为开入，大大简化了实际接线，节约了辅助开关的节点，同时对于复杂逻辑回路只需在微机装置上建立图形就实现简单方便；对于防误逻辑的修改也省时省力。

附图说明

图1为并联式微机电气防误闭锁装置硬件结构图。

图2为装置正面示意图。

图3为装置背面示意图。

图4为典型刀闸闭锁二次回路图。

图5为并联式的接线方式示意图。

图6为微机电气防误装置功能菜单示意图。

图7为开出量定义步骤示意图。

图8为回路逻辑创建画面示意图。

图9为回路逻辑创建举例示意图。

图10为并联逻辑创建举例示意图。

图11为数据采集逻辑图。

具体实施方式

如图1～3所示，一种并联式微机电气防误闭锁装置，由触屏显示屏、指示灯、电源板件、cpu板件、主dsp板件、备用dsp板件、开入板件和开出板件组成；内部板件之间的数据传输通过内部通讯总线完成，确保板卡之间数据传输的可靠性。

电源板件用于将220v直流电源变换为各板件所需直流电源；

cpu板件用于实现对整个装置的管理，人机界面管理、通讯管理以及主dsp板件和备用dsp板件的监控功能；

主dsp板件用于判别开入板件输入数据是否合格，存储并计算判别逻辑，条件满足时允许开出板件出口或异常时闭锁开出板件相应出口；

备用dsp板件功能与主dsp板件功能相同，由cpu板件控制，在正常运行时可承担部分计算任务，当主dsp板件故障时投入运行，主dsp板件退出运行；

开入板件，与断路器、隔离开关、接地刀闸、电磁锁的辅助节点相连，将辅助节点位置信号转换并传输至dsp插件；断路器、隔离开关、接地刀闸、电磁锁的辅助节点并联接入开入板件；

开出板件，接收主dsp板件或备用dsp板件的允许信号和闭锁信号，控制相应的出口继电器的接通与断开，出口继电器的常开节点与外部设备的操作回路相连；

闭锁逻辑建立：通过触屏显示屏建立闭锁逻辑回路图，由cpu板件传输至dsp板件保存；

闭锁逻辑执行：开入板件将实节点信号、cpu板件将虚节点信号传输至dsp板件，dsp板件根据数据的合格性以及建立的闭锁逻辑回路图判定相应回路是否允许操作，并控制开出板件上相应出口继电器，接通或开断外部设备的操作回路，实现对外部设备的操作回路的开锁与闭锁。

闭锁装置有两种数据采集形式：

异位求和闭锁：对一个位置信号的采集，同时采集其常开节点和常闭节点两个信号，当开关在合位时常开为1、常闭为0，记为(1,0)；当开关在分位时常开为0、常闭为1，记为(0,1)；将采集的两个信号求和，和为1为正常数据，不为1为异常数据，并报位置异常，闭锁采用该信号的所有闭锁回路；

同时变化闭锁：本装置实时监测开关位置变化，对于某一个采集的开入量，其常开、常闭位置信号应同时变化，否则判为不正常变位。

进一步的，电源板件用于将220v直流电源变换为各板件所需的220v、48v、24v、5v直流电源。

进一步的，内部板件之间的数据传输通过高性能的内部通讯总线完成，确保板卡之间数据传输的可靠性。

进一步的，cpu板件由高性能的嵌入式处理器、存储器、以太网控制器组成，实现对整个装置的管理，人机界面、通讯管理以及主dsp板件和备用dsp板件的监控功能。

进一步的，所述实节点信号为通过硬电缆接入装置的节点信号，所述虚节点信号为通过网线或光纤接入装置的节点信号。

进一步的，指示灯包括运行指示灯、告警指示灯、解锁指示灯和闭锁指示灯。

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明方案。

实施例

为阐明本发明，首先给出三个定义：

1)串联式条件输入方式(以下简称串联式):将设备的操作回路通过电缆连接串入闭锁条件(断路器、隔离开关、接地刀闸、电磁锁等装置的辅助节点)，所有条件满足的情况下回路方可导通、得电操作。

2)并联式条件输入方式(以下简称并联式)：将闭锁条件(断路器、隔离开关、接地刀闸、电磁锁等装置的辅助节点)并联接入微机装置(并联式微机电气防误闭锁装置)中，由微机装置建立闭锁回路逻辑图，条件满足时开放出口继电器，操作回路只串入该继电器出口节点。

