CN106483404A - 一种基于霍尔传感效应的保护压板状态监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于霍尔传感效应的保护压板状态监测方法及系统，方法通过在保护压板的连片上设置磁铁，并在靠近保护压板的屏柜本体上设置霍尔元件，保护压板设置在变电站中的电力屏柜上，且与屏柜本体连接，霍尔元件为单极型霍尔开关；根据霍尔元件的触发距离及释放距离，调整各霍尔元件的位置；将霍尔元件接入霍尔开关集成电路，并设置霍尔开关集成电路输出至上位机；根据霍尔开关集成电路实时监测保护压板状态，系统包括磁铁、霍尔元件及上位机。本发明有效避免了造成保护功能的误操作，该方法功耗低且准确性高，在不干扰压板控制回路的条件下实现压板状态检测；灵敏度好，抗干扰能力强，并具有较强的实际可操作性和广泛的应用前景。

Description

一种基于霍尔传感效应的保护压板状态监测方法及系统

技术领域

本发明涉及变电站技术领域，具体涉及一种基于霍尔传感效应的保护压板状态监测方法及系统。

背景技术

随着计算机、网络通信及数据库技术的飞速发展与广泛应用，变电站自动化水平蓬勃发展屡攀高峰，极大提升了电网运行效率和安全性。继电保护是变电站自动化系统的重要组成部分，其装置本身具备相当高的自动化水平。但鉴于可视断点对继电保护系统安全运行和检修的极端重要性，继电保护功能仍普遍采用保护压板人工操作的方式进行投退，一定程度上限制了继电保护与测控单元和远动终端的通信交互和自动化进程。

继电保护出口保护压板作用于断路器跳闸和其他保护功能启动，是保护装置与一次设备控制回路的功能分界点和状态监测盲点，其投切状态检测目前仍处于人工现场核实水平。而保护屏柜压板具有数量大、排列密、布局偏低的特点，极大制约了压板状态人工核实的准确性和可靠性。压板状态检测失准，一方面将导致压板状态校核错误频出，资料显示由于压板误投退而造成的事故不胜枚举；另一方面也造成了相关事故的责任划分困难，降低了事故处理效率。

目前，已有学者针对此问题展开了相关研究，但都无法避免造成保护功能的误操作、增加图像采集的难度、功耗大或准确性的缺陷；因此，在工程实际运用中，迫切需要一种契合现行压板设计规范、屏柜改造程度低且经济实效的压板状态检测技术，在不干扰一次设备控制回路的基础上实现压板的状态监测。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于霍尔传感效应的保护压板状态监测方法及系统，有效避免了造成保护功能的误操作，该方法功耗低且准确性高，在不干扰压板控制回路的条件下实现压板状态检测。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于霍尔传感效应的保护压板状态监测方法，包括：

步骤1.在保护压板的连片上设置磁铁，并在靠近所述保护压板的屏柜本体上设置霍尔元件，其中，所述保护压板设置在变电站中的电力屏柜上，且与屏柜本体连接，所述霍尔元件为单极型霍尔开关；

