一種高壓斷路器在線綜合特性監測裝置及方法
【專利摘要】本發明公開一種高壓斷路器在線綜合特性監測裝置及方法，梅花觸頭安裝在導電桿上，溫度傳感器安裝在梅花觸頭上，溫度傳感器輸出端連接高壓側電路處理單元；電流感應線圈套設在導電桿外周，其輸出端連接高壓側電路處理單元；高壓側電路處理單元經由光纖連接光電傳感器，光電傳感器的輸出端連接第一前端信號放大器；彈簧固定座安裝在絕緣拉桿上，彈簧體的一端安裝在彈簧固定座上，另一端安裝在力傳感器上；力傳感器安裝在底座上，其輸出連接第二前端信號放大器；第一和第二前端信號放大器的輸出端均連接低壓側電路處理單元，低壓側電路處理單元的輸出端連接主控單元。此種裝置能夠解決斷路器在實際投入運行的條件下如何進行綜合特性在線監測的問題。
【專利說明】
一種高壓斷路器在線綜合特性監測裝置及方法
技術領域
[0001]本發明屬于高壓斷路器綜合特性在線測量技術領域，特別涉及一種應用于1KV真空固封極柱斷路器的綜合特性在線監測裝置及監測方法。
【背景技術】
[0002]高壓斷路器作為電力系統中最重要的設備之一，其可靠性直接影響電網運行的安全與穩定。以往大多采用離線例行檢查，對斷路器進行定期計劃檢修，這種計劃性預防檢修盲目性大、費用高，且影響電力生產。隨著電力系統的電壓等級和電網容量不斷提高，人們提出了根據斷路器的實際工作狀態而確定檢修與否的方法，稱為狀態檢修法。實踐證明，狀態檢修法能給電力部門帶來巨大的效益，近幾年取得了較快的發展。然而，由于使用環境惡劣及復雜的工作特點，斷路器機械、電氣及溫度特性在線監測有較大的難度。因此，如何高效地實現對高壓斷路器的機械、電氣特性的在線監測，已成為影響行業發展進步的瓶頸之一，是國內外科研及工程技術人員熱切關注的技術課題，國內目前高壓斷路器機械特性檢測主要還是離線進廠檢測，這給供電系統運行帶來了許多不便。
[0003]斷路器綜合特性的檢測主要是檢測其動觸頭的運動情況以及梅花觸頭的溫度情況，由于斷路器觸頭傳動機構的工作空間小，結構比較緊湊，位移傳感器安裝困難，因此在實際情況中，斷路器機械特性檢測很難在運行中在線檢測；由于斷路器梅花觸頭工作在高壓端，檢出的溫度信息無法直接傳遞到斷路器的低壓端，同時在高壓端的電路供電也不能直接從低壓端提供。近幾年有一些相關的文章及專利發表，文章“真空斷路器機械特性的在線監測方法”提出了一種采用角度傳感器取代直線傳感器的高壓斷路器機械特性在線檢測方法，這種方法雖然能夠減少傳感器體積，但是較大幅度地降低了直線位移測量的靈敏度和分辨率。文章“基于模擬滑塊的斷路器機械特性在線檢測”提出了一種用附加模擬滑塊映射實際觸頭運動過程，將傳感器安裝在模擬滑塊上間接測量位移的高壓斷路器機械特性在線檢測方法，這種方法由于多附加了模擬滑塊，實際體積并沒有減少而是增加，此外由于測量過程增加了傳遞誤差，測量質量實際是下降了。中國專利申請號為201310168584.9的“斷路器機械特性的檢測方法”提出了一種斷路器機械特性在線檢測的機械結構，雖然能解決斷路器在線機械位移的檢測，但沒有給出傳感器如何安裝的方法，實際上并沒有解決傳感器安裝困難的問題。中國專利申請號為201220744752.5的“真空斷路器機械特性在線檢測系統”，提出了一種真空斷路器機械特性在線監測的信號處理實現方法，該方法只針對傳感器以后電信號的處理，也沒有解決如何在狹小空間測量觸頭位移的主要問題。中國專利申請號為201020687812.5的“真空斷路器機械特性檢測裝置”提出了一種將傳感器安裝在連接套上的觸頭在線位移檢測方法，該方法的問題是傳感器并沒有安裝在直接反映觸頭位移的絕緣拉桿上而是安裝在連接套上，因此存在傳遞測量誤差，同時也沒有完全解決傳感器的安裝空間問題。因此，實際情況是目前還沒有能夠解決如何在運行條件下有效測量斷路器觸頭機械特性位移參數的困難。
