一种高压开关机械特性综合测试装置的制作方法

1.本发明属于高压开关测试技术领域，具体涉及一种高压开关机械特性综合测试装置。


背景技术：

2.高压开关在电力系统中大量应用，用于切断和接通负荷电流，并可与继电保护装置配合，快速切除故障，保证电力系统安全稳定运行。因此，高压开关在投入使用前或停电检修中，需要对其机械特性进行电气试验，以确保高压开关满足正常工作条件。高压开关时间、速度测试是其机械特性测试中的重要内容，传统方式常采用直线电阻传感器、角位移电阻传感器等测量方法，需要搭配相应的安装支架，将测速传感器的运动部分安装于开关的提升杆或水平连杆上、静止部分固定于开关的基座上，且测速传感器与测试仪之间为有线连接，存在着结构复杂、安装拆卸费时费力、工作效率低等缺陷。
3.授权公告号为cn211180113u的专利公开了一种用于高压真空开关的特性测试仪，包括测试仪本体、磁性座体、支架、直线电 阻传感器、角度电机、吸附磁块、定线板、定线盘和信号线，其需要将直线电阻传感器设置于高压真空开关下方，借助吸附磁块实现直线电阻传感器行程杆与高压真空开关底部触点的连接，实现对高压开关动作距离的测试。但是，实现该发明的测试过程需要对高压开关本身结构进行拆卸，以实现测试器件的安装与距离的测试，所以只能在高压开关组装完成前进行测试，或者对应用中的高压开关结构进行拆除以进行测试，这样又会严重影响高压开关的整体结构，实用性不强，费时费力且容易留下安全隐患。公布号为cn112129967a的专利公开了一种用于高压开关刚分速度、刚合速度测试的激光测速装置，包括反光片、半导体激光器、镜头、光电转换感应矩阵、信号放大模块、信号处理模块和装置电源，其采用非接触式测量方法，通过识别激光在光电转换感应矩阵上反射光区域的位置变化，计算出高压开关速度。该发明创新地采用激光进行高压开关速度测试，但是由于需要将反光片贴到被测高压开关的提升杆上进行测量，所以同样需要对应用中的高压开关结构进行拆除以进行测试，同样存在前述问题。同时，该发明也存在结构较复杂、应用范围较小、实用性较差等问题，未能有效解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.本发明针对上述问题提供了一种高压开关机械特性综合测试装置。
5.为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：一种高压开关机械特性综合测试装置，包括传动轴强磁固定座，所述传动轴强磁固定座通过自身磁力吸合在高压开关传动主轴的一侧，在所述传动轴强磁固定座的另一侧通过水平连接杆连接有激光发射盒，在所述激光发射盒内设置有激光发射器和用于为激光发射器供电的锂电池，所述激光发射器偏心安装，用于向外连续发射红色细激光束，在所述激光发射器的正对面设置有方形激光感应板，所述方形激光感应板通过通信线与一号信号调理模块连接，所述一号信号调理模块与一号位置识别芯片连接，所述一号位置识别芯片
与信号处理系统连接。
6.进一步，在所述传动轴强磁固定座与所述水平连接杆连接的一侧以及所述激光发射盒与所述水平连接杆连接的一侧均固定设置有紧固螺母，所述水平连接杆的两端分别与两个所述紧固螺母螺纹连接。
7.再进一步，在所述传动轴强磁固定座与所述高压开关传动主轴连接的一侧设置有凹槽，在所述凹槽内设置有与所述高压开关传动主轴侧面花键相卡接的卡块，以实现所述传动轴强磁固定座与所述高压开关传动主轴的紧密连接。
8.更进一步，在所述水平连接杆上套设有滚动轴承，可以在不影响所述水平连接杆转动的同时实现对所述水平连接杆的稳定支撑，在所述滚动轴承的下部连接有一号支杆，在所述一号支杆的另一端通过锁紧螺栓铰接有二号支杆，所述二号支杆的另一端与强磁支撑座连接，所述强磁支撑座通过自身磁力与高压开关壳体吸合。
9.更进一步，在所述激光发射盒的侧面开设有豁口，所述激光发射器转动设置在所述豁口内部，且转动角度可达90
°
，实现弧形旋转测量与直线位移测量两种不同的测速方式，当所述激光发射器转动90
°
后，正对所述激光发射器设置有矩形激光感应板，所述矩形激光感应板通过通信线与二号信号调理模块连接，所述二号信号调理模块与二号位置识别芯片连接，所述二号位置识别芯片与所述信号处理系统连接。
