四位一体防误闭锁系统

技术领域

本发明属于智能监控系统技术领域，特别涉及一种四位一体防误闭锁系统。

背景技术

在水电站的运行过程中，电站的安全运行是整个系统稳定运行的重中之重，其中防止电气误操作产生是事故控制中的关键一环，电气误操作事故危害巨大，一旦发生后果会非常严重；会造成设备损坏，甚至会造成人员伤亡事故，为保证设备的安全可靠运行，避免电气误操作的发生，水电厂必须安装防误操作装置，已达到防止1、误分、合断路器；2、带负荷分、合隔离开关；3、带电挂接地线；4、带接地线合断路器；5、误入带电间隔的“五防”要求。

水电厂一次设备防误闭锁现场的闭锁情况与监控系统的闭锁情况相同。区别在于在监控系统中操作一次设备时，是监控系统中软件的防误闭锁关系起到作用，在现场进行操作时，是现场设备的控制箱内的防误闭锁关系起作用；现有的操作系统防误操作通常只满足“五防”要求，对于电气一次设备操作仍不够严谨，因为监控系统的原因导致的电气事故也时有发生。

发明内容

鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供种四位一体防误闭锁系统，该系统采用全新的防误操作闭锁系统，在原有的“五防”系统基础上补充和完善了防误闭锁系统，使防误闭锁系统更加严谨，实现了对操作者身份、一次设备、机组线路和其他因素的“四位一体”防误闭锁功能。

为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：

一种四位一体防误闭锁系统，系统由四个闭锁子系统和一个紧急解锁子系统构成，四个闭锁子系统分别是身份限制子系统、一次设备闭锁子系统、机组线路闭锁子系统、其他因素闭锁子系统，四个闭锁子系统在防误闭锁系统中合为一体并形成了“四位一体化”的功能；监控系统发出指令信号后，指令信号会分别传递到防误闭锁系统中的四个子系统中，四个子系统收到指令信号后分别验证指令的合法性，当指令信号不符合操作规程，四个子系统立即开启闭锁功能，一旦四个子系统中任意一个开启闭锁，整个防误闭锁系统也随之开启闭锁功能，四个子系统通过信号线与闭锁信息展示装置连接；此外指令信号可通过紧急解锁子系统进行紧急解锁，经过紧急解锁子系统验证后的指令信号可跳过闭锁子系统的验证并立即实施操作指令。

优选的方案中，身份限制子系统包括有操作权限确认模块和操作范围确认模块，操作指令需同时满足这两个模块的操作要求，身份限制子系统才会解除闭锁。

优选的方案中，一次设备闭锁子系统包括断路器防误闭锁模块、隔离开关防误闭锁模块和接地刀闸防误闭锁模块；操作指令需同时满足这三个模块的操作要求，一次设备闭锁子系统才会解除闭锁。

优选的方案中，机组线路闭锁子系统包括消缺状态闭锁模块、检修状态闭锁模块、开机状态闭锁模块和关机状态闭锁模块；操作指令需同时解除这四个模块的闭锁指令，机组线路闭锁子系统才会解除闭锁。

优选的方案中，其他因素闭锁子系统包括长闲状态闭锁模块和临时停电闭锁模块；操作指令需同时解除这两个模块的闭锁指令，其他因素闭锁子系统才会解除闭锁。

优选的方案中，紧急解锁子系统需经过密码二次确认之后才可完成验证，完成验证后的指令信号可跳过身份限制子系统、一次设备闭锁子系统、机组线路闭锁子系统和其他因素闭锁子系统的验证并直接执行指令信号。