【發明內容】
[0004]本發明的目的，在于提供一種高壓斷路器在線綜合特性監測裝置及方法，其利用合適的傳感器和合適的安裝方式，能夠解決斷路器在實際投入運行的條件下如何進行機械特性在線監測的問題。
[0005]為了達成上述目的，本發明的解決方案是:
[0006]一種高壓斷路器在線綜合特性監測裝置，包括梅花觸頭(1)、溫度傳感器(2)、導電桿(3)、電流感應線圈(4)、高壓側電路處理單元(5)、光纖(6)、光電傳感器(7)、兩個前端信號放大器(81、82)、彈簧固定座(9)、絕緣拉桿(10)、彈簧體(11)、力傳感器(12)、底座(13)、低壓側電路處理單元(14)和主控單元(15);所述梅花觸頭(I)安裝在導電桿(3)上，用于斷路器的導電觸點;所述溫度傳感器(2)安裝在梅花觸頭(I)上，用于檢測溫度，其輸出連接到高壓側電路處理單元(5);所述感應線圈(4)套裝在導電桿(3)外側，用于獲得感應電壓，感應電壓的輸出連接到高壓側電路處理單元(5);所述高壓側電路處理單元(5)接收溫度傳感器(2)信號和電流感應線圈(4)的感應電壓，其輸出以光信號的耦合形式連接到光纖(6);所述光纖(6)作為光傳輸通道，將高壓側電路處理單元(5)送出的光信號引向光電傳感器(7);所述光電傳感器(7)的輸出連接到一個前端信號放大器(81);所述彈簧固定座(9)安裝在絕緣拉桿(10)上，用于將絕緣拉桿(10)的位移狀況傳遞給彈簧體(11);所述彈簧體(11)的一端安裝在彈簧固定座上，另一端安裝在力傳感器(12)上用于將絕緣拉桿(10)的位移狀況以力的形式傳遞給力傳感器;所述力傳感器(12)安裝在底座(13)上，其輸出連接到另一個前端放大器(82);所述兩個前端信號放大器(81、82)的輸出連接到低壓側電路處理單元(14)，低壓側電路處理單元(14)的輸出連接到主控單元(15);所述高壓側電路處理單元(5)由整流濾波單元(51)、包絡檢出單元(52)、直流穩壓電源(53)、信號處理控制單元(54)、光電載波調制單元(55)、發光管(56)組成，從電流感應線圈(4)送來的信號分為兩路，一路接整流濾波單元(51)，另一路接包絡檢出單元(52),所述整流濾波單元(51)的輸出送直流穩壓電源(53)，產生直流電源作為高壓側電路處理單元(5)的供電電源，所述包絡檢出單元(52)將電流感應線圈(4)送來的信號進行包絡處理后，輸出接信號處理控制單元(54)，所述信號處理控制單元(54)接收由溫度傳感器(2)送來的信號和由包絡檢出單元送來的信號，輸出連接到光電載波調制單元(55)，光電載波調制單元(55)將接收到的信號轉換成載波信號，其輸出連接到發光管(56)，發光管(56)將信號轉換成光信號輸出。
[0007]上述發光管(56)、光電傳感器(7)的工作參數是相互對應，發光管(56)所發射的光線為可見光或紅外線光，光電傳感器(7)對應接收的光線為可見光或紅外線光。
[0008]上述的主控單元(15)為具有遠程數據傳輸能力，由信號電路、邏輯電路、顯示電路、存儲電路、程序控制電路組成的組合電路;所述遠程數據傳輸能力為有線通信、無線通信、無線電話通信網、因特網這類遠程傳輸信道提供的遠程數據傳輸能力。
[0009]—種基于前述的高壓斷路器在線綜合特性監測裝置的監測方法:
[0010]I)高壓側信號向低壓側傳輸:在高壓側電路處理單元(5)內，信號處理控制單元
(54)將包絡檢出單元(52)獲得的觸頭通斷信號和溫度傳感器(2)獲得的溫度信號打包成數據幀格式，通過光電載波調制單元(55)和發光管(56)轉換成光信號，光信號通過光纖(6)傳遞到低壓側，由低壓側的光電傳感器(7)接收；[0011 ] 2)觸頭行程檢測:通過檢測絕緣拉桿(10)的機械位確定觸頭行程位移，絕緣拉桿