10.更进一步，所述方形激光感应板和所述矩形激光感应板均由均匀排列的光敏元件组成，当所述激光发射器发射的激光照射至光敏元件上时，对应的光敏元件输出高电平信号至所述一号信号调理模块或所述二号信号调理模块，所述一号信号调理模块或所述二号信号调理模块用于放大、整理不同位置光敏元件输出的电平信号，并传输至所述一号位置识别芯片或所述二号位置识别芯片，所述一号位置识别芯片或所述二号位置识别芯片用于实现对不同位置光敏元件的电平信号识别，并通过通信线将对应的红色细激光束位置上传至所述信号处理系统，实现对弧形旋转方式或直线位移方式的红色细激光束位置的准确识别。
11.更进一步，所述方形激光感应板和所述矩形激光感应板均安装在对应的支撑板上，所述支撑板安装在对应的水平固定座上，所述水平固定座放置在地面上。
12.更进一步，所述信号处理系统包括串行通信模块、触发直流电调整旋钮、显控模块、存储模块、cpu模块、整流模块、断口施压控制器、分合闸送电控制器、储能送电控制器、电量变送器、a/d转换模块、储能控制接口、触发接口、断口接口、仪器接地端口、储能导线束、触发导线束和断口导线束；所述串行通信模块连接于所述一号位置识别芯片、所述二号位置识别芯片与所述cpu模块之间，用于实现所述一号位置识别芯片和所述二号位置识别芯片与所述cpu模块之间的串行通信；所述触发直流电调整旋钮与所述cpu模块连接，用于在机械特性测试过程中，通过手动方式改变触发直流电动作电压，实现高压开关分/合闸的有效触发；所述显控模块采用电容式触控屏，与所述cpu模块连接，用于输入初始设置数据、控制机械特性测试过程、显示试验过程与结果数据；所述存储模块与所述cpu模块连接，用于存储机械特性测试过程中的相关初始设置和试验测试数据；所述cpu模块通过接收的初始设置数据、断口动作信号、电量信号和激光束位置，分析计算出高压开关的时间和速度特性；所述整流模块分别与所述cpu模块、所述断口施压控制器、所述分合闸送电控制器、所述储能送电控制器连接，用于实现电源的ac
→
dc变换，将220v交流工作电源变换为不同的直
流工作电源；所述断口施压控制器与所述cpu模块连接，用于接收所述cpu模块的调节控制指令，并通过所述断口接口向高压开关的a、b、c三相断口施加工作电压；所述分合闸送电控制器与所述cpu模块连接，用于接收所述cpu模块的调节控制指令，并通过所述触发接口向高压开关的二次接线排中的相应分合闸控制端子，提供分合闸触发直流电；所述储能送电控制器与所述cpu模块连接，用于接收所述cpu模块的调节控制指令，并通过所述储能控制接口向所述二次接线排中的相应储能控制端子，提供储能触发直流电；所述电量变送器分别与所述断口施压控制器、所述分合闸送电控制器、所述储能送电控制器连接，用于实时检测所述断口施压控制器、所述分合闸送电控制器和所述储能送电控制器输出的电压、电流数值；所述a/d转换模块连接于所述电量变送器与所述cpu模块之间，用于将所述电量变送器实时采集的电气模拟量转换成电气数字量，并上传至所述cpu模块，进而通过所述显控模块实时显示；所述储能控制接口、所述触发接口和所述断口接口经过所述电量变送器分别与对应的所述储能送电控制器、所述分合闸送电控制器和所述断口施压控制器连接，所述储能控制接口、所述触发接口和所述断口接口分别采用两芯航插头、三芯航插头和四芯航插头，实现相应直流工作电的输出；所述储能导线束的一端通过两芯航插线与所述储能控制接口连接，另一端通过导线夹与所述二次接线排内的相应储能控制端子连接；所述触发导线束的一端通过三芯航插线与所述触发接口连接，另一端通过导线夹与所述二次接线排内的相应分合闸控制端子连接；所述断口导线束的一端通过四芯航插线与所述断口接口连接，另一端通过导线夹与高压开关a、b、c三相断口的动、静触头连接；所述仪器接地端口用于实现所述信号处理系统在运行过程中的安全可靠接地。