优选的方案中，闭锁信息展示装置包括机体外壳、显示屏、报警灯和复位按钮；机体外壳上设有四块显示屏，显示屏上方设有报警灯，显示屏的下方设有复位按钮。

四位一体防误闭锁系统，系统运行时包括以下步骤：

Step1：监控系统接收到指令信号，并把指令信号传递到四位一体防误闭锁系统中进行验证；

Step2：身份限制子系统收到指令信号后验证其操作合法性，验证通过后闭锁解除并将指令型号传递到一次设备闭锁子系统继续验证；

Step3：一次设备闭锁子系统收到指令信号后验证其操作合法性，验证通过后闭锁解除并将指令型号传递到机组线路闭锁子系统继续验证；

Step4：机组线路闭锁子系统收到指令信号后验证其操作合法性，验证通过后闭锁解除并将指令型号传递到其他因素闭锁子系统继续验证；

Step5：其他因素闭锁子系统收到指令信号后验证其操作合法性，验证通过后闭锁系统全部解除；

Step6：指令信号通过闭锁系统的验证，监控系统立即执行操作指令；

Step7：紧急状态下，监控系统接收到指令信号并直接把指令信号传递到紧急解锁子系统，经过紧急解锁子系统密码确认后监控系统立即执行操作指令。

在Step2至Step4的步骤中，当指令信号经过其中的任何一步且无法通过其验证时，步骤中对应的闭锁子系统无法解除闭锁，指令信号无法传递到下一步继续执行。

在Step2至Step4的步骤中，闭锁信息展示装置会实时显示每一步的闭锁信息，当指令信号没有通过闭锁子系统的验证时，闭锁信息展示装置会发出报警，监控人员需在现场手动复位。

本专利可达到以下有益效果：

1、本系统在原有的“五防”闭锁系统上增加了身份限制子系统、机组线路闭锁子系统和其他因素闭锁子系统，并将这四个闭锁子系统合为一体形成“四位一体化”，使得该系统闭锁功能更加多元化，大幅提升了原闭锁系统的安全性和可靠性；

2、本系统增加了紧急解锁子系统，当遇到突发事件无法等待闭锁系统确认时，可通过紧急解锁子系统对一次设备紧急操作，提高了整个系统的应急处理能力；

3、本系统设有闭锁信息展示装置，能快速的显示所有的闭锁信息，当操作指令无法通过闭锁装置的验证时，闭锁信息展示装置能立即显示发生闭锁的具体原因并及时的发出警告提示，进而方便工作人员快速的处理故障。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明整个闭锁装置工作原理示意图；

图2为本发明身份限制子系统工作原理示意图；

图3为本发明一次设备闭锁子系统工作原理示意图；

图4为本发明机组线路闭锁子系统和工作原理示意图；

图5为本发明其他因素闭锁子系统工作原理示意图；

图6为本发明闭锁信息展示装置的结构功能示意图。

图中：身份限制子系统1、操作权限确认模块1-1、操作范围确认模块1-2、一次设备闭锁子系统2、断路器防误闭锁模块2-1、隔离开关防误闭锁模块2-2、接地刀闸防误闭锁模块2-3、机组线路闭锁子系统3、消缺状态闭锁模块3-1、检修状态闭锁模块3-2、开机状态闭锁模块3-3、关机状态闭锁模块3-4、其他因素闭锁子系统4、长闲状态闭锁模块4-1、临时停电闭锁模块4-2、监控系统5、指令信号6、紧急解锁子系统7、闭锁信息展示装置8、机体外壳8-1、显示屏8-2、报警灯8-3、复位按钮8-4。

具体实施方式

如图1所示，一种四位一体防误闭锁系统，系统由四个闭锁子系统和一个紧急解锁子系统7构成，四个闭锁子系统分别是身份限制子系统1、一次设备闭锁子系统2、机组线路闭锁子系统3和其他因素闭锁子系统4，四个闭锁子系统在防误闭锁系统中合为一体并形成了“四位一体化”的功能；监控系统5向四位一体防误闭锁系统发出指令信号6后，指令信号6会分别传递到防误闭锁系统中的四个子系统中，四个子系统收到指令信号6后分别验证指令的可行性，当指令信号6不符合四个子系统中任意一项的操作规程时，四个子系统立即开启闭锁功能，一旦四个子系统中的任意一个开启闭锁功能，整个防误闭锁系统也随之开启闭锁功能，监控系统5无法继续执行操作指令。

