段匯斌 周元偉 鄒 嬌

（1. 國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，成都 610036；2. 國網(wǎng)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(wǎng)公司智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的大力發(fā)展和推進(jìn)，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(yīng)運(yùn)而生。其中，GIS設(shè)備因其土地利用率高。維護(hù)方便等優(yōu)勢在智能變電站中得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。從全球電力發(fā)展模式來看，“少人值守”以及“無人值守”運(yùn)維模式是未來電網(wǎng)發(fā)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(dǎo)致的誤操作風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減員增效的目的，此外，智能變電站全數(shù)字化通信為程序化操作提供了必要的硬件基礎(chǔ)[1-2]。GIS刀閘設(shè)備封閉在充滿額定壓力SF6氣體的金屬罐體內(nèi)，外部無法直接觀察到內(nèi)部動靜觸頭分合情況，監(jiān)控后臺只能通過刀閘分合閘輔助觸點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了機(jī)械位置的指示，但是監(jiān)控后臺無法實(shí)時監(jiān)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(dāng)GIS刀閘機(jī)械位置出現(xiàn)分合未到位的情況時，將產(chǎn)生嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)，從而限制了變電站“無人值守”以及程序操作的推廣進(jìn)程。本文所提出的基于霍爾傳感的GIS刀閘機(jī)械位置監(jiān)測，能夠有效減低程序操作安全風(fēng)險(xiǎn)，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(nèi)，相對于敞開式設(shè)備無法直接觀察到實(shí)際分合情況。其分合狀態(tài)只能通過操作機(jī)構(gòu)帶動機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的分合閘指示牌間接指示，監(jiān)控后臺、程序控制判斷只能通過分合閘輔助觸點(diǎn)反應(yīng)刀閘狀態(tài)，因此要求一次設(shè)備輔助觸點(diǎn)狀態(tài)與一次設(shè)備實(shí)際分合位置嚴(yán)格對應(yīng)，才能保證程序操作過程中的安全性[5]。

《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》是電力人血的歷史，也是每位電力人員應(yīng)該遵守的最基本的準(zhǔn)則。其變電部分在變電站倒閘操作時有如下規(guī)定：在倒閘操作過程中，電氣設(shè)備操作前后的位置檢查應(yīng)該以電氣設(shè)備的實(shí)際位置為準(zhǔn)，即機(jī)械位置是設(shè)備操作到位的根本判據(jù)。當(dāng)像GIS設(shè)備那樣無法直接看到設(shè)備實(shí)際分合閘位置時，應(yīng)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(fā)生對應(yīng)的變化，才能判斷設(shè)備操作到位，即滿足“雙確認(rèn)”原則[6]。

目前程序化操作時，設(shè)備僅通過電氣指示判斷刀閘是否操作到位，存在一次設(shè)備輔助觸點(diǎn)粘連或刀閘分合行程不到位的而導(dǎo)致電氣位置與實(shí)際位置不對應(yīng)情況。若刀閘分閘時行程不足或干脆沒有分開，會給運(yùn)行及檢修工作帶來極大的安全隱患，嚴(yán)重時會導(dǎo)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(dǎo)致接觸電阻過大，運(yùn)行時發(fā)熱嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)[7]。

2 GIS刀閘分合閘位置監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

GIS分合閘位置監(jiān)測裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)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(jù)廠家說明書及實(shí)際測試，得出刀閘行程、超行程及傳動軸轉(zhuǎn)動角度范圍，標(biāo)記出刀閘分閘（分）、刀閘合閘（DS合）以及地刀合閘（ES合）的區(qū)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(qiáng)力磁鐵，用于產(chǎn)生強(qiáng)磁場，在表盤刀閘分合指示區(qū)間內(nèi)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(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)[8-9]。用于檢測指針尖端強(qiáng)力磁鐵位置，從而判斷刀閘是否分合到位。當(dāng)2號霍爾傳感器檢測到強(qiáng)力磁鐵時，表示GIS刀閘分合到位，當(dāng)1號霍爾傳感器檢測到強(qiáng)力磁鐵時，表示GIS刀閘分合欠行程，當(dāng)3號霍爾傳感器檢測到強(qiáng)力磁鐵時，表示GIS刀閘分合超行程。

圖1 GIS刀閘機(jī)械位置監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)圖

3 GIS刀閘分合閘位置監(jiān)測裝置電氣設(shè)計(jì)

GIS刀閘分合閘位置監(jiān)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(yīng)內(nèi)部功能框圖如圖2所示。電源模塊為整個電氣裝置內(nèi)部芯片提供穩(wěn)定可靠的電壓源。當(dāng)霍爾傳感器上方有強(qiáng)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(jié)合霍爾傳感信號判斷GIS刀閘分合閘位置及其質(zhì)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(jiān)控后臺通過配置對應(yīng)智能終端點(diǎn)位即可實(shí)現(xiàn)GIS刀閘機(jī)械位置遠(yuǎn)程監(jiān)測功能。

圖2 GIS刀閘分合閘位置監(jiān)測裝置電氣功能框圖

4 結(jié)論

本文提出的一種基于霍爾傳感的刀閘機(jī)械位置監(jiān)測方法，經(jīng)過理論計(jì)算、方案設(shè)計(jì)及試驗(yàn)論證，能夠?qū)崿F(xiàn)GIS刀閘機(jī)械位置的遠(yuǎn)程監(jiān)測，為程序操作刀閘位置雙確認(rèn)提供了新方法，降低了程序控制誤操作的安全風(fēng)險(xiǎn)，減少了運(yùn)維人員的勞動強(qiáng)度，保障了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有廣泛的現(xiàn)實(shí)推廣意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 莊秋月, 李凡紅. 500kV智能變電站的程序化操作應(yīng)用探討[J]. 四川電力技術(shù), 2015, 38(1): 40-43.

[2] 韋明. 程序化操作在變電站自動化系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)初探[J]. 科技創(chuàng)業(yè)家, 2014(5): 124-124.

[3] 代文章, 陳海東, 王松波. GIS設(shè)備在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用及狀態(tài)檢修[J]. 電氣技術(shù), 2013, 14(5): 117-119.

[4] 楊波, 祝嘉明, 吳明武, 等. GIS刀閘分合閘位置判斷工具的研究[J]. 科學(xué)與財(cái)富, 2017(3): 247-247.

[5] 張永剛. 新型三工位隔離/接地開關(guān)的設(shè)計(jì)[J]. 電氣技術(shù), 2017, 18(2): 1673-3800.

[6] 國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程(變電部分)[M]. 北京: 中國電力出版社, 2016.

[7] 姜俊和, 楊冠華, 吳建文, 等. GIS設(shè)備隔離開關(guān)(地刀)分,合閘位置精確指示裝置的研究與應(yīng)用[J]. 電氣技術(shù), 2016, 17(113): 40-42.

[8] 涂有瑞. 霍爾傳感元器件及其應(yīng)用[C]//2001年全國電子元器件應(yīng)用研討會論文集, 2001: 315-318.

[9] 荀倩, 王培良, 蔡志端, 等. 霍爾轉(zhuǎn)子位置預(yù)估方法及其誤差校正[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2017, 32(6): 145-155.

[10] 張慶超, 馬瑞卿, 張震, 等. 基于霍爾位置信號的無刷直流電磁轉(zhuǎn)矩觀測[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2015, 30(10):187-195.