步骤2.根据所述霍尔元件的触发距离及释放距离，调整各所述霍尔元件的位置；

步骤3.将所述霍尔元件接入霍尔开关集成电路，并设置所述霍尔开关集成电路输出至上位机；

步骤4.根据所述霍尔开关集成电路实时监测所述保护压板状态。

进一步的，所述步骤1包括：

步骤1-1.判断变电站中电力屏柜上的保护压板的结构类型；

若所述保护压板为分立式保护压板，则进入步骤1-2；

若所述保护压板为线簧式保护压板，则进入步骤1-3；

步骤1-2.在各分立式保护压板的连片上、面对屏柜的一面上设置磁铁，在各分立式保护压板的两个立柱之间的屏柜本体上设置霍尔元件，进入步骤2；

步骤1-3.在各线簧式保护压板的连片的顶端设置磁体，并在靠近所述磁体的屏柜本体上设置霍尔元件，进入步骤2。

进一步的，若所述保护压板为分立式保护压板，则所述步骤2包括：

根据式(1)确定设置在靠近所述分立式保护压板处的霍尔元件的触发距离D_cf和释放距离D_sf：

式(1)中，D_h是保护压板在投入状态时霍尔元件与保护压板的连片上的所述磁体的距离；D_f1是分立式保护压板在退出状态时时霍尔元件与分立式保护压板的连片上的所述磁体的距离；k₁是霍尔元件的触发系数且k₁大于1；Δd是保护压板的宽度；D_f2是分立式保护压板在退出状态时分立式保护压板的连片上的所述磁体与设置在靠近邻近分立式保护压板处的霍尔元件间的距离；k₂是霍尔元件的释放系数且k₂小于1；D₀是在保护压板的连片上的螺帽紧固时，所述连片与屏柜本体之间的垂直距离；D₁是霍尔元件的厚度；D₂是磁体的厚度；d₃是屏柜本体上的保护压板的两个支柱间的中心距离；θ_f是连片从合上转至最远端时旋转的角度；d₄是相邻两个保护压板下支柱的中心距离；

根据所述霍尔元件的触发距离D_cf和释放距离D_sf，调整各所述霍尔元件的位置。

进一步的，若所述保护压板为线簧式保护压板，则所述步骤2包括：

根据式(2)确定设置在靠近所述线簧式保护压板处的霍尔元件的触发距离D_cf ¹和释放距离D_sf ¹：

式(2)中，D_f3是线簧式保护压板在退出状态时霍尔元件与线簧式保护压板的连片上的所述磁体的距离；D_f4是线簧式保护压板在退出状态时线簧式保护压板的连片上的所述磁体与靠近邻近线簧式保护压板处的霍尔元件之间的距离；D_h是保护压板在投入状态时霍尔元件与保护压板的连片上的所述磁体的距离；D₀是在保护压板的连片上的螺帽紧固时，所述连片与屏柜本体之间的垂直距离；D₁是霍尔元件的厚度；D₂是磁体的厚度；d₃是屏柜本体上的保护压板的两个支柱间的中心距离；θ_f是连片从合上转至最远端时旋转的角度；d₄是相邻两个保护压板下支柱的中心距离；d₅为磁体的宽度；k₃和k₄为可靠系数，k₃>1且k₄<1；

根据所述霍尔元件的触发距离D_cf ¹和释放距离D_sf ¹，调整各所述霍尔元件的位置。

进一步的，所述步骤3中的所述将所述霍尔元件接入霍尔开关集成电路，包括：

将所述霍尔元件的输入端经电阻R1连接至电源正极，组成支路一，且所述电源为所述霍尔元件提供电流；

将所述霍尔元件的输出端与三极管的基极连接，组成支路二，且所述支路一及支路二之间连接有电阻R2；其中，所述三极管的集电极经电阻R3连接至所述电源正极；

所述霍尔元件及所述三极管的发射极均连接至公共地电位，组成支路三；

在所述支路三与所述支路一之间连接电源电压监测继电器。

进一步的，所述步骤3中的所述设置所述霍尔开关集成电路输出至上位机，包括：

将所述霍尔开关集成电路中的电源电压监测继电器的接点状态输出至上位机，并将所述三极管的集电极开路门电路的电平输出至所述上位机。

进一步的，所述步骤4包括：

4-1.所述上位机接收所述集电极开路门电路的输出电平及电源电压监测继电器的接点状态，监控所述保护压板的投切状态；

4-2.根据所述集电极开路门电路的输出电平，监控所述保护压板的投切状态，并在所述电源电压消失时报警。

进一步的，所述步骤4-1中的所述上位机接收所述集电极开路门电路的输出电平，包括：

当所述保护压板的连片未发生位移时，所述霍尔元件的输出端开路，电源电压经电阻R1和R2输出至所述三极管的基极，使得所述三极管工作于饱和态，且所述三极管的集电极和发射极导通，集电极开路门电路输出电平小于1V，所述上位机接收该输出电平；

当所述保护压板的连片发生位移时，所述霍尔元件输出霍尔电势，使得所述三极管工作于截止态，且所述三极管的集电极和发射极均断开，集电极开路门电路输出电平等于电源电压值，所述上位机接收该输出电平。

进一步的，所述步骤1-3中的所述在各线簧式保护压板的连片的顶端上设置磁体，包括：

将所述磁体设置在所述塑料外壳的顶端与所述连片顶端间的空隙中。

另一方面，本发明还提供一种基于霍尔传感效应的保护压板状态监测系统，包括：磁铁、霍尔元件及上位机；

所述磁铁设置在保护压板的连片上，且所述磁铁用于在所述连片发生位移时与所述霍尔元件之间产生磁场；其中，所述保护压板设置在变电站中的电力屏柜上且与屏柜本体连接；

所述霍尔元件为单极型霍尔开关，且所述霍尔元件设置在靠近所述保护压板的屏柜本体上，所述霍尔元件上连接有霍尔开关集成电路位机；以及所述霍尔元件在接受磁场并产生霍尔电动势，并将所述霍尔电动势输出至所述上位机；