13.与现有技术相比本发明具有以下优点：本发明利用传动轴强磁固定座直接将激光发射盒吸附于高压开关传动主轴侧面，并通过滚动轴承、一号支杆、二号支杆和水平连接杆对激光发射盒进行支撑，高压开关触头动作时传动主轴发生旋转，激光发射器跟随高压开关传动主轴保持一致的旋转，激光发射器发射出的红色细激光束在激光感应板上的位置发生相应变化；根据激光发射器指向位置的不同，激光发射器可在方形激光感应板、矩形激光感应板上分别给出弧形旋转和直线位移两种激光路径，从而使本装置具备弧形旋转测量和直线位移测量两种方式，在现场条件不适用某种测量方式时可采用另一种测量方式，能够更好的适应复杂多样的现场测试环境；同时利用储能导线束、触发导线束和断口导线束分别连接储能控制接口、触发接口、断口接口与高压开关的二次接线排和a、b、c三相断口，实现信号处理系统与高压开关的控制连接；信号处理系统通过断口施压控制器、分合闸送电控制器和储能送电控制器给出高压开关所需的工作直流电，并依据初始设置数据、断口动作信号、电量信号、激光束位置等数据分析计算出高压开关的时间、速度等机械特性。
14.本发明利用激光位置变化实现高压开关速度的无线测量，同时可完成高压开关时间测试，具有安全性高、适应性强、结构简单、操作方便、实用性强等优点，能够有效提升高压开关机械特性试验工作效率。
附图说明
15.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明图1中圈a的局部放大图；
图3为本发明激光发射盒与激光发射器的连接示意图；图4为本发明传动轴强磁固定座的结构示意图；图5为本发明信号处理系统的结构示意图；图中，传动轴强磁固定座—1、高压开关传动主轴—2、水平连接杆—3、激光发射盒—4、激光发射器—5、锂电池—6、方形激光感应板—7、一号信号调理模块—8、信号处理系统—9、一号位置识别芯片—10、紧固螺母—11、卡块—12、滚动轴承—13、一号支杆—14、锁紧螺栓—15、二号支杆—16、强磁支撑座—17、高压开关壳体—18、豁口—19、矩形激光感应板—20、二号信号调理模块—21、二号位置识别芯片—22、支撑板—23、水平固定座—24、二次接线排—25、串行通信模块—901、触发直流电调整旋钮—902、显控模块—903、存储模块—904、cpu模块—905、整流模块—906、断口施压控制器—907、分合闸送电控制器—908、储能送电控制器—909、电量变送器—910、a/d转换模块—911、储能控制接口—912、触发接口—913、断口接口—914、仪器接地端口—915、储能导线束—916、触发导线束—917、断口导线束—918。
具体实施方式
16.为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。
17.如图1至图5所示，一种高压开关机械特性综合测试装置，包括传动轴强磁固定座1，传动轴强磁固定座1通过自身磁力吸合在高压开关传动主轴2的一侧，同时，在传动轴强磁固定座1与高压开关传动主轴2连接的一侧设置有凹槽，在凹槽内设置有与高压开关传动主轴2侧面花键相卡接的卡块12，以实现传动轴强磁固定座1与高压开关传动主轴2的紧密连接；在传动轴强磁固定座1的另一侧通过水平连接杆3连接有激光发射盒4；在传动轴强磁固定座1与水平连接杆3连接的一侧以及激光发射盒4与水平连接杆3连接的一侧均固定设置有紧固螺母11，水平连接杆3的两端分别与两个紧固螺母11螺纹连接；在水平连接杆3上套设有滚动轴承13，可以在不影响水平连接杆3转动的同时实现对水平连接杆3的稳定支撑，在滚动轴承13的下部连接有一号支杆14，在一号支杆14的另一端通过锁紧螺栓15铰接有二号支杆16，二号支杆16的另一端与强磁支撑座17连接，强磁支撑座17通过自身磁力与高压开关壳体18吸合；在激光发射盒4内设置有激光发射器5和用于为激光发射器5供电的锂电池6，激光发射器5偏心安装，用于向外连续发射红色细激光束；在激光发射盒4的侧面开设有豁口19，激光发射器5转动设置在豁口19内部，且转动角度可达90
°
，实现弧形旋转测量与直线位移测量两种不同的测速方式；在激光发射器5的正对面设置有方形激光感应板7，方形激光感应板7通过通信线与一号信号调理模块8连接，一号信号调理模块8与一号位置识别芯片10连接，一号位置识别芯片10与信号处理系统9连接；当激光发射器5转动90
°