优选的方案如图2所示，身份限制子系统1包括有操作权限确认模块1-1和操作范围确认模块1-2，其中操作权限确认模块1-1和范围确认模块1-2可采用第三方专业软件如开源中间件Ralasafe、开源框架Spring Security 、商业产品Oracle EntitlementsServer、IBM Tivoli Access Manager、UPMS通用用户权限系统等；范围确认模块1-2的功能是确定值长、主值班员、值班员和各种身份的工作人员的身份信息，系统进行身份认证，赋予相应的操作权限，进而避免因工作人员身份引起的误操作；操作权限确认模块1-1则需要操作人员用自己的账号或指纹识别登录系统，当操作人员的身份认证成功后，才可以进行后续的操作，避免了外来人员或者其他工作的误操作；操作指令需同时满足这两个模块的操作要求，身份限制子系统1才会解除闭锁，操作登录各自的账号后，登陆者的所有操作内容将会记录下来，包括操作人员、操作时间和操作内容，为后续的故障排查提供依据。

优选的方案如图3所示，一次设备闭锁子系统2包括断路器防误闭锁模块2-1、隔离开关防误闭锁模块2-2和接地刀闸防误闭锁模块2-3；其中现有的产品如镇江拓新电力ZJ2004系列、珠海优特UT-2000Ⅳ和浙江申乐科技公司的SYKJ微机五防系统等都自带此类功能，使用者可结合实际需求和安装成本自行选择合适的品牌；其中断路器防误闭锁模块2-1的功能是只有在与之匹配的隔离开关、接地刀闸位置正确时，该闭锁模块才解除闭锁，否则该隔离开关将无法操作；

隔离开关防误闭锁模块2-2的功能是只有在与之匹配的断路器、接地刀闸位置正确时，该闭锁模块才解除闭锁，否则该隔离开关将无法操作；

接地刀闸防误闭锁模块2-3的功能是只有在与之匹配的断路器、隔离开关位置正确时，该闭锁模块才解除闭锁，否则该接地刀闸将无法操作；

操作指令需同时满足这三个闭锁模块的操作要求，一次设备闭锁子系统2才会解除闭锁。

优选的方案如图4所示，机组线路闭锁子系统3包括消缺状态闭锁模块3-1、检修状态闭锁模块3-2、开机状态闭锁模块3-3和关机状态闭锁模块3-4；操作指令需同时解除这四个模块的闭锁指令，机组线路闭锁子系统3才会解除闭锁；通常当信号装置采集到线路中的模拟量信号（电压、电流），模拟量信号经过AD转换后可经过数据处理器CPU进行进一步的运用，数据处理可采用的是AD+FPGA+CPU的架构，由FPGA完成对线路中的数据采集，AD选用的是位数相对较高的16位AD8696，CPU可采用的是32位Intel的IXP420，工作频率最高达533MHz；

消缺状态闭锁模块3-1的功能为发电机或者线路设备有缺陷时需要及时处理，在消除缺陷过程中，使监控系统5不能进行任何相关操作，否则可能引起误操作而导致工作人员受伤。此时，在设备消除缺陷工作开始时，在发电机或者线路上设置“消缺态”，发电机或者线路在“消缺态”时，消缺状态闭锁模块3-1处于闭锁状态，进而达到防止误操作的效果。发电机或者线路在“消缺态”时，会持续对设备进行监视，所有动作情况或者运行参数都会被记录下来；

检修状态闭锁模块3-2的功能为发电机或者线路设备检修期间，使监控系统5不能进行任何相关操作，否则可能引起误操作而导致工作人员受伤。此时，在设备检修工作开始时，在发电机或者线路上设置“检修态”，发电机或者线路在“检修态”时，检修状态闭锁模块3-2处于闭锁状态，进而达到防止误操作的效果，并且，发电机或者线路的所有运行状态、运行参数、变位情况等都会被封锁起来，任何动作情况或者参数都不会记录下来，并且不会传送到电网系统中；

开机状态闭锁模块3-3的功能为在发电机在开机过程中，使监控系统5不能进行任何相关操作，否则可能引起误触碰或者误点击相关功能按钮，最终导致开机不成功，在发电机在开机状态时，开机状态闭锁模块3-3处于闭锁状态，即使点击监控系统5相关的功能按钮也属无效操作；

关机状态闭锁模块3-4的功能为在发电机在关机过程中，使监控系统5不能进行任何相关操作，否则可能引起误触碰或者误点击相关功能按钮，最终导致关机不成功，在发电机在关机状态时，关机状态闭锁模块3-4处于闭锁状态，即使点击监控系统5相关的功能按钮也属无效操作。