所述上位机与所述霍尔开关集成电路输出端连接，且所述上位机根据所述霍尔元件产生的霍尔电动势对所述保护压板进行状态监测。

由上述技术方案可知，本发明所述的一种基于霍尔传感效应的保护压板状态监测方法及系统，依据所提出的霍尔元件触发距离和释放距离确定原则，选择具有合适磁特性的磁体和霍尔元件分别安装于压板和屏柜本体的对应位置，然后利用霍尔开关集成电路及电源电压检测回路，在压板状态检测主机电源正常的情况下，将保护压板投切过程中连片发生的位移变化信号转换成电量信号输出至上位机，有效解决了在不干扰压板控制回路的条件下对保护压板的状态检测。本发明充分利用霍尔元件对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点及其成熟技术，具有较强的实际可操作性。本发明提供的基于霍尔传感效应的压板状态检测方案，可有效检测保护压板状态，避免了由于压板误投退而造成的事故损失，并有利于明晰相关事故的责任划分及提高事故处理效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种基于霍尔传感效应的保护压板状态监测方法的流程示意图；

图2是本发明的监测方法中的步骤100的流程示意图；

图3是本发明的监测方法中的分立式保护压板20在屏柜上投入的结构示意图；

图4是本发明的监测方法中的分立式保护压板20在屏柜上切出的结构示意图；

图5是本发明的监测方法中的线簧式保护压板30在屏柜上的结构示意图；

图6是本发明的监测方法中的步骤400的流程示意图；

图7是本发明的监测方法中具体实例中的分立式保护压板状态检测装置安装图；

图8是本发明的监测方法中具体实例中的线簧式保护压板状态检测装置安装图；

图9是本发明的监测方法中具体实例中的霍尔开关集成电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例一提供了一种基于霍尔传感效应的保护压板状态监测方法。参见图1，该监测方法具体包括如下步骤：

步骤100：在保护压板的连片上设置磁铁，并在靠近保护压板的屏柜本体上设置霍尔元件。

在上述步骤中，保护压板设置在变电站中的电力屏柜上，且与屏柜本体连接，霍尔元件为单极型霍尔开关；在靠近保护压板的屏柜本体上设置霍尔元件之后，在屏柜本体与霍尔元件之间设置加厚垫，以减小磁体及霍尔元件的垂直距离。

步骤200：根据霍尔元件的触发距离及释放距离，调整各霍尔元件的位置。

在上述步骤中，为保证霍尔元件可靠动作和返回以及避免邻近磁体导致霍尔元件的误触发，提出针对保护压板的霍尔元件触发距离和释放距离的确定原则。

步骤300：将霍尔元件接入霍尔开关集成电路，并设置霍尔开关集成电路输出至上位机。

在上述步骤中，霍尔开关集成电路向上位机输出两路回路，一路上传OC门的输出电平，一路上传KV接点状态。KV即为电源电压监视继电器，其辅助接点为常开接点，即在电源电压正常时吸合。为了保证电压扰动出现时不影响压板检测装置的正常运行，电源电压监视回路的灵敏度不应太高，在电源电压消失时能够做出准确响应即可。上位机同时接收电源监视回路反馈信号和OC门电路输出电平信号。

步骤400：根据霍尔开关集成电路实时监测保护压板状态。

在上述步骤中，上位机通过检测OC门电路的输出电平对压板的投/退状态做出间接监视。

从上述描述可知，本发明的实施例通过霍尔元件的巧妙应用，将保护压板投切过程中连片10发生的位移变化信号转换成电量信号输出，在不干扰压板控制回路的条件下实现压板状态检测。