后，正对激光发射器5设置有矩形激光感应板20，矩形激光感应板20通过通信线与二号信号调理模块21连接，二号信号调理模块21与二号位置识别芯片22连接，二号位置识别芯片22与信号处理系统9连接；方形激光感应板7和矩形激光感应板20均由均匀排列的光敏元件组成，当激光发射器5发射的激光照射至光敏元件上时，对应的光敏元件输出高电平信号至一号信号调理模块8或二号信号调理模块21，一号信号调理模块8或二号信号调理模块21用于放大、整理不同位置光敏元件输出的电平信号，并传输至一号位置识别芯片10或二号位置识别芯片22，一号位置识别芯片10或二号位置识别芯片22用于实现对不同位置光敏元件的
电平信号识别，并通过通信线将对应的红色细激光束位置上传至信号处理系统9，实现对弧形旋转方式或直线位移方式的红色细激光束位置的准确识别；方形激光感应板7和矩形激光感应板20均安装在对应的支撑板23上，支撑板23安装在对应的水平固定座24上，水平固定座24放置在地面上。
18.信号处理系统9包括串行通信模块901、触发直流电调整旋钮902、显控模块903、存储模块904、cpu模块905、整流模块906、断口施压控制器907、分合闸送电控制器908、储能送电控制器909、电量变送器910、a/d转换模块911、储能控制接口912、触发接口913、断口接口914、仪器接地端口915、储能导线束916、触发导线束917和断口导线束918，能够给出高压开关所需的工作直流电，并依据初始设置数据、断口动作信号、电量信号、激光束位置等数据分析计算出高压开关的时间、速度等机械特性；串行通信模块901连接于一号位置识别芯片10、二号位置识别芯片22与cpu模块905之间，用于实现一号位置识别芯片10和二号位置识别芯片22与cpu模块905之间的串行通信；触发直流电调整旋钮902与cpu模块905连接，用于在机械特性测试过程中，通过手动方式改变触发直流电动作电压，实现高压开关分/合闸的有效触发；显控模块903采用电容式触控屏，与cpu模块905连接，用于输入初始设置数据、控制机械特性测试过程、显示试验过程与结果数据；存储模块904与cpu模块905连接，用于存储机械特性测试过程中的相关初始设置和试验测试数据；cpu模块905通过接收的初始设置数据、断口动作信号、电量信号和激光束位置，分析计算出高压开关的时间和速度特性，原理为依据高压开关断口两端的电压突变情况实现对动作时间的测量，依据激光束实时位置绘制高压开关行程-时间曲线实现对动作速度的测量；整流模块906分别与cpu模块905、断口施压控制器907、分合闸送电控制器908、储能送电控制器909连接，用于实现电源的ac
→
dc变换，将220v交流工作电源变换为不同的直流工作电源；断口施压控制器907与cpu模块905连接，用于接收cpu模块905的调节控制指令，并通过断口接口914向高压开关的a、b、c三相断口施加工作电压；分合闸送电控制器908与cpu模块905连接，用于接收cpu模块905的调节控制指令，并通过触发接口913向高压开关中的二次接线排25中的相应分合闸控制端子，提供分合闸触发直流电；储能送电控制器909与cpu模块905连接，用于接收cpu模块905的调节控制指令，并通过储能控制接口912向二次接线排25中的相应储能控制端子，提供储能触发直流电；电量变送器910分别与断口施压控制器907、分合闸送电控制器908、储能送电控制器909连接，用于实时检测断口施压控制器907、分合闸送电控制器908和储能送电控制器909输出的电压、电流数值；a/d转换模块911连接于电量变送器910与cpu模块905之间，用于将电量变送器910实时采集的电气模拟量转换成电气数字量，并上传至cpu模块905，进而通过显控模块903实时显示；储能控制接口912、触发接口913和断口接口914经过电量变送器910分别与对应的储能送电控制器909、分合闸送电控制器908和断口施压控制器907连接，储能控制接口912、触发接口913和断口接口914分别采用两芯航插头、三芯航插头和四芯航插头，实现相应直流工作电的输出；储能导线束916的一端通过两芯航插线与储能控制接口912连接，另一端通过导线夹与二次接线排25内的相应储能控制端子连接；触发导线束917的一端通过三芯航插线与触发接口913连接，另一端通过导线夹与二次接线排25内的相应分合闸控制端子连接；断口导线束918的一端通过四芯航插线与断口接口914连接，另一端通过导线夹与高压开关a、b、c三相断口的动、静触头连接；仪器接地端口915用于实现信号处理系统9在运行过程中的安全可靠接地。
