一种双柱水平旋转式隔离开关试验装置的制作方法

本发明涉及户外高压隔离开关的试验装置，尤其是一种双柱水平旋转式隔离开关试验装置。

背景技术：

随着现代社会经济形势的高速发展，各个行业对电力能源的需求也与日俱增，电力系统发挥的重要作用也日益凸显，在增加电力系统压力的同时也对变电站设备运行可靠性和寿命提出了更高的要求。

户外高压隔离开关在变电站中使用量最大，其结构简单，由于长期运行在户外环境，特别是沿海地区靠近海边和重污染环境地区，现役设备存在大量锈蚀、导电回路过热、绝缘子断裂、回转台轴承卡涩、连杆断裂、分合闸不到位等现象，这些都严重影响设备的稳定运行，给电力系统带来巨大安全隐患。解决这些问题的关键是提高户外隔离开关的设计和制造质量，为提高设计和制造质量，设计和开发相关试验台是常采用的方法。

通过查阅相关文献和专利资料，中国电科院杨堃等人开发了户外隔离开关触头触指镀银层的机械寿命自动测试装置（专利号：201320743565.x），该测试装置是在原有隔离开关产品的基础上经适当改造完成的，实现了自动开合触头触指并记录次数。

国内隔离开关厂家河南平高电气股份有限公司针对gw27系列隔离开关设计的三相联动简易试验装置，详见专利号200920090788.4。该简易实验装置使用简易的cj11电动机构的减速装置带动gw27系列的主导电杆做分合闸操作，观察和调整导电杆三相同步性及动、静触头接触情况，减少了现场安装调试工作。

纵观现有的户外隔离开关产品试验台，大多是在原有产品的基础上进行改造，实现的功能单一，不具备进行定量化的连续检测功能。

另外，试验台在设计时考虑到传统高压隔离开关a、b、c三相的结构相似，如果三相都做，试验台结构庞大、成本高。

技术实现要素：

为了对高压隔离开关关键零部件失效情况进行定量化研究，本发明提供一种双柱水平旋转式隔离开关试验装置，其在b、c相力负载可程控的模拟机构的基础上，伺服电机输出轴上加装扭矩传感器，连杆上串上力传感器，从而可以在运动过程中采集传感器数据，定量研究隔离开关性能。

本发明采用如下的技术方案：一种双柱水平旋转式隔离开关试验装置，包括传动机构、动力驱动机构和力负载可程控的模拟机构，

所述的传动机构包括可测力的连杆组件、主动立柱、从动立柱、主动花盘和第一从动花盘，所述可测力的连杆组件由动力驱动机构驱动，两个立柱通过两个花盘和可测力的连杆组件连接实现联动，立柱的顶部用于安装导电杆，通过两个立柱的旋转实现导电杆触头与触指开合动作；

所述的模拟机构包括轴承座、安装在轴承座上的轴承、传动连杆和位于轴承座上方的第二从动花盘，第二从动花盘的下端穿过轴承后装有一电磁制动器，所述的传动连杆上装有力传感器，传动连杆的一端连接在第二从动花盘上，另一端连接在主动花盘上；

所述的动力驱动机构包括扭矩传感器和交流伺服电机。

本发明通过力传感器和扭矩传感器测试动力驱动机构的输出力矩、连杆组件的受力情况、触头触指的接触力过程情况、回转台阻尼力矩情况等，通过交流伺服电机的调速功能，可测试不同转速情况下连杆组件的受力变化和触头触指的作用力情况，并可利用程序自动控制技术，很容易实现触头触指的机械磨损试验、回转台和连杆组件等寿命试验等。

为了研究连杆组件和动力驱动机构的受力情况，设计了一个力负载可程控的模拟机构，代替b、c相的结构产生的力矩，并且可通过程控方式调节力矩的大小，也可进一步研究隔离开关的运动学和动力学关系对隔离开关的分合闸是否到位的故障情况。力负载可程控的模拟机构可解决将高压隔离开关直接拿来测试造成的占据空间大、成本高的问题。

进一步地，所述的传动机构、动力驱动机构和模拟机构安装在一柔性基础平台上。

进一步地，所述的柔性基础平台上开有t形槽，以便于上述机构的安装、拆卸、调节，并可以适应不同型号的隔离开关。

进一步地，所述可测力的连杆组件包括主动杆、交叉杆和驱动杆，所述的主动杆和交叉杆上均装有力传感器，所述的驱动杆通过垂直传动轴与动力驱动机构连接。

进一步地，所述驱动杆的另一端与主动杆的一端连接，主动杆的另一端与主动花盘的一侧连接，该主动花盘的另一侧与交叉杆的一端连接，交叉杆的另一端与第一从动花盘连接；通过连杆组件来实现两花盘相反方向的转动，从而实现两侧立柱相反方向的转动。

进一步地，所述的主动杆和交叉杆通过拐臂分别与主动花盘和第一从动花盘连接。

进一步地，所述的电磁制动器通过工控机、控制卡和功率放大器实现力矩的程控加载，使连杆的受力更接近实际情况，同时能输出此处的力矩。

进一步地，所述的动力驱动机构还包括弹性联轴器和减速器，交流伺服电机的输出轴通过弹性联轴器、减速器和膜片联轴器与可测力的连杆组件连接，所述的扭矩传感器通过弹性联轴器安装于交流伺服电机与减速器之间。可以通过控制交流伺服电机的运动来精确控制隔离开关开合的速度。

进一步地，所述的轴承座置于一轴承座安装架上，轴承座安装架与轴承座之间设有一调整块。针对不同型号的轴承座的孔径、距离等可以制作不同的调整块，这样在安装不同的轴承座时，仅需更换调整块而不需另行设计制造不同的轴承座安装架，具有良好的通用性。