进一步的，本发明的实施例二提供了上述步骤100的一种具体实现方式。参见图2，步骤100中具体包括如下内容：

步骤101：判断变电站中电力屏柜上的保护压板的结构类型；

若保护压板为分立式保护压板20，则进入步骤102；

若保护压板为线簧式保护压板30，则进入步骤103；其中，单个分立式保护压板20的结构示意图参见图3和图4，单个线簧式保护压板30的结构示意图参见图5。

步骤102：在各分立式保护压板20的连片10上、面对屏柜的一面上设置磁铁，在各分立式保护压板20的两个立柱21之间的屏柜本体上设置霍尔元件，进入步骤200。

若保护压板为分立式保护压板20，则步骤200具体内容如下：

根据式(1)确定设置在靠近分立式保护压板20处的霍尔元件的触发距离D_cf和释放距离D_sf：

式(1)中，D_h是保护压板在投入状态时霍尔元件与保护压板的连片10上的磁体的距离；D_f1是分立式保护压板20在退出状态时时霍尔元件与分立式保护压板20的连片10上的磁体的距离；k₁是霍尔元件的触发系数且k₁大于1；Δd是保护压板的宽度；D_f2是分立式保护压板20在退出状态时分立式保护压板20的连片10上的磁体与设置在靠近邻近分立式保护压板20处的霍尔元件间的距离；k₂是霍尔元件的释放系数且k₂小于1；D₀是在保护压板的连片10上的螺帽紧固时，连片10与屏柜本体之间的垂直距离；D₁是霍尔元件的厚度；D₂是磁体的厚度；d₃是屏柜本体上的保护压板的两个支柱间的中心距离；θ_f是连片10从合上转至最远端时旋转的角度；d₄是相邻两个保护压板下支柱的中心距离。

根据霍尔元件的触发距离D_cf和释放距离D_sf，调整各霍尔元件的位置。

步骤103：在各线簧式保护压板30的连片10的顶端设置磁体，并在靠近磁体的屏柜本体上设置霍尔元件，进入步骤200。

在上述步骤中，在各线簧式保护压板30的连片10的顶端上设置磁体为将磁体设置在塑料外壳的顶端与连片10顶端间的空隙中。

若保护压板为线簧式保护压板30，，则步骤200具体内容如下：

根据式(2)确定设置在靠近线簧式保护压板30处的霍尔元件的触发距离D_cf ¹和释放距离D_sf ¹：

式(2)中，D_f3是线簧式保护压板30在退出状态时霍尔元件与线簧式保护压板30的连片10上的磁体的距离；D_f4是线簧式保护压板30在退出状态时线簧式保护压板30的连片10上的磁体与靠近邻近线簧式保护压板30处的霍尔元件之间的距离；D_h是保护压板在投入状态时霍尔元件与保护压板的连片10上的磁体的距离；D₀是在保护压板的连片10上的螺帽紧固时，连片10与屏柜本体之间的垂直距离；D₁是霍尔元件的厚度；D₂是磁体的厚度。d₃是屏柜本体上的保护压板的两个支柱间的中心距离；θ_f是连片10从合上转至最远端时旋转的角度；d₄是相邻两个保护压板下支柱的中心距离；d₅为磁体的宽度；k₃和k₄为可靠系数，k₃>1且k₄<1。

根据霍尔元件的触发距离D_cf ¹和释放距离D_sf ¹，调整各霍尔元件的位置。

从上述描述可知，依据所提出的霍尔元件触发距离和释放距离确定原则，选择具有合适磁特性的磁体和霍尔元件分别安装于压板和屏柜本体的对应位置，有效解决了在不干扰压板控制回路的条件下对保护压板的状态检测。

进一步的，本发明的实施例三提供了上述步骤300的一种具体实现方式。步骤300中具体包括如下内容：

将霍尔元件的输入端经电阻R1连接至电源正极，组成支路一，且电源为霍尔元件提供电流；

将霍尔元件的输出端与三极管的基极B连接，组成支路二，且支路一及支路二之间连接有电阻R2；其中，三极管的集电极C经电阻R3连接至电源正极；

霍尔元件及三极管的发射极E均连接至公共地电位，组成支路三；

在支路三与支路一之间连接电源电压监测继电器；

将霍尔开关集成电路中的电源电压监测继电器的接点状态输出至上位机，并将三极管的集电极开路门电路的电平输出至上位机。

上述步骤300中的内容顺序不限，以实际操作顺序为准。

从上述描述可知，利用霍尔开关集成电路及电源电压检测回路，充分利用了霍尔元件对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽的特点，可有效检测变电站保护压板状态，避免了由于压板误投退而造成的事故损失。

