基于霍爾傳感的GIS刀閘機械位置監測

段匯斌 周元偉 鄒 嬌

（1. 國網四川省電力公司檢修公司，成都 610036；2. 國網四川省電力公司峨眉山市供電分公司，四川 樂山 614200）

隨著國家電網公司智能電網戰略的大力發展和推進，變電站智能化、信息化水平得到了顯著的提高，智能變電站也應運而生。其中，GIS設備因其土地利用率高。維護方便等優勢在智能變電站中得到了廣泛的推廣與應用。從全球電力發展模式來看，“少人值守”以及“無人值守”運維模式是未來電網發展的必然趨勢。程序化操作能夠有效提高倒閘操作的效率，簡化操作流程，降低人為因素導致的誤操作風險，進而實現減員增效的目的，此外，智能變電站全數字化通信為程序化操作提供了必要的硬件基礎[1-2]。GIS刀閘設備封閉在充滿額定壓力SF6氣體的金屬罐體內，外部無法直接觀察到內部動靜觸頭分合情況，監控后臺只能通過刀閘分合閘輔助觸點間接判斷刀閘的分合情況，雖然GIS外殼通過刀閘操作連桿實現了機械位置的指示，但是監控后臺無法實時監測。目前，智能變電站程序化操作邏輯判斷僅僅通過GIS刀閘單一電氣指示判斷刀閘分合情況，當GIS刀閘機械位置出現分合未到位的情況時，將產生嚴重的安全風險，從而限制了變電站“無人值守”以及程序操作的推廣進程。本文所提出的基于霍爾傳感的GIS刀閘機械位置監測，能夠有效減低程序操作安全風險，保證程序化操作的正確性和操作成功率[3-4]。

1 程序操作要求及存在的問題

由于GIS刀閘封閉于充滿SF6氣體的罐體內，相對于敞開式設備無法直接觀察到實際分合情況。其分合狀態只能通過操作機構帶動機構箱內的分合閘指示牌間接指示，監控后臺、程序控制判斷只能通過分合閘輔助觸點反應刀閘狀態，因此要求一次設備輔助觸點狀態與一次設備實際分合位置嚴格對應，才能保證程序操作過程中的安全性[5]。

《國家電網公司電力安全工作規程》是電力人血的歷史，也是每位電力人員應該遵守的最基本的準則。其變電部分在變電站倒閘操作時有如下規定：在倒閘操作過程中，電氣設備操作前后的位置檢查應該以電氣設備的實際位置為準，即機械位置是設備操作到位的根本判據。當像GIS設備那樣無法直接看到設備實際分合閘位置時，應至少通過兩個非同源或非同樣原理的指示判斷，并且這些指示均發生對應的變化，才能判斷設備操作到位，即滿足“雙確認”原則[6]。

目前程序化操作時，設備僅通過電氣指示判斷刀閘是否操作到位，存在一次設備輔助觸點粘連或刀閘分合行程不到位的而導致電氣位置與實際位置不對應情況。若刀閘分閘時行程不足或干脆沒有分開，會給運行及檢修工作帶來極大的安全隱患，嚴重時會導致帶電合地刀等惡性安全事故；若刀閘合閘時超行程不足，將會導致接觸電阻過大，運行時發熱嚴重的風險[7]。

2 GIS刀閘分合閘位置監測裝置結構設計

GIS分合閘位置監測裝置機械結構部分由表盤和指針組成，指針固定于隔離刀閘三相傳動軸上，表盤固定于外殼上。如圖1所示，根據廠家說明書及實際測試，得出刀閘行程、超行程及傳動軸轉動角度范圍，標記出刀閘分閘（分）、刀閘合閘（DS合）以及地刀合閘（ES合）的區間，其中，指針指示的中間位置為理想的分、合閘位置。在指針尖端嵌入了一顆強力磁鐵，用于產生強磁場，在表盤刀閘分合指示區間內嵌入了9顆霍爾傳感器，霍爾元件是一種磁傳感器，用于檢測磁場及其變化，具有線性度好，無觸點等優點[8-9]。用于檢測指針尖端強力磁鐵位置，從而判斷刀閘是否分合到位。當2號霍爾傳感器檢測到強力磁鐵時，表示GIS刀閘分合到位，當1號霍爾傳感器檢測到強力磁鐵時，表示GIS刀閘分合欠行程，當3號霍爾傳感器檢測到強力磁鐵時，表示GIS刀閘分合超行程。

圖1 GIS刀閘機械位置監測裝置結構圖

3 GIS刀閘分合閘位置監測裝置電氣設計

GIS刀閘分合閘位置監測裝置電氣部分由霍爾檢測模塊、電源模塊、中央處理單元、隔離輸出模塊四部分組成，其對應內部功能框圖如圖2所示。電源模塊為整個電氣裝置內部芯片提供穩定可靠的電壓源。當霍爾傳感器上方有強磁場時，其信號線電壓降低[10]，霍爾檢測模塊檢測到電壓降低時，通過比較器濾除雜波信號輸出給中央處理器，中央處理器結合霍爾傳感信號判斷GIS刀閘分合閘位置及其質量，將刀閘位置信號通過由繼電器組成的隔離輸出模塊輸出到智能終端開入量板卡上，監控后臺通過配置對應智能終端點位即可實現GIS刀閘機械位置遠程監測功能。

圖2 GIS刀閘分合閘位置監測裝置電氣功能框圖

4 結論

本文提出的一種基于霍爾傳感的刀閘機械位置監測方法，經過理論計算、方案設計及試驗論證，能夠實現GIS刀閘機械位置的遠程監測，為程序操作刀閘位置雙確認提供了新方法，降低了程序控制誤操作的安全風險，減少了運維人員的勞動強度，保障了設備的安全穩定運行，具有廣泛的現實推廣意義。

參考文獻

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