基于霍尔传感的GIS刀闸机械位置监测

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正文共2586 字，预计阅读时间 7 分钟

国网四川省电力公司检修公司、国网四川省电力公司峨眉山市供电分公司的研究人员段汇斌、周元伟、邹娇，在2018年第5期《电气技术》杂志上撰文指出，程序化操作因其操作效率高、节约人力等优势已成为无人值守变电站安全运维的必然趋势，但就目前程序化操作而言，监控后台无法实现GIS刀闸机械位置远程监测，存在安全隐患，从而影响其在智能变电站的推广。

本文提出了一种基于霍尔传感的刀闸机械位置监测方法，实现GIS刀闸机械位置监控后台远程监测，从而判断其是否分合到位，提高了设备的运行可靠性，降低了运维人员误操作风险。

随着国家电网公司智能电网战略的大力发展和推进，变电站智能化、信息化水平得到了显著的提高，智能变电站也应运而生。其中，GIS设备因其土地利用率高。维护方便等优势在智能变电站中得到了广泛的推广与应用。

从全球电力发展模式来看，“少人值守”以及“无人值守”运维模式是未来电网发展的必然趋势。程序化操作能够有效提高倒闸操作的效率，简化操作流程，降低人为因素导致的误操作风险，进而实现减员增效的目的。

此外，智能变电站全数字化通信为程序化操作提供了必要的硬件基础[1-2]。GIS刀闸设备封闭在充满额定压力SF6气体的金属罐体内，外部无法直接观察到内部动静触头分合情况，监控后台只能通过刀闸分合闸辅助触点间接判断刀闸的分合情况，虽然GIS外壳通过刀闸操作连杆实现了机械位置的指示，但是监控后台无法实时监测。

目前，智能变电站程序化操作逻辑判断仅仅通过GIS刀闸单一电气指示判断刀闸分合情况，当GIS刀闸机械位置出现分合未到位的情况时，将产生严重的安全风险，从而限制了变电站“无人值守”以及程序操作的推广进程。本文所提出的基于霍尔传感的GIS刀闸机械位置监测，能够有效减低程序操作安全风险，保证程序化操作的正确性和操作成功率[3-4]。

1  程序操作要求及存在的问题

由于GIS刀闸封闭于充满SF6气体的罐体内，相对于敞开式设备无法直接观察到实际分合情况。其分合状态只能通过操作机构带动机构箱内的分合闸指示牌间接指示，监控后台、程序控制判断只能通过分合闸辅助触点反应刀闸状态，因此要求一次设备辅助触点状态与一次设备实际分合位置严格对应，才能保证程序操作过程中的安全性[5]。

《国家电网公司电力安全工作规程》是电力人血的历史，也是每位电力人员应该遵守的最基本的准则。其变电部分在变电站倒闸操作时有如下规定：在倒闸操作过程中，电气设备操作前后的位置检查应该以电气设备的实际位置为准，即机械位置是设备操作到位的根本判据。

当像GIS设备那样无法直接看到设备实际分合闸位置时，应至少通过两个非同源或非同样原理的指示判断，并且这些指示均发生对应的变化，才能判断设备操作到位，即满足“双确认”原则[6]。

目前程序化操作时，设备仅通过电气指示判断刀闸是否操作到位，存在一次设备辅助触点粘连或刀闸分合行程不到位的而导致电气位置与实际位置不对应情况。若刀闸分闸时行程不足或干脆没有分开，会给运行及检修工作带来极大的安全隐患，严重时会导致带电合地刀等恶性安全事故；若刀闸合闸时超行程不足，将会导致接触电阻过大，运行时发热严重的风险[7]。

2  GIS刀闸分合闸位置监测装置结构设计

GIS分合闸位置监测装置机械结构部分由表盘和指针组成，指针固定于隔离刀闸三相传动轴上，表盘固定于外壳上。如图1所示，根据厂家说明书及实际测试，得出刀闸行程、超行程及传动轴转动角度范围，标记出刀闸分闸（分）、刀闸合闸（DS合）以及地刀合闸（ES合）的区间，其中，指针指示的中间位置为理想的分、合闸位置。

在指针尖端嵌入了一颗强力磁铁，用于产生强磁场，在表盘刀闸分合指示区间内嵌入了9颗霍尔传感器，霍尔元件是一种磁传感器，用于检测磁场及其变化，具有线性度好，无触点等优点[8-9]。用于检测指针尖端强力磁铁位置，从而判断刀闸是否分合到位。

当2号霍尔传感器检测到强力磁铁时，表示GIS刀闸分合到位，当1号霍尔传感器检测到强力磁铁时，表示GIS刀闸分合欠行程，当3号霍尔传感器检测到强力磁铁时，表示GIS刀闸分合超行程。

图1  GIS刀闸机械位置监测装置结构图

3  GIS刀闸分合闸位置监测装置电气设计

GIS刀闸分合闸位置监测装置电气部分由霍尔检测模块、电源模块、中央处理单元、隔离输出模块四部分组成，其对应内部功能框图如图2所示。电源模块为整个电气装置内部芯片提供稳定可靠的电压源。

当霍尔传感器上方有强磁场时，其信号线电压降低[10]，霍尔检测模块检测到电压降低时，通过比较器滤除杂波信号输出给中央处理器，中央处理器结合霍尔传感信号判断GIS刀闸分合闸位置及其质量，将刀闸位置信号通过由继电器组成的隔离输出模块输出到智能终端开入量板卡上，监控后台通过配置对应智能终端点位即可实现GIS刀闸机械位置远程监测功能。

图2  GIS刀闸分合闸位置监测装置电气功能框图

4  结论

本文提出的一种基于霍尔传感的刀闸机械位置监测方法，经过理论计算、方案设计及试验论证，能够实现GIS刀闸机械位置的远程监测，为程序操作刀闸位置双确认提供了新方法，降低了程序控制误操作的安全风险，减少了运维人员的劳动强度，保障了设备的安全稳定运行，具有广泛的现实推广意义。