一種斷路器用智能型操動機構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種斷路器用智能型操動機構，具有合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸、合閘摯子及分閘摯子；設將該合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸稱為三組傳動軸，該三組傳動軸中的至少一組上設有壓力傳感器。本實用新型實現對斷路器操動機構本體直接進行監測，功能新穎、結構巧妙，具有實時監測操動機構工作狀態，對降低操動機構故障率，保障電力系統的穩定和安全運行具有重要的意義。
【專利說明】
一種斷路器用智能型操動機構
技術領域
[0001]本實用新型屬于斷路器技術領域，具體涉及一種斷路器用智能型操動機構。
【背景技術】
[0002]斷路器作為電力系統中重要的保護和控制設備，它不僅能夠關合、承載和開斷正常回路條件下的電流，而且能在規定的時間內關合、承載和開斷異常回路條件下的電流。在電力系統運行過程中，要求斷路器能快速地切斷發生故障的線路或電氣設備，在這個過程中若斷路器發生故障，不能及時可靠地切斷故障，將會對系統造成極大的影響，導致事故的發生。國際大電網會議組織的國際調查表明，在斷路器的故障中，機械故障占全體故障的80%以上，而斷路器機械部分主要是操動機構。操動機構故障呈現多種后果，主要有拒合、拒分、分合閘速度變小、閉鎖失靈等。其中，操動機構拒分會使線路故障影響面擴大，造成母線故障或主變故障，給系統造成大的危害，是性質最為嚴重的事故。分合閘速度達不到要求，會導致斷路器在切斷和閉合負荷電流或故障電流時不能有效熄滅電弧，造成操作過電壓或使斷路器發生爆炸事故，其后果也相當嚴重。
[0003]因此，對斷路器的操動機構進行在線監測，提前發現潛在故障，降低操動機構故障率，對于保障電力系統的穩定和安全運行有著重要的作用。近年來，國內外對斷路器狀態監測做了大量研究，主要有以下幾個方面:I)行程-時間特性曲線；2)機械振動信號;3)合、分閘線圈電流、電壓檢測;4)電阻測量;5)SF6壓力檢測;7)絕緣檢測;8)專家系統。所述各種監測方式各有優劣，但其均不是針對斷路器操動機構本體直接進行監測；于此本新型創新地從斷路器操動機構本體角度出發，發明一種斷路器用智能型操動機構，本案由此產生。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種斷路器用智能型操動機構，直接監測斷路器操動機構內部零部件受力狀況，實時監測操動機構工作狀態，具有功能新穎、結構緊湊、通用性強等特點。
[0005]為了達成上述目的，本實用新型的解決方案是:
[0006]—種斷路器用智能型操動機構，具有合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸、合閘摯子及分閘摯子;設將該合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸稱為三組傳動軸，該三組傳動軸中的至少一組上設有壓力傳感器。
[0007]所述傳動軸上設有內嵌槽，所述壓力傳感器采用內嵌方式設于內嵌槽內。
[0008]所述合閘半軸和/或者分閘半軸上設有分別供合閘摯子、分閘摯子扣接的斜槽口，所述內嵌槽與斜槽口相距I Omm。
[0009]所述內嵌槽繞傳動軸的徑向布置，該內嵌槽具有供壓力傳感器緊湊設置的槽底平面。
[0010]所述槽底平面的兩端寬度不同，其中寬度較大的一端作為引出壓力傳感器的電纜芯線的引出端。
[0011]所述槽底平面處涂覆有起絕緣和抗震作用的絕緣膠層。
[0012]所述三組傳動軸中的至少一組采用合金材料軸。
[0013]所述合金材料軸采用40CrNiMoA材料。
[0014]所述壓力傳感器為金屬壓阻應變片力傳感器。
[0015]所述操動機構還設有拐臂，與該拐臂相連的斷路器主軸上設置非接觸式角度傳感器。
[0016]采用上述方案后，本實用新型相對于現有技術的有益效果在于:
[0017]—、本實用新型創造性地將壓力傳感器內嵌于操動機構的特定內部零件上，提供一種直接監測斷路器操動機構內部零部件工作狀態的新方法，大大提高斷路器在線監測精度；
[0018]二、操動機構內部各零部件的受力變化狀況直接反應著操動機構工作狀態，進一步設計特殊的結構，將壓力傳感器內嵌于斷路器操動機構的特定內部零件，實現真正意義上的斷路器操動機構智能化；
[0019]三、操動機構內部零件受力狀況包含豐富的信息，特別是合、分閘過程中合、分閘半軸的受力情況直接反應著操動機構的運行狀況，本實用新型能夠實現對這些信息的采集，并具有很好的穩定性。