进一步的，本发明的实施例三提供了上述步骤400的一种具体实现方式。参见图6，步骤400中具体包括如下内容：

401：上位机接收集电极开路门电路的输出电平及电源电压监测继电器的接点状态，监控保护压板的投切状态。

其中上位机接收集电极开路门电路的输出电平，包括：

当保护压板的连片10未发生位移时，霍尔元件的输出端开路，电源电压经电阻R1和R2输出至三极管的基极B，使得三极管工作于饱和态，且三极管的集电极C和发射极E导通，集电极开路门电路输出电平小于1V，上位机接收该输出电平；

当保护压板的连片10发生位移时，霍尔元件输出霍尔电势，使得三极管工作于截止态，且三极管的集电极C和发射极E均断开，集电极开路门电路输出电平等于电源电压值，上位机接收该输出电平。

402：根据集电极开路门电路的输出电平，监控保护压板的投切状态，并在电源电压消失时报警。

从上述描述可知，将压板投退过程中连片10发生的位移变化信号转换成电量信号输出至上位机，有效解决了在不干扰压板控制回路的条件下对保护压板的状态检测，具有较强的实际可操作性。

为更进一步的说明本方法，本发明提供了上一种基于霍尔传感效应的保护压板状态监测方法的一种具体实例。参见图7至9，该实例中具体包括如下内容：

1)在深入分析单极型、双极型、双极锁存型和全极型等四类霍尔元件动作特性的基础上，结合压板状态的布尔特性，进行霍尔元件的适应性分析，确定采用单极型霍尔开关进行压板状态检测；

2)针对分立式压板，提出面向压板状态检测的磁体和霍尔元件的安装方案，如图7所示。其中，磁体安装在连片背面，连片是亲磁性金属质地，磁铁可直接粘贴在连片背面，也可使用胶水加固；霍尔元件安装在屏柜本体压板上支柱和下支柱的中间位置。

3)针对线簧式压板，提出面向压板状态检测的磁体和霍尔元件的安装方案，如图8所示。线簧式压板的连片在中心部位与屏柜本体相连，无法采用图7的方式布置磁体和霍尔元件；为了压板投/退前后磁体能有较大的位移以使投/退状态有明显的特征区别，兹考虑将磁体安装于连片顶端。线簧式压板顶端是塑料材质，并不具有亲磁性，因此磁体安装较分立式压板麻烦。从不改变线簧式压板结构的角度出发，可将磁体嵌入到连片的塑料外壳内。具体方法是将外壳卸下后旋转180度安装，使底端与顶端位置对换，同时在对换后的塑料外壳顶端与连片顶端流出空隙以嵌入磁体。

4)提出提高压板状态检测可靠性措施。由于压板连片较窄，为了不使安装后的磁体降低压板操作的便利性以及避免磁体在压板操作过程中因受到挤压应力而脱落，磁体截面积和尺寸不应过大，以直径不大于连片宽度、厚度尽量小为宜。因此，为了保证霍尔元件的可靠触发，需对霍尔元件作垫厚处理以减小磁体和霍尔元件的垂直距离。此外，为了避免压板投退过程中伸出的手指头侧向碰撞霍尔元件而致其脱落，应进一步将处于同一排的霍尔开关连成一片，在提升压板检测装置整体性的同时，提高磁场检测装置的牢固性。

5)为保证霍尔元件可靠动作和返回以及避免邻近磁体导致霍尔元件的误触发，提出针对分立式压板的霍尔元件触发距离和释放距离的确定原则：

式中，D_cf是霍尔元件的触发距离；D_sf是霍尔元件的释放距离；D_h是压板在投入状态时霍尔元件与对应磁体的距离；D_f1是压板在退出状态时霍尔元件与对应磁体的距离；k₁大于1，是霍尔元件的触发系数，主要考虑压板下端螺帽未完全禁锢和压板合上时连片与上端支柱没有全面接触引起的距离误差；Δd是压板的宽度；D_f2是压板在退出状态时磁体与邻近压板霍尔元件的距离；k₂小于1，是霍尔元件的释放系数，主要考虑压板退出时霍尔元件能可靠释放；D₀是连片螺帽紧固时连片与屏柜本体之间的垂直距离；D₁是霍尔元件的厚度；D₂是磁体的厚度；d₃是屏柜本体同一压板的两个支柱间的中心距离；θ_f是连片从合上转至完全最远端时旋转过的角度；d₄是相邻两个压板下支柱的中心距离。