3)微机电气闭锁方式：将并联式的接线实现闭锁的方式称为微机电气闭锁方式。

为阐明本发明以下图中的闭锁回路实现方式举例：

图4所示为典型的刀闸闭锁二次回路图，其中:dl为断路器、2g、1gd、3gd1分别为相应的刀闸，本发明只讨论闭锁实现方式，所以刀闸具体含义不作详细说明，且只对矩形框内的实现方式做讨论，即：串联式与并联式的比较。

1、并联式的接线方式

图5所示为并联式回路的实际接线图。需要指出并联式的实现需要依靠微机电气防误装置，该装置可读取开关位置量(可通过硬线接入同时支持读取站控层交换机的数据)，利用读取的开入量可通过图形画面建立相应闭锁回路，条件满足时开放对应出口使该操作回路得电。

并联式微机电气防误装置开入端子排(qd)按两个为一组配置，即：开入1为qd1和qd2、开入2为qd3和qd4……以此类推。

2、装置画面及菜单介绍

图6中，“节点”的主要功能就是根据实际接线将开入量以设备双重名称命名，便于查看、调取与管理。

“回路”用于查看、建立防误逻辑回路，定义开出量，如：kd1作为开出1……以此类推，定义一个开出量就是以汉字注释该开出量。

“实时状态查看”用于故障排除时的辅助功能。

2.1开入定义

结合图7，对于硬线接入的实节点，将开入端子两个设为一组，如：qd1、qd2作为开入1，qd3、qd4作为开入2……以此类推。

对于通过交换机读取的虚节点，建立虚端子排，同样将开入端子两个设为一组，如：xqd1、xqd2作为开入1，xqd3、xqd4作为开入2……以此类推。

2.2回路建立

在菜单的“回路”的“修改、创建回路逻辑”中点击“创建”选项弹出回路逻辑创建画面如图8。

下面以闭锁条件为1号主变7011刀闸常开节点的回路举例，描述建立过程。

点击“开始”按钮，画面如图9中①所示，灰色圆圈表示开始位置。

选中白色圆圈点击“添加连接”按钮，选择“串联”选项画面如图9中②所示。点击出现的白色方框，弹出开入量列表，选择要选取的开入量，确定后如如图9中③所示。

点击“完成”按钮如图9中④所示，灰色圆圈表示终止位置。

点击“开出选择”按钮，选择开出出口，然后汉字标注定义，确定后该标注同时作为该回路的定义名称。

点击“保存生成”按钮后，该回路建立完成。

下面就并联回路的建立举例。

选择图10①中黑色圆圈，点击“添加连接”按钮，选择并联选项，出现空白框图，选择设定完开入量之后出现图10②中的画面。

选中图10②中的黑色圆圈，点击“添加连接”按钮，选择连接选项，在选中深色圆圈上面的白色圆圈，完成连接，出现图10③，完成并联回路的创建。

2.3解锁

需解锁操作的按下解锁按钮后，弹出回路列表。在回路列表中选择要解锁的回路，输入管理人员密码，确认后再次按下解锁按钮方可解锁。

3、可靠性实现方式

3.1异位求和闭锁

对于某一个位置信号的采集，同时采集其常开节点和常闭节点两个信号。取开入1(qd1、qd2)举例：

当开关在合位时常开(qd1)为1、常闭(qd2)为0记为(1,0)。

当开关在分位时常开(qd1)为0、常闭(qd2)为1记为(0,1)。

将开入1采集的两个信号求和，和为1为正常数据，不为1为异常数据，并报位置异常，闭锁采用该信号的所有闭锁回路。

3.2同时变化闭锁

本装置实时监测开关位置变化，对于某一个采集的开入量，其常开、常闭位置信号应同时变化，否则判为不正常变位。

取开入1(qd1、qd2)举例：

当开关由分至合变位时，qd1由0变为1同时qd2由1变为0，微机装置监测到变位信号则qd1变位信号为1，qd2变位信号为1。

若开关由分至合变位时，qd1未变位，qd2变位。则qd1变位信号为0，qd2变位信号为1。

若开关由分至合变位时，qd1变位，qd2未变位。则qd1变位信号为1，qd2变位信号为0。

考虑到机构问题导致的不同时变位等因素，设置时间δt分别保持两个变位信号来躲避外界因素干扰(δt保持只对发生变位的信号产生)。当装置确认数据合格完成采集后对变位信号清零。