进一步地，两个立柱的底部通过轴承安装在轴承安装座上。

本发明的优点在于：

1）该试验装置可以定量研究传动机构存在的问题，主动杆、交叉杆、模拟机构的传动连杆上均串有力传感器，这样就可以实时采集到机构运动时连杆上力的变化。通过主动杆、交叉杆的力可以计算出回转台处的阻力矩，触头触指接触过程产生的力，从而可以检测出回转台是否有卡涩，触头触指接触是否正常。

2）从试验装置搭建上看，该试验装置简化了三相结构，通过电磁制动器进行制动来模拟ｂ、ｃ相运动所产生的力，这样可以摒弃庞大而又笨重的隔离开关b、c相，在节省试验装置成本和体积的同时，达到了模拟的效果。

3）在动力学方面，通过伺服电机调速，可以用于研究不同转速下，隔离开关的工作情况，如连杆力、驱动轴扭矩的变化，触头触指接触可靠性。

4）在材料分析方面，该试验装置通过读取力传感器、扭矩传感器的数据，可以得出隔离开关连杆力以及驱动轴上的扭矩，由此可调整装置使力和扭矩满足材料的许用力和许用扭矩。进一步，由于其模拟真实的分合闸过程，可以用于进行触头触指镀银层机械磨损试验。

5）柔性基础平台、调整块等设计可以很方便地安装不同型号的隔离开关，为进一步测试不同型号隔离开关提供了方便。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明传动机构及模拟机构的结构示意图。

图中，1-柔性基础平台，2-轴承安装座，3-主动立柱，4-第一从动花盘，5-从动立柱，6-导电杆，7-触头触指，8、12、13-力传感器，9-交叉杆，10-主动杆，11-主动花盘，14-传动连杆，15-第二从动花盘，16-调整块，17-电磁制动器，18-轴承安装架，19-交流伺服电机，20-扭矩传感器，21-减速器，22-膜片联轴器，23-驱动杆，24-垂直传动轴。

具体实施方式

如图1所示的高压隔离开关试验装置，其由柔性基础平台、传动机构、动力驱动机构和力负载可程控的模拟机构构成，所述的传动机构、动力驱动机构和模拟机构安装在柔性基础平台1上，柔性基础平台1上开有t形槽。

所述的传动机构由可测力的连杆组件、主动立柱3、从动立柱5、主动花盘11和第一从动花盘4组成，所述可测力的连杆组件由动力驱动机构驱动。两个立柱通过两个花盘和可测力的连杆组件连接实现联动，立柱的顶部用于安装导电杆6，导电杆6上装有触头触指7。

所述可测力的连杆组件由主动杆10、交叉杆9和驱动杆23组成，所述的主动杆10和交叉杆9上分别装有力传感器12、8，所述的驱动杆23通过垂直传动轴24与动力驱动机构连接。

所述驱动杆23的另一端与主动杆10的一端连接，主动杆10的另一端与主动花盘11的一侧连接，该主动花盘11的另一侧与交叉杆9的一端连接，交叉杆9的另一端与第一从动花盘4连接；通过连杆组件来实现两花盘相反方向的转动，从而实现两侧立柱相反方向的转动，通过两个立柱的旋转实现导电杆触头与触指开合动作。

所述的主动杆10和交叉杆9通过拐臂分别与主动花盘11和第一从动花盘4连接。两个立柱的底部通过轴承安装在轴承安装座2上。

所述力负载可程控的模拟机构由轴承座、安装在轴承座上的轴承、传动连杆14和位于轴承座上方的第二从动花盘15组成，第二从动花盘15的下端穿过轴承后装有电磁制动器17，所述的传动连杆14上装有力传感器13，传动连杆14的一端连接在第二从动花盘15上，另一端连接在主动花盘11上。所述的电磁制动器17通过工控机、控制卡和功率放大器实现力矩的程控加载。所述的轴承座置于轴承座安装架18上，轴承座安装架18与轴承座之间设有调整块16。

所述的动力驱动机构由扭矩传感器20、交流伺服电机19、弹性联轴器和减速器21组成，交流伺服电机的输出轴通过弹性联轴器、减速器21和膜片联轴器22与可测力的连杆组件连接，所述的扭矩传感器20通过弹性联轴器安装于交流伺服电机与减速器之间。

本发明工作时，可以有以下试验模式：

1）传动机构动力学分析。传动机构在运动过程中，连杆力，驱动轴扭矩在不同转速下变化。为研究传动机构存在的问题如卡涩，判断连杆应力是否过大，触头触指是否接触可靠提供了定量的数据。该模式下试验过程如下：

设定交流伺服电机参数，编程时其按照一定转速，使导电杆6开一定的角度。调节电流的大小使电磁制动器17产生一定的制动力矩。开启伺服电机使试验装置运动后，采集各处力传感器，扭矩传感器的数据。进一步，通过改变伺服电机转速，改变电磁制动器17产生不同制动力矩，采集相应的数据，最后处理数据，分析总结规律。

2）安装参数对开合闸的影响研究。可以通过调节连杆长度，触头插入深度等参数来分析调试过程中对操作力矩、合闸能否到位的影响规律。

3）触头触指镀银层机械磨损试验。该模式试验过程如下：

设置交流伺服电机参数，使触头触指做重复分离啮合、运动n次，速度为n。镀银方式可以采用不同方案，如普通镀银、镀硬银等。结束后，检测镀银层厚度。改变速度，运行次数再分析比较。