[0020]綜上，本實用新型實現對斷路器操動機構本體直接進行監測，功能新穎、結構巧妙，具有實時監測操動機構工作狀態，對降低操動機構故障率，保障電力系統的穩定和安全運行具有重要的意義。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本實用新型的斷路器用智能型操動機構主視圖；
[0022]圖2為本實用新型的斷路器用智能型操動機構側視圖；
[0023]圖3為本實用新型的斷路器用智能型操動機構內部傳動鏈示意圖；
[0024]圖4-1為本實用新型的儲能彈簧軸結構圖；
[0025]圖4-2為本實用新型的儲能彈簧軸的受力示意圖；
[0026]圖5-1為本實用新型的合閘半軸結構圖；
[0027]圖5-2為本實用新型的合閘半軸的受力示意圖；
[0028]圖6-1為本實用新型的分閘半軸結構圖；
[0029]圖6-2為本實用新型的分閘半軸的受力示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和【具體實施方式】對本案作進一步詳細的說明。
[0031]本實用新型涉及一種斷路器用智能型操動機構，如圖1至圖3所示，有包括儲能電機組件1、行程開關組件2、手動儲能組件3、儲能凸輪組件4、儲能彈簧5、儲能指示組件6、傳動連桿組件7、合閘脫扣器8、分閘脫扣器9、過流脫扣器1、合分閘指示組件11、合閘按鈕12、分閘按鈕13、輔助開關14、儲能彈簧軸15。
[0032]所述手動儲能組件3較佳地由一對錐齒輪31、32組成，其具有安裝簡便、承載力高、傳動功率大、使用壽命長的特點。所述儲能凸輪組件4包括儲能凸輪軸41、合閘凸輪42、大齒輪43、逆止輪44、定位套45、拐臂46等。所述傳動連桿組件7包括合閘半軸71、分閘半軸72、合閘摯子73、分閘摯子74、輸出軸75等。
[0033]斷路器操動機構工作原理基本大同小異，可參考相關資料，在這里不再詳細介紹，以下只針對本實用新型的斷路器智能型操動機構如何實現“智能化”進行詳細說明。
[0034]設將所述合閘半軸71、分閘半軸72、儲能彈簧軸15稱為三組傳動軸，該三組傳動軸中的至少一組上設有壓力傳感器。給出地較佳實施例中，如圖4-1至6-2所示，三組傳動軸(即合閘半軸71、分閘半軸72、儲能彈簧軸15)上均設有壓力傳感器(分別為711、721、151)。
[0035]所述設有壓力傳感器的傳動軸上設有內嵌槽，具體實施例中合閘半軸71、分閘半軸72、儲能彈簧軸15上分別設有內嵌槽712、722、152，所述壓力傳感器711、721、151采用內嵌方式分別設于內嵌槽712、722、152內。
[0036]進一步，合閘半軸71、分閘半軸72上設有分別供合閘摯子73、分閘摯子74扣接的斜槽口 713、723，所述內嵌槽712與斜槽口 713、內嵌槽722與斜槽口 723的距離均約為10mm。舉合閘半軸71為例，由于考慮到內嵌壓力傳感器位置、傳感器采集信號精確度與穩定性，合閘半軸71上的斜槽口 713處邊緣為合閘摯子73扣接處，此處力值(變化)最能反映操動機構工況，但此處沖擊大、摩擦大，壓力傳感器不宜設置在此處，經綜合驗證優化后，將壓力傳感器內嵌于距離斜槽口 713的約1mm處的內嵌槽712(具體如圖5-1、5-2所示)，這樣，既能滿足傳感器采集信號精確度與穩定性要求，又不影響合閘半軸本身的機械特性。
[0037]優選地，所述傳動軸上的內嵌槽712、722、152繞各自傳動軸的徑向布置，其具有供各自壓力傳感器711、721、151緊湊設置的槽底平面;具體而言，該內嵌槽712、722、152的表面由槽底平面和起過渡承接的圓弧面組成。所述槽底平面的兩端寬度不同，在槽底平面寬度較大的一端作為引出端，以引出各自壓力傳感器的電纜芯線和包裹的屏蔽裸線，參見圖4-2、5-2及6-2，引出位置為引出端的對應寬度擴增的一側處。所述電纜芯線設有4根，分別為2根勵磁線和2根信號線。所述過渡平面處較佳地涂覆有一層白色絕緣膠層，起到起絕緣和抗震作用。
[0038]優選地，所述壓力傳感器為金屬壓阻應變片力傳感器。由于斷路器動作過程時間短、力值突變大，金屬壓阻應變片力傳感器的高精度特性可滿足此要求。斷路器操動機構在動作過程中，特別是合閘半軸71、分閘半軸72、儲能彈簧軸15受力集中的零件處會產生很大的沖擊振動，采用金屬壓阻應變片力傳感器具有抗振動沖擊能力強特點。而且采用金屬壓阻應變片力傳感器還具有內嵌于傳動軸后對各軸強度、功能的影響小的優點。
[0039]優選地，所述傳動軸(合閘半軸71、分閘半軸72、儲能彈簧軸15)采用合金材料軸，該合金材料軸具體采用40CrNiMoA材料。由于斷路器操動機構合閘半軸動作頻繁，每次動作都會受很大的沖擊力、摩擦力，而40CrNiMoA材料經調制處理后，不僅具有良好的加工性、加工變形小，而且具有高強度、高韌性、耐磨等特性。