(10)移動過程中帶動彈簧固定座(9)移動，進而將彈簧體(11)拉開而產生彈簧力，彈簧力由虎克定律F = kX確定，測出彈簧力F就能算出彈簧被拉開的距離X，從而得到絕緣拉桿移動的行程數據，進而得到觸頭行程數據，彈簧力由力傳感器(12)測出；
[0012]3)觸頭通斷時刻確定:當斷路器梅花觸頭(I)接通時，電流感應線圈(4)感應出信號，該信號經包絡檢出單元(52)檢出即可作為觸頭的接通時刻，當斷路器梅花觸頭(I)開斷時，電流感應線圈(4)感應信號消失，包絡檢出單元(52)的檢出信號消失，信號消失時刻即可作為觸頭的開斷時刻。
[0013]監測到的實時數據在主控單元(15)根據要求在本地存儲、顯示;或通過遠程數據傳輸信道遠程傳輸。
[0014]采用上述方案后，本發明采用彈簧體作為位移傳感器，根據虎克定律F= kX，彈簧體的位移與所受的力成正比，因此測出彈簧力F就可以計算得到彈簧體被拉開的距離X，將彈簧體合理地安裝在高壓斷路器的絕緣拉桿上，即可測量出斷路器觸頭的機械位移。由于彈簧體結構簡單，彈簧力測量方便，與目前斷路器機械特性檢測方案中采用的直線傳感器、角度傳感器相比，本發明體積小的優勢十分明顯，可以很方便地安裝在斷路器極柱內，能從根本上解決斷路器觸點位移檢測傳感器的安裝問題。由于本發明采用彈簧體作為傳感器，而彈簧體本身可以看成是一個積分系統，因此可濾除高頻噪聲，提高監測精度。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的整體架構圖；
[0016]圖2是本發明中高壓側電路處理單元的電路框圖。
【具體實施方式】
[0017]以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0018]如圖1所示，本發明提供一種高壓斷路器在線綜合特性監測裝置，可安裝在斷路器極柱內，包括梅花觸頭1、溫度傳感器2、導電桿3、電流感應線圈4、高壓側電路處理單元5、光纖6、光電傳感器7、第一前端信號放大器81、第二前端信號放大器82、彈簧固定座9、絕緣拉桿10、彈簧體11、力傳感器12、底座13、低壓側電路處理單元14和主控單元15，下面分別介紹。
[0019]所述梅花觸頭I安裝在導電桿3上，作為高壓斷路器的導電觸點;溫度傳感器2則安裝在梅花觸頭I上，用于檢測溫度，所述溫度傳感器2的輸出端連接高壓側電路處理單元5;電流感應線圈4套設在導電桿3的外周，用于獲得感應電壓，且電流感應線圈4的輸出端連接高壓側電路處理單元5;所述高壓側電路處理單元5接收溫度傳感器2的溫度信號和電流感應線圈4的感應電壓，其輸出以光信號的耦合形式連接到光纖6;所述光纖6作為光傳輸通道，將高壓側電路處理單元5送出的光信號引導到光電傳感器7;而光電傳感器7的輸出端連接第一前端信號放大器81。
[0020]另一方面，彈簧固定座9安裝在絕緣拉桿10上，而彈簧體11的一端安裝在彈簧固定座9上，彈簧體11的另一端安裝在力傳感器12上，彈簧固定座9用于將絕緣拉桿10的位移狀況傳遞給彈簧體11，而彈簧體11再將絕緣拉桿10的位移狀況以力的形式傳遞給力傳感器12;所述力傳感器12安裝在底座13上，其輸出連接到第二前端信號放大器82。
[0021]第一前端信號放大器81和第二前端信號放大器82的輸出端均連接低壓側電路處理單元14，低壓側電路處理單元14的輸出端連接主控單元15。