当两个变位信号同时为1时表示变位正常，允许信号采集。若两个变位信号的和为1表示不同时变位，发变位异常信号，闭锁采用该信号的所有闭锁回路。考虑到机构问题导致的不同时变位等因素，设置时间δt1延时来躲避。特别指出微机电气防误装置可记录并保存最近一次的变化情况。在现场操作完成后，可根据实际情况设置时间t使初始画面在设置的时间内显示变位的开入量，运行操作人员可在操作完成后在微机电气防误装置的初始画面中确认各设备已操作到位且变化正常，闭锁回路采集开入数据可靠。

如图11为微机电气防误装置的数据采集逻辑，只有当同时变化、异位求和为1同时满足的情况下才允许采集新的位置信号，任一条件不满足时则闭锁采用异常信号的所有闭锁回路。

对于故障消缺后或新设备投运时的数据采集功能恢复设置了数据确认键，检修人员可通过数据确认键实现某信号的正常上传。数据确认流程与解锁流程相同。

本发明对于每一个开入、开出及闭锁回路都采用设备双重名称、汉字明确定义，使闭锁回路的每一个闭锁条件的名称和状态清晰直观可查询。闭锁回路简洁绘制、实时查询功能。使闭锁回路的实现简单易懂、便于管理、修改和维护。并联式微机电气防误装置采用集中控制的方式，即每段母线配置一台或两台用于管理整段母线所有间隔的防误闭锁问题。

下面对本发明的并联式微机电气防误闭锁装置进行可靠性分析。

(一)故障情况分类

实际运行中可能出现的故障情况如下：

1)出口电缆破皮短接

2)开关常开、常闭逻辑接反

3)装置故障

4)开入接线松动

5)设备的辅助节点机构卡涩

对于出口电缆破皮短接这类故障情况电气闭锁+逻辑闭锁的方式也会存在，无法完全避免，需加强施工材料以及完工的验收工作，本发明不作讨论。

对于开关常开、常闭逻辑接反的情况，在投运或检修前均应为正常状态，反逻辑存在于在验收疏忽的人为因素，本发明不作讨论。

对于装置故障的因素设置装置故障闭锁功能，装置故障时闭锁所有出口。同时设置备用从机，装置切换需要人员到现场手工操作。

下面将对接线松动及机构卡涩两种因素下的可靠性进行讨论。

以下讨论均取开入1举例且开关在合位，常开为1、常闭为0记为(1,0)。

(二)接线松动

2.1一点松动分析

当松动发生在“1”处(常开位置)，则位置信号由(1,0)变位(0,0)，装置应发位置异常、变位异常信号，同时闭锁采用该开入的闭锁回路。

当松动发生在“0”处(常闭位置)，则位置信号保持(1,0)不变，一旦有操作产生变位时可实现可靠闭锁。

2.2两点松动分析

两点松动相当于电源消失届时信号将变为(0,0)，装置应发位置异常信号，闭锁采用该开入的闭锁回路。

(三)机构卡涩

机构卡涩时问题的出现发生在进行电气设备操作的时候，下面将做分类讨论。

3.1一点卡涩

当操作时卡涩发生在“1”处，则位置信号由(1,0)变位(1,1)，装置应发位置异常、变位异常信号，闭锁采用该开入的闭锁回路。

当操作时卡涩发生在“0”处，则位置信号由(1,0)变位(0,0)，装置应发位置异常、变位异常信号，闭锁采用该开入的闭锁回路。

3.2两点卡涩

发生两点卡涩时，由于所有信号的位置节点均取自机构，所以任何形式的闭锁方式都无法避免判断错误。

对于仅采用一个位置条件作为闭锁判别条件的回路，技术上可通过设置串入带电显示器或者电流等其他判别条件来避免此类情况造成的闭锁错误的情况。

在流程上，微机电气防误装置具有在初始界面显示最近变位的功能，如操作人员操作前后仔细核对可避免此类情况造成的闭锁条件判断错误的情况。此解决办法适用于下面讨论到的所有无法避免的情况。

(四)极端情况分析

本发明所述的极端情况为接线松动与机构卡涩问题同时发生的情况。由于无论什么样的卡涩情况与两点接线松动同时发生都与两点接线松动时的情况相同，所以极端情况不分析存在两点接线松动的情况。两点卡涩同理也不做讨论。