6)为保证霍尔元件可靠动作和返回以及避免邻近磁体导致霍尔元件的误触发，提出针对线簧式压板的霍尔元件触发距离和释放距离的确定原则：

式中，D_f3是压板在退出状态时霍尔元件与对应磁体的距离；D_f4是压板在退出状态时磁体与邻近压板霍尔元件的距离；d₅为磁体的宽度；k₃和k₄为可靠系数，由于线簧式压板投/退位置较为固定，k₃>1且k₄<1即可满足实际要求。

7)面向检测压板状态的霍尔开关集成电路图设计，如图9所示。图中，电源正极经过电阻R1连接霍尔元件输入端，为霍尔元件提供电流I；该电流长期存在，一旦空间出现一定磁场强度的磁场穿越霍尔元件，霍尔元件就会输出霍尔电势Eh。图示霍尔元件仅有三根引线，电源电压和霍尔电势共用一个地电位。霍尔元件的输出连接至三极管基极。三极管可起到开关和放大双重作用。当霍尔元件没有霍尔电势输出时，相当于霍尔元件输出端开路，电源电压经过R1和R2直接加至三极管的基极，使三极管工作于饱和态，三极管的集电极和发射极导通，OC门电路输出低电平，约0.2V；当霍尔元件有霍尔电势输出时，由于霍尔电势较小，钳制基极电位，使三极管工作于截止态，三极管集电极和发射极断开，OC门电路输出高电平，即电源电压24V。上位机通过检测OC门电路的输出电平对压板的投/退状态做出间接监视。

8)电源监测回路设计，如图9所示。每个压板检测装置向上位机输出两路回路，一路上传OC门的输出电平，一路上传KV接点状态。KV为电源电压监视继电器，其辅助接点为常开接点，即在电源电压正常时吸合。压板检测装置的电压扰动穿越能力较强，主要表现在两个方面：一是三极管的导通电压(即VBE)较低，约为0.75V，远小于电源电压，当电源电压出现波动时亦能保证三极管在霍尔元件不输出霍尔电势时处于导通状态；二是OC门电路在压板退出时输出电源电压、在压板投入时输出接近于0的低电压，投/退状态输出特征差别明显。因此，为了保证电压扰动出现时不影响压板检测装置的正常运行，电源电压监视回路的灵敏度不应太高，在电源电压消失时能够做出准确响应即可。上位机同时接收电源监视回路反馈信号和OC门电路输出电平信号，当电源电压消失时及时报警，并置压板检测装置的检测结果不可用；反之亦然。

为了验证本发明的准确性和可靠性，基于图7和图8，分别在RCS15GA-414母线保护柜和GXH103B-123线路保护柜上搭建实验平台进行验证分析。RCS15GA-414母线保护柜母线保护柜与GXH103B-123线路保护柜压板分别为分立式和线簧式，压板与屏柜本体的垂直距离分别为0.9cm和2cm，通过垫厚处理后，压板合上时磁体与霍尔元件的垂直距离均为0.3cm。实验中，霍尔元件型号为SR13C，三极管型号为2222N，磁体为0.6*0.6*0.2厘米的钕铁硼稀土实心超强磁体，电源为0～24V可调直流电源，OC门电路的输出电平通过数字示波器捕捉。实验过程中，在电源电压分别0V，12V和24V作出多次重复仿真，实验结果如下表所示：

从上述描述可知，多次重复实验结果表明，压板状态检测装置在正常工作电压水平下能够准确反映压板的投/退状态，具有较高的可靠性；同时，压板检测装置在电源电压为12V也能准确反映压板的状态，表明压板检测装置具有较强的电压扰动穿越能力。

为进一步的说明本方案，本发明还提供一种基于霍尔传感效应的保护压板状态监测系统的具体应用例，该系统包括：磁铁、霍尔元件及上位机；

所述磁铁设置在保护压板的连片上，且所述磁铁用于在所述连片发生位移时与所述霍尔元件之间产生磁场；其中，所述保护压板设置在变电站中的电力屏柜上且与屏柜本体连接；

所述霍尔元件为单极型霍尔开关，且所述霍尔元件设置在靠近所述保护压板的屏柜本体上，所述霍尔元件上连接有霍尔开关集成电路位机；以及所述霍尔元件在接受磁场并产生霍尔电动势，并将所述霍尔电动势输出至所述上位机；