19.本发明的应用对象为高压开关，高压开关由a、b、c三相断口、二次接线排25、高压开关传动主轴2等部件组成，当a、b、c三相断口分/合闸时动触头发生相应动作，从而带动高压开关传动主轴2产生相应的旋转，高压开关传动主轴2的旋转角度为40
°‑
50
°
。因此，对高压开关传动主轴2的旋转情况进行识别，即可分析得到高压开关触头的动作时间、分/合闸速度等机械特性。
20.安装时，先将高压开关操作机构能量完全释放，且使高压开关处于分闸状态，并断开高压开关内部的控制电源和储能电源，利用接地线对信号处理系统9和水平固定座24进行有效接地。正确安装储能导线束916、触发导线束917和断口导线束918，完成信号处理系统9与高压开关的控制连接；接着，将传动轴强磁固定座1紧密吸合于高压开关传动主轴2侧面花键上；并利用紧固螺母11实现传动轴强磁固定座1、激光发射盒4与水平连接杆3的稳定连接；将强磁支撑座17紧密吸合于高压开关壳体18的合适位置，拧紧锁紧螺栓15以固定一号支杆14与二号支杆16；然后，根据现场实际情况合理选择弧形旋转测量方式或直线位移测量方式，从而安装方形激光感应板7或矩形激光感应板20至合理的位置，并通过通信线实现与信号处理系统9内串行通信模块901的连接，完成激光感应部分的布置。
21.采用弧形旋转测量方式时，利用现场电源箱给信号处理系统9提供220v交流电源，通过显控模块903启动控制cpu模块905，进行初始数据设置，并驱动断口施压控制器907、分合闸送电控制器908、储能送电控制器909给出高压开关所需的工作直流电，具体为通过储能送电控制器909给出储能触发直流电，启动高压开关储能过程，完成高压开关的储能；通过断口施压控制器907向高压开关的a、b、c三相断口施加适当工作电压，当高压开关分闸时断口两端保持工作电压，当高压开关合闸时断口两端电压突变为零；接着使用触发直流电调整旋钮，改变分合闸送电控制器908给出的触发直流电动作电压至220v左右，实现高压开关合闸过程的有效触发。
22.在时间测试方面，高压开关完成合闸时，信号处理系统9通过监测产生触发信号时刻到断口两端电压突变时刻的过程时长，完成对高压开关的合闸时间测试，同时可计算得到高压开关合闸时a、b、c三相的相间不同期差值；在速度测试方面，高压开关完成合闸时，高压开关传动主轴2发生旋转，激光发射器5随之保持一致的旋转，红色细激光束在方形激光感应板上产生相应的弧形旋转曲线，信号处理系统9通过对弧形旋转曲线的识别，绘制出行程-时间曲线，计算得到高压开关合闸的平均速度、最大速度、刚合速度等，进而完成高压开关合闸过程的机械特性测试。
23.接着，与合闸过程类似，开展分闸过程测试时，信号处理系统9驱动高压开关完成储能、分闸，结合触发信号与断口电压突变情况，分析计算得出高压开关的分闸时间、分闸时a、b、c三相的相间不同期差值；通过对弧形旋转曲线的识别，绘制出行程-时间曲线，计算得到高压开关分闸的平均速度、最大速度、刚分速度等，进而完成高压开关分闸过程的机械特性测试。
24.采用直线位移测量方式时，与前述测量方式过程大致相同，时间测试方面的原理相同，区别在于在速度测试方面，红色细激光束在矩形激光感应板上产生相应的直线位移，信号处理系统9通过对直线位移的识别，同样可以绘制出行程-时间曲线，计算得到高压开关分/合闸的平均速度、最大速度、刚分/合速度等，完成高压开关分/合闸过程的机械特性测试。
25.本发明采用的激光测量方式具备弧形旋转测量、直线位移测量两种方式，在现场条件不适用某种测量方式时可采用另一种测量方式，能够更好的适应复杂多样的现场测试环境；本发明利用激光位置变化实现高压开关速度的无线测量，同时可完成高压开关时间测试，具有安全性高、适应性强、结构简单、操作方便、实用性强等优点，能够有效提升高压开关机械特性试验工作效率。
26.以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
27.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。