[0022]再請配合圖2所示，高壓側電路處理單元5包括整流濾波單元51、包絡檢出單元52、直流穩壓單元53、信號處理控制單元54、光電載波調制單元55和發光管56，其中，電流感應線圈4輸出的信號在送入高壓側電路處理單元5后分為兩路，一路送到整流濾波單元51，而整流濾波單元51的輸出端連接直流穩壓單元53，產生的直流電源作為高壓側電路處理單元5的供電電源；另一路則送到包絡檢出單元52，所述包絡檢出單元52將電流感應線圈4輸出的信號包絡檢出，作為斷路器通斷電流時刻的判斷信息送往信號處理控制單元54;而溫度傳感器2輸出的溫度進入高壓側電路處理單元5的信號處理控制單元54，信號處理控制單元54對包絡檢出單元52輸出的信號和溫度傳感器2輸出的信號進行處理后，送至光電載波調制單元55，由光電載波調制單元55進行調制后轉換成載波信號，并輸出到發光管56，所述發光管56將信號轉換成光信號，輸出至光纖6。
[0023]本發明的工作原理是:為了檢測絕緣拉桿10的位移，將彈簧固定座9安裝在絕緣拉桿10上，彈簧體11的一端安裝在彈簧固定座9上，另一端安裝在力傳感器12上，力傳感器12安裝在底座13上，絕緣拉桿10的移動帶動彈簧固定座9移動，進而拉動彈簧體11，彈簧體11被拉開產生了彈簧力，其值遵守虎克定理F = kX，測出彈簧力就可推算出絕緣拉桿10的位移值，力傳感器12測出彈簧力，將彈簧力變為電量輸出、送往第二前端信號放大器82，第二前端信號放大器82的輸出送往低壓側電路處理單元14。
[0024]通過溫度傳感器2檢測梅花觸頭I的溫度，通過監測電流感應線圈4是否有信號輸出確定梅花觸頭通斷時刻點，當梅花觸頭I接通高壓電源時，電流感應線圈4感應出信號，該信號經包絡檢出單元52檢出即可作為梅花觸頭的接通時刻，當斷路器梅花觸頭I開斷時，電流感應線圈4感應信號消失，包絡檢出單元52的檢出信號消失，信號消失時刻即可作為梅花觸頭的開斷時刻;在高壓側電路處理單元5內，信號處理控制單元54將包絡檢出單元52獲得的觸頭通斷信號和溫度傳感器2獲得的溫度信號打包成數據幀格式，通過光電載波調制單元55和發光管56轉換成光信號，光信號通過光纖6傳遞到低壓側，由低壓側的光電傳感器7接收，再由第一前端信號放大器81處理后，送至低壓側電路處理單元14;
[0025]低壓側電路處理單元14將高壓側電路處理單元5經光纖6、光電傳感器7、第一前端信號放大器81送來的信號與力傳感器12經第二前端信號放大器82送來的信號進行處理，處理結果送往主控單元15;
[0026]主控單元15為具有遠程數據傳輸能力，由信號電路、邏輯電路、顯示電路、存儲電路、程序控制電路組成的組合電路;所述遠程數據傳輸能力可為有線通信、無線通信、無線電話通信網、因特網這類遠程傳輸信道提供的遠程數據傳輸能力。主控單元15在接收到由低壓側電路處理單元14送來的高壓斷路器機械特性數據和溫度數據后，根據需要，可直接對數據進行處理，將處理結果進行顯示、存儲；也可將數據通過遠程傳輸信道進行遠程傳輸。
[0027]所述發光管56、光電傳感器7的工作參數是相互對應，發光管56所發射的光線為可見光或紅外線光，光電傳感器7對應接收的光線為可見光或紅外線光。
[0028]以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內。
【主權項】
1.一種高壓斷路器在線綜合特性監測裝置，其特征在于:包括梅花觸頭(I)、溫度傳感器(2)、導電桿(3)、電流感應線圈(4)、高壓側電路處理單元(5)、光纖(6)、光電傳感器(7)、兩個前端信號放大器(81、82)、彈簧固定座(9)、絕緣拉桿(10)、彈簧體(11)、力傳感器(12)、底座(13)、低壓側電路處理單元(14)和主控單元(15);所述梅花觸頭(I)安裝在導電桿(3)上，用于斷路器的導電觸點；所述溫度傳感器(2)安裝在梅花觸頭(I)上，用于檢測溫度，其輸出連接到高壓側電路處理單元(5);所述感應線圈(4)套裝在導電桿(3)外側，用于獲得感應電壓，感應電壓的輸出連接到高壓側電路處理單元(5);所述高壓側電路處理單元(5)接收溫度傳感器(2)信號和電流感應線圈(4)的感應電壓，其輸出以光信號的耦合形式連接到光纖(6);所述光纖(6)