所述上位机与所述霍尔开关集成电路输出端连接，且所述上位机根据所述霍尔元件产生的霍尔电动势对所述保护压板进行状态监测。

从上述描述可知，该系统选择具有合适磁特性的磁体和霍尔元件分别安装于压板和屏柜本体的对应位置，然后利用霍尔开关集成电路及电源电压检测回路，在压板状态检测主机电源正常的情况下，将压板投退过程中连片发生的位移变化信号转换成电量信号输出至上位机，以实现在不干扰压板控制回路的条件下对硬压板的状态检测。本发明灵敏度好，抗干扰能力强，并具有较强的实际可操作性和广泛的应用前景。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于霍尔传感效应的保护压板状态监测方法，其特征在于，包括：

步骤1.在保护压板的连片上设置磁铁，并在靠近所述保护压板的屏柜本体上设置霍尔元件，其中，所述保护压板设置在变电站中的电力屏柜上，且与屏柜本体连接，所述霍尔元件为单极型霍尔开关；

步骤2.根据所述霍尔元件的触发距离及释放距离，调整各所述霍尔元件的位置；

步骤3.将所述霍尔元件接入霍尔开关集成电路，并设置所述霍尔开关集成电路输出至上位机；

步骤4.根据所述霍尔开关集成电路实时监测所述保护压板状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：

步骤1-1.判断变电站中电力屏柜上的保护压板的结构类型；

若所述保护压板为分立式保护压板，则进入步骤1-2；

若所述保护压板为线簧式保护压板，则进入步骤1-3；

步骤1-2.在各分立式保护压板的连片上、面对屏柜的一面上设置磁铁，在各分立式保护压板的两个立柱之间的屏柜本体上设置霍尔元件，进入步骤2；

步骤1-3.在各线簧式保护压板的连片的顶端设置磁体，并在靠近所述磁体的屏柜本体上设置霍尔元件，进入步骤2。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，若所述保护压板为分立式保护压板，则所述步骤2包括：

根据式(1)确定设置在靠近所述分立式保护压板处的霍尔元件的触发距离D_cf和释放距离D_sf：

$\left\{\begin{array}{c}\min (k_2\&CenterDot;D_{f1},D_{f2})>D_{sf}>D_{cf}>k_1\&CenterDot;D_h\\ \begin{array}{cc}s.t.& D_h=D_0-D_1-D_2\end{array}\\ k_1=\sqrt{{(D_0+\mathrm{\&Delta;}d)}^2+{(d_3/2)}^2}/D_0\\ \sqrt{{(D_0+\mathrm{\&Delta;}d)}^2+{(d_3/2)}^2}/D_{f1}<k_2<1\\ D_{f1}=\sqrt{{(D_0-D_1-D_2)}^2+{\left(d_3\sin \right({\mathrm{\&theta;}}_f/2\left)\right)}^2}\\ D_{f2}=\sqrt{{(D_0-D_1-D_2)}^2+(d_4-d_3\sin {({\mathrm{\&theta;}}_f/2)}^2+{(d_3/2-d_3/2\&CenterDot;{\mathrm{cos\&theta;}}_f)}^2}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式(1)中，D_h是保护压板在投入状态时霍尔元件与保护压板的连片上的所述磁体的距离；D_f1是分立式保护压板在退出状态时时霍尔元件与分立式保护压板的连片上的所述磁体的距离；k₁是霍尔元件的触发系数且k₁大于1；△d是保护压板的宽度；D_f2是分立式保护压板在退出状态时分立式保护压板的连片上的所述磁体与设置在靠近邻近分立式保护压板处的霍尔元件间的距离；k₂是霍尔元件的释放系数且k₂小于1；D₀是在保护压板的连片上的螺帽紧固时，所述连片与屏柜本体之间的垂直距离；D₁是霍尔元件的厚度；D₂是磁体的厚度；d₃是屏柜本体上的保护压板的两个支柱间的中心距离；θ_f是连片从合上转至最远端时旋转的角度；d₄是相邻两个保护压板下支柱的中心距离；

根据所述霍尔元件的触发距离D_cf和释放距离D_sf，调整各所述霍尔元件的位置。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，若所述保护压板为线簧式保护压板，则所述步骤2包括：