优选的方案如图5所示，其他因素闭锁子系统4包括长闲状态闭锁模块4-1和临时停电闭锁模块4-2；操作指令需同时解除这两个模块的闭锁指令，其他因素闭锁子系统4才会解除闭锁；现有的微机保护系统中例如南自ps1640、南瑞rcs9611、四方csc211、许继wxh820等已具备此类功能，系统安装时可将水电站自带的微机保护系统功能融入到防系统内；

长闲状态闭锁模块4-1的功能为当监控系统长时间（时间可根据实际情况设定）无操作时，长闲状态闭锁模块4-1被闭锁，无法进行任何操作，避免误触碰导致的误操作；

临时停电闭锁模块4-2的功能为当监控系统5临时断电后，临时停电闭锁模块4-2被闭锁，防止恢复来电后出现的误操作。

优选的方案如图1所示，四位一体防误闭锁系统还设有紧急解锁子系统7，当电站出现了紧急事件需要立即操作电站一次设备时，为了节省操作时的验证时间，通过紧急解锁子系统7可跳过四个闭锁子系统直接操作监控系统5，进行紧急解锁子系统7前需反复确认密码，非紧急情况不得使用该子系统。

优选的方案如图6所示，闭锁信息展示装置8包括机体外壳8-1、显示屏8-2、报警灯8-3和复位按钮8-4；机体外壳8-1上设有四块显示屏8-2，显示屏8-2上方设有报警灯8-3，显示屏8-2的下方设有复位按钮8-4；其中显示屏8-2分别对应四套闭锁子系统，当指令信号6经过四套闭锁子系统并验证无法通过时，显示屏8-2立即显示无法通过验证的模块，显示屏8-2上对应的报警灯8-3发出红色闪烁报警灯光，工作人员可根据显示的模块信息精确找到无法通过验证的原因，当解除故障后才可按下复位按钮8-4，报警灯8-3在按下复位按钮8-4后停止闪烁。

实施案例如图1所示：

第1步：监控系统5接收到指令信号6，并把指令信号6传递到四位一体防误闭锁系统中进行验证；

第2步：身份限制子系统1收到指令信号6后验证其操作合法性，验证内容包括操作权限认证和操作范围认证，验证通过后身份限制子系统1闭锁解除并将指令型号传递到一次设备闭锁子系统2继续验证；

第3步：一次设备闭锁子系统2收到指令信号6后验证其操作合法性，验证内容包括断路器防误操作认证、隔离开关防误操作认证和接地刀闸防误操作认证，验证通过后一次设备闭锁子系统2闭锁解除并将指令型号传递到机组线路闭锁子系统3继续验证；

第4步：机组线路闭锁子系统3收到指令信号6后验证其操作合法性，验证内容包括消缺状态防误操作认证、检修状态防误操作认证、开机状态防误操作认证和关机状态防误操作认证，验证通过后机组线路闭锁子系统3闭锁解除并将指令型号传递到其他因素闭锁子系统4继续验证；

第5步：其他因素闭锁子系统4收到指令信号6后验证其操作合法性，验证内容包括长闲置状态防误操作认证和关机状态防误操作认证，验证通过后四位一体防误闭锁系统中的闭锁模块全部解除；

第6步：指令信号6通过闭锁系统的验证，监控系统5立即执行操作指令；

第7步：紧急状态下，监控系统5接收到指令信号6会直接把指令信号6传递到紧急解锁子系统7，紧急解锁子系统7只需经过密码二次确定，当密码确认后紧急解锁子系统7通过验证，监控系统5立即执行操作指令。

在上述案例中，步骤2至步骤5当指令信号6经过其中的任何一步且无法通过其验证时，步骤中对应的闭锁子系统无法解除闭锁，指令信号6无法传递到下一步继续执行。

在上述案例中，步骤2至步骤5闭锁信息展示装置8会通过显示屏8-2实时显示每一步的闭锁信息，当指令信号6没有通过闭锁子系统的验证时，闭锁信息展示装置8会通过报警灯8-3发出报警，排出故障后工作人员在现场按下复位按钮8-4手动复位。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，在互不冲突的前提下，本发明记载的各项技术特征能够互相组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。