下面仅讨论一点松动时发生一点卡涩的情况。继续以开入1当开关在合位时常开为1、常闭为0记为(1,0)举例。共分为以下3种情况：先发生卡涩后发生松动(先卡后松)、先发生松动后发生卡涩(先松后卡)、松动与卡涩在δt时间内同时发生(松卡同时)

以下标题中的“1”和“0”指初始状态量为“1”或“0”的常开、常闭位置。

4.1先卡后松

4.1.1卡“1”松“0”

初始状态量为(1,0)，由于“1”位卡涩，操作后变为(1,1)，装置应发位置异常号，松动后变为(1,0)发变位异常信号，均能实现闭锁采用该开入的闭锁回路。

4.1.2卡“1”松“1”

初始状态量为(1,0)，由于“1”位卡涩，操作后变为(1,1)，装置应发位置异常号，松动后变为(0,1)发变位异常信号，虽数据正常但回路中依然存在故障，所以需要闭锁采用该开入的闭锁回路。

4.1.3卡“0”松“0”

初始状态量为(1,0)，由于“0”位卡涩，操作后变为(0,0)，装置应发位置异常号，松动后依然为(0,0)闭锁采用该开入的闭锁回路。

4.1.4卡“0”松“1”

初始状态量为(1,0)，由于“0”位卡涩，操作后变为(0,0)，装置应发位置异常号，松动后依然为(0,0)闭锁采用该开入的闭锁回路。

4.2先松后卡

4.2.1松“1”卡“0”

初始状态量为(1,0)，由于“1”位松动变为(0,0)，装置应发位置异常号，操作后松动后依然为(0,0)闭锁采用该开入的闭锁回路。

4.2.2松“1”卡“1”

初始状态量为(1,0)，由于“1”位松动变为(0,0)，装置应发位置异常号，操作后松动后依然为(0,1)发变位异常信号，虽数据正常但回路中依然存在故障，所以需要闭锁采用该开入的闭锁回路。

4.2.3松“0”卡“0”

初始状态量为(1,0)，由于“0”位松动保持(1,0)，操作后变为(0,0)发位置异常号、变位异常信号闭锁采用该开入的闭锁回路。

4.2.4松“0”卡“1”

初始状态量为(1,0)，由于“0”位松动保持(1,0)，操作依然为(1,0)位置不发生变化，无法检测到数据异常。

在此情况下微机电气防误装置不能可靠躲过，但对于机构卡涩的问题，任何闭锁方式都无法避免，解决方法同仅发生两点卡涩问题时相同。

4.3松卡同时

4.3.1松“1”卡“0”

初始状态量为(1,0)，由于“1”位松动变为(0,0)，极短的δt时间内同时操作变位，操作后依然为(0,0)，发位置异常号，闭锁采用该开入的闭锁回路。

4.3.2松“1”卡“1”

初始状态量为(1,0)，由于“1”位松动变为(0,0)，极短的δt时间内同时操作变位，操作后变为(0,1)数据正确，正常采集。由于此类极端故障发生概率很低，回路中的故障，将在下次操作中实现闭锁，并及时得到消除。

4.3.3松“0”卡“0”

初始状态量为(1,0)，由于“0”位松动保持(1,0)，极短的δt时间内同时操作变位，操作后变为(0,0)发位置异常号、变位异常信号闭锁该采用开入的闭锁回路。

4.3.4松“0”卡“1”

初始状态量为(1,0)，由于“0”位松动保持(1,0)，极短的δt时间内同时操作变位，操作依然为(1,0)位置不发生变化，无法检测到数据异常。

在此情况下微机电气防误装置不能可靠躲过，但对于机构卡涩的问题，任何闭锁方式都无法避免，解决方法同仅发生两点卡涩问题时相同。

(五)可靠性总结

通过上述的讨论可以发现微机电气防误装置在各种故障情况下均具有较高的可靠性。与电气闭锁+逻辑闭锁的方式相比能反映出故障点，便于及时快速地消缺，同时实现方式简单，便于理解掌握。在两种方式都无法完全避免的故障情况下，在流程上，微机电气防误装置具有在初始界面显示最近变位的功能，如操作人员操作前后仔细核对可避免此类情况造成的闭锁条件判断错误的情况。

由于微机电气防误装置采用同时变化闭锁、异位求和闭锁两种方式，数据可靠性极高建议后台机的位置信号由微机电气防误装置中读取，运行人员核对操作后的微机电气防误装置的变位情况可在后台机完成，由此可简化操作流程。