作為光傳輸通道，將高壓側電路處理單元(5)送出的光信號引向光電傳感器(7);所述光電傳感器(7)的輸出連接到一個前端信號放大器(81);所述彈簧固定座(9)安裝在絕緣拉桿(10)上，用于將絕緣拉桿(10)的位移狀況傳遞給彈簧體(11);所述彈簧體(11)的一端安裝在彈簧固定座上，另一端安裝在力傳感器(12)上用于將絕緣拉桿(10)的位移狀況以力的形式傳遞給力傳感器;所述力傳感器(12)安裝在底座(13)上，其輸出連接到另一個前端放大器(82);所述兩個前端信號放大器(81、82)的輸出連接到低壓側電路處理單元(14)，低壓側電路處理單元(14)的輸出連接到主控單元(15);所述高壓側電路處理單元(5)由整流濾波單元(51)、包絡檢出單元(52)、直流穩壓電源(53)、信號處理控制單元(54)、光電載波調制單元(55)、發光管(56)組成，從電流感應線圈(4)送來的信號分為兩路，一路接整流濾波單元(51)，另一路接包絡檢出單元(52)，所述整流濾波單元(51)的輸出送直流穩壓電源(53)，產生直流電源作為高壓側電路處理單元(5)的供電電源，所述包絡檢出單元(52)將電流感應線圈(4)送來的信號進行包絡處理后，輸出接信號處理控制單元(54)，所述信號處理控制單元(54)接收由溫度傳感器(2)送來的信號和由包絡檢出單元送來的信號，輸出連接到光電載波調制單元(55)，光電載波調制單元(55)將接收到的信號轉換成載波信號，其輸出連接到發光管(56)，發光管(56)將信號轉換成光信號輸出。2.如權利要求1所述的一種高壓斷路器在線綜合特性監測裝置，其特征在于:所述發光管(56)、光電傳感器(7)的工作參數是相互對應，發光管(56)所發射的光線為可見光或紅外線光，光電傳感器(7)對應接收的光線為可見光或紅外線光。3.如權利要求1所述的一種高壓斷路器在線綜合特性監測裝置，其特征在于:所述的主控單元(15)為具有遠程數據傳輸能力，由信號電路、邏輯電路、顯示電路、存儲電路、程序控制電路組成的組合電路;所述遠程數據傳輸能力為有線通信、無線通信、無線電話通信網、因特網這類遠程傳輸信道提供的遠程數據傳輸能力。4.一種基于權利要求1或2或3所述的高壓斷路器在線綜合特性監測裝置的監測方法，其特征在于: 1)高壓側信號向低壓側傳輸:在高壓側電路處理單元(5)內，信號處理控制單元(54)將包絡檢出單元(52)獲得的觸頭通斷信號和溫度傳感器(2)獲得的溫度信號打包成數據幀格式，通過光電載波調制單元(55)和發光管(56)轉換成光信號，光信號通過光纖(6)傳遞到低壓側，由低壓側的光電傳感器(7)接收； 2)觸頭行程檢測:通過檢測絕緣拉桿(10)的機械位確定觸頭行程位移，絕緣拉桿(10)移動過程中帶動彈簧固定座(9)移動，進而將彈簧體(11)拉開而產生彈簧力，彈簧力由虎克定律F = kX確定，測出彈簧力F就能算出彈簧被拉開的距離X，從而得到絕緣拉桿移動的行程數據，進而得到觸頭行程數據，彈簧力由力傳感器(12)測出； 3)觸頭通斷時刻確定:當斷路器梅花觸頭(I)接通時，電流感應線圈(4)感應出信號，該信號經包絡檢出單元(52)檢出即可作為觸頭的接通時刻，當斷路器梅花觸頭(I)開斷時，電流感應線圈(4)感應信號消失，包絡檢出單元(52)的檢出信號消失，信號消失時刻即可作為觸頭的開斷時刻。5.如權利要求4所述的一種高壓斷路器在線綜合特性監測方法，其特征在于:監測到的實時數據在主控單元(15)根據要求在本地存儲、顯示;或通過遠程數據傳輸信道遠程傳輸。
【文檔編號】G01M13/00GK105974307SQ201610622212
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年8月1日
【發明人】沈漢鑫, 陳文薌
【申請人】廈門理工學院