根据式(2)确定设置在靠近所述线簧式保护压板处的霍尔元件的触发距离D_cf ¹和释放距离D_sf ¹：

$\left\{\begin{array}{c}\min (k_4\&CenterDot;D_{f3},D_{f4})>{D_{sf}}^1>{D_{cf}}^1>k_3\&CenterDot;D_h\\ \begin{array}{cc}s.t.& D_h=D_0-D_1-D_2\end{array}\\ D_{f3}=\sqrt{{(D_0-D_1-D_2)}^2+{\left(\right(d_3+d_5\left)\sin \right({\mathrm{\&theta;}}_f/2\left)\right)}^2}\\ D_{f4}=\sqrt{{D_h}^2+{(d_4-(d_3+d_5){\mathrm{sin\&theta;}}_f/2)}^2+{\left(\right(d_3+d_5\left)\right(1-{\mathrm{cos\&theta;}}_f)/2)}^2}\end{array}\right.---\left(2\right)$

式(2)中，D_f3是线簧式保护压板在退出状态时霍尔元件与线簧式保护压板的连片上的所述磁体的距离；D_f4是线簧式保护压板在退出状态时线簧式保护压板的连片上的所述磁体与靠近邻近线簧式保护压板处的霍尔元件之间的距离；D_h是保护压板在投入状态时霍尔元件与保护压板的连片上的所述磁体的距离；D₀是在保护压板的连片上的螺帽紧固时，所述连片与屏柜本体之间的垂直距离；D₁是霍尔元件的厚度；D₂是磁体的厚度；d₃是屏柜本体上的保护压板的两个支柱间的中心距离；θ_f是连片从合上转至最远端时旋转的角度；d₄是相邻两个保护压板下支柱的中心距离；d₅为磁体的宽度；k₃和k₄为可靠系数，k₃>1且k₄<1；

根据所述霍尔元件的触发距离D_cf ¹和释放距离D_sf ¹，调整各所述霍尔元件的位置。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中的所述将所述霍尔元件接入霍尔开关集成电路，包括：

将所述霍尔元件的输入端经电阻R1连接至电源正极，组成支路一，且所述电源为所述霍尔元件提供电流；

将所述霍尔元件的输出端与三极管的基极连接，组成支路二，且所述支路一及支路二之间连接有电阻R2；其中，所述三极管的集电极经电阻R3连接至所述电源正极；

所述霍尔元件及所述三极管的发射极均连接至公共地电位，组成支路三；

在所述支路三与所述支路一之间连接电源电压监测继电器。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤3中的所述设置所述霍尔开关集成电路输出至上位机，包括：

将所述霍尔开关集成电路中的电源电压监测继电器的接点状态输出至上位机，并将所述三极管的集电极开路门电路的电平输出至所述上位机。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：

4-1.所述上位机接收所述集电极开路门电路的输出电平及电源电压监测继电器的接点状态，监控所述保护压板的投切状态；

4-2.根据所述集电极开路门电路的输出电平，监控所述保护压板的投切状态，并在所述电源电压消失时报警。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤4-1中的所述上位机接收所述集电极开路门电路的输出电平，包括：

当所述保护压板的连片未发生位移时，所述霍尔元件的输出端开路，电源电压经电阻R1和R2输出至所述三极管的基极，使得所述三极管工作于饱和态，且所述三极管的集电极和发射极导通，集电极开路门电路输出电平小于1V，所述上位机接收该输出电平；

当所述保护压板的连片发生位移时，所述霍尔元件输出霍尔电势，使得所述三极管工作于截止态，且所述三极管的集电极和发射极均断开，集电极开路门电路输出电平等于电源电压值，所述上位机接收该输出电平。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1-3中的所述在各线簧式保护压板的连片的顶端上设置磁体，包括：

将所述磁体设置在所述塑料外壳的顶端与所述连片顶端间的空隙中。

10.一种基于霍尔传感效应的保护压板状态监测系统，其特征在于，包括：磁铁、霍尔元件及上位机；

所述磁铁设置在保护压板的连片上，且所述磁铁用于在所述连片发生位移时与所述霍尔元件之间产生磁场；其中，所述保护压板设置在变电站中的电力屏柜上且与屏柜本体连接；

所述霍尔元件为单极型霍尔开关，且所述霍尔元件设置在靠近所述保护压板的屏柜本体上，所述霍尔元件上连接有霍尔开关集成电路位机；以及所述霍尔元件在接受磁场并产生霍尔电动势，并将所述霍尔电动势输出至所述上位机；

所述上位机与所述霍尔开关集成电路输出端连接，且所述上位机根据所述霍尔元件产生的霍尔电动势对所述保护压板进行状态监测。