[0040]本實用新型智能型操動機構儲能時(手動或電動)，儲能軸16轉動，通過小齒輪17帶動大齒輪43轉動，同時，凸輪軸41、合閘凸輪42、逆止輪44、拐臂46也同時轉動，此時儲能彈簧5被拉伸，合閘彈簧軸15受到儲能彈簧5的拉力，如圖4-2所示，其上的應變片電阻發生改變，并通過電橋轉換成力信號輸出至采集系統。儲能完畢后，合閘摯子73扣住合閘半軸71，使合閘半軸71受到壓力，如圖5-2所示，合閘半軸71上的應變片電阻發生改變，并通過電橋轉換成力信號輸出至采集系統。合閘時，合閘半軸71脫扣，此時合閘半軸71受到合閘摯子73的壓力變為零，同時分閘摯子74扣住分閘半軸72，使分閘半軸72受到壓力，如圖6-2所示，分閘半軸72上的應變片電阻發生改變，并通過電橋轉換成力信號輸出至采集系統。分閘時，分閘半軸72脫扣，分閘半軸72受到分閘摯子74的壓力變為零。
[0041]斷路器操動機構合閘半軸71、分閘半軸72的受力狀況、儲能彈簧5力的變化均包含豐富的信息，如當監測到合閘半軸71受力變大，可判斷操動機構有合不上閘的風險，提醒維修人員及時有效的維修，避免事故的發生；當監測到儲能彈簧5力變小，可判斷儲能彈簧5出現了疲勞衰減，應當及時更換儲能彈簧，保證斷路器的正常運行。
[0042]長期以來，為了實現對斷路器操動機構故障診斷，國內外進行了大量研究，但用于故障診斷的信號主要是:觸頭行程曲線、合分閘線圈電流、振動信號等，但還未對斷路器操動機構合閘半軸、分閘半軸的受力(變化)情況進行監測。實際上，斷路器操動機構合閘半軸、分閘半軸的受力狀況、儲能彈簧力的變化包含豐富的信息，斷路器操動機構是否正常動作、故障原因等均能反應在合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸力值變化上，如果能夠采集到這些信息并加以分析，對于實現斷路器操動機構故障診斷、保證斷路器的正常運行具有十分重要的意義。于此，本實用新型提出智能型操動機構，采用金屬壓阻應變片力傳感器內嵌融合于40CrNiMoA合金材料的合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸上，能夠實時監測合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸受力狀況，而合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸受力狀況是最能直接反映斷路器操動機構的狀態。
[0043]優選地，與拐臂46相連的斷路器主軸上還設置有非接觸式角度傳感器，由此來監測操動機構輸出角度-時間的關系。
[0044]以上實施例僅為說明本實用新型的技術思想，不能以此限定本實用新型的保護范圍，凡是按照本實用新型提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本實用新型保護范圍之內。
【主權項】
1.一種斷路器用智能型操動機構，具有合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸、合閘摯子及分閘摯子;其特征在于:設將該合閘半軸、分閘半軸、儲能彈簧軸稱為三組傳動軸，該三組傳動軸中的至少一組上設有壓力傳感器。2.如權利要求1所述的一種斷路器用智能型操動機構，其特征在于:所述傳動軸上設有內嵌槽，所述壓力傳感器采用內嵌方式設于內嵌槽內。3.如權利要求2所述的一種斷路器用智能型操動機構，其特征在于:所述合閘半軸和/或者分閘半軸上設有分別供合閘摯子、分閘摯子扣接的斜槽口，所述內嵌槽與斜槽口相距1mm04.如權利要求2或3所述的一種斷路器用智能型操動機構，其特征在于:所述內嵌槽繞傳動軸的徑向布置，該內嵌槽具有供壓力傳感器緊湊設置的槽底平面。5.如權利要求4所述的一種斷路器用智能型操動機構，其特征在于:所述槽底平面的兩端寬度不同，其中寬度較大的一端作為引出壓力傳感器的電纜芯線的引出端。6.如權利要求4所述的一種斷路器用智能型操動機構，其特征在于:所述槽底平面處涂覆有起絕緣和抗震作用的絕緣膠層。7.如權利要求1所述的一種斷路器用智能型操動機構，其特征在于:所述三組傳動軸中的至少一組采用合金材料軸。8.如權利要求7所述的一種斷路器用智能型操動機構，其特征在于:所述合金材料軸采用 40CrNiMoA 材料。9.如權利要求1所述的一種斷路器用智能型操動機構，其特征在于:所述壓力傳感器為金屬壓阻應變片力傳感器。10.如權利要求1所述的一種斷路器用智能型操動機構，其特征在于:所述操動機構還設有拐臂，與該拐臂相連的斷路器主軸上設置非接觸式角度傳感器。
【文檔編號】H01H3/30GK205542455SQ201620061909
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月22日
【發明人】楊秋玉, 彭彥卿
【申請人】廈門理工學院