电动隔离刀闸机械参数检测装置及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种电动隔离刀闸机械参数检测装置及其方法，通过采用增量式旋转光电编码器，将传感器安装在电动隔离刀闸机构主轴上作为测量转速的传感器，得到电动隔离开关操作过程中的主轴角位移时间曲线；通过采用基于霍尔效应的霍尔传感器获得电压、电流、有功功率的数据；这两种传感器通过接口芯片MAX485与控制器进行数据通信。本发明提供的电动隔离刀闸机械参数方面的检测方法，很好的解决了变电站现场环境，隔离开关关于隔离开关机械参数方面的检测的难题，通过该参数的测试，就能准确掌握隔离开关的缺陷情况，可以预测隐患的发展趋势。
【专利说明】
电动隔离刀闸机械参数检测装置及其方法
技术领域
[0001]本发明属于输配电线路检修工具领域，特别是涉及一种电动隔离刀闸机械参数检测装置及其方法。
【背景技术】
[0002]隔离刀闸是变电站的一种主要设备，也是变电站应用最多的设备之一，数量庞大。隔离刀闸特别是母线隔离刀闸，既属于开关间隔内设备，也与母线相连，检修母线隔离刀闸既要母线停电也要开关间隔停电，这就给检修母线隔离刀闸带来了相当大的困难;所以隔离开关的检修存在着一定的难度。
[0003]隔离开关操作机构形式常用的有电动操作机构和手动操作机构。户外隔离开关许多传动环节直接暴露在大气中经受着日晒雨淋，平时操作次数不多，轴销、轴承等传动部位缺少润滑和相对运动，因此其操作卡涩的的情况还是比较多的。对于带手动操作机构的隔离开关，可根据操作时的手感轻重来判断有无卡滞现象。而对于带电动操作机构，由于机构输出力矩大，一般不易察觉早期的卡滞故障。随着变电设备检修方式的深刻变革，隔离开关也面临着由定期检修向“按需检修”的状态检修CBM(Condit1nBasedMaintenance)或预知性检修PM(Predict1nDiagnosticMaintenance)转变。目前的检修方式:在新建变电站，一般情况下都是等到全部接完二次线时，刀闸手摇至中间位置，然后进行遥控试验。这种方法分时费力，一不小心造成电机烧毁。而在已运行变电站，更换电动刀闸或处理回路故障时，一般不能试验，如完整试验，需要母线停电，改变运行方式，造成不必要的安全隐患。如果有检测隔离开关状态的手段，尤其是隔离开关机械参数方面的检测，就能准确掌握其缺陷情况，可以预测隐患的发展趋势，尽早提出防范措施和治理对策，本专利就是针对这一难点而提出的解决方法。
【发明内容】
[0004]针对前述的隔离开关现场检修的技术问题，本发明提供了一种电动隔离刀闸机械参数方面的检测方法。本发明通过采用增量式旋转光电编码器，将传感器安装在电动隔离刀闸机构主轴上作为测量转速的传感器，得到电动隔离开关操作过程中的主轴角位移时间曲线;通过采用基于霍尔效应的霍尔传感器获得电压、电流、有功功率的数据;这两种传感器通过接口芯片MAX485与控制器进行数据通信。
[0005]本发明的技术方案具体如下:
一种电动隔离刀闸机械参数检测装置，包括旋转光电编码器、霍尔传感器电路、接口芯片MAX485和控制器，所述的旋转光电编码器与霍尔传感器电路连接接口芯片MAX485，接口芯片MAX485连接控制器;所述的旋转光电编码器由光电编码器、信号处理电路和加减计数器组成;所述的霍尔传感器电路由霍尔传感器和输入单元HSH组成。
[0006]基于上述装置，电动隔离刀闸机械参数检测方法包括如下步骤:
第一步，将增量式旋转光电编码器安装在电动隔离刀闸机构主轴上作为测量转速的传感器，得到电动隔离开关操作过程中的主轴角位移数据；
第二步，将主轴角位移数据绘制成主轴角位移时间曲线；
第三步，通过观察主轴角位移时间曲线得到特定的机械参数。
[0007]信号采集命令发送给旋转光电编码器，选装光电编码器采用圆光栅，通过光电转换将轴旋转角位移转换成电脉冲信号判断正负方向，然后通过加减计数器对A、B两路信号计数，能得到角位移的增(减)量。从旋转光电编码器输出的两路正交脉冲，经光电隔离后，经过与或、与非电路实现了正交信号处理。利用3片4029组成12位加减计数器，输出10位二进制编码，其值与角位移相对应。控制器以一定的采样频率读取这10位结果，得到隔离开关操作过程中的主轴角位移时间曲线Q(t)。
[0008]本发明中的应用于隔离刀闸的机械参数检测方法的增量式旋转光电编码器主要包括:光电编码器、信号处理电路和加减计数器组成。
[0009]对于电压、电流信号，控制器发送信号采集命令给霍尔传感器，霍尔传感器回馈控制器采集信号，控制器通过输入单元HSH测算出周波频率，由此得到采样保持器的控制频率，控制器通过对一个周期T进行32点频率采样，把时域内采集到的电压、电流信号通过傅氏算法直接获得电压、电流、有功功率。
[0010]本发明中的应用于隔离刀闸的机械参数检测方法的霍尔传感器主要包括:霍尔传感器和输入单元HSH。
[0011]综合以上的叙述，应用于隔离刀闸的机械参数检测方法整个过程是:通过控制器向增量式旋转光电编码器、霍尔传感器发送信号采集命令，旋转光电编码器、霍尔传感器分别进行信号数据采集，采集的数据通过接口芯片MAX485传输给控制器进行处理，控制器将处理过的数据进行显示。
[0012]本发明提供的电动隔离刀闸机械参数方面的检测方法，很好的解决了变电站现场环境，隔离开关关于隔离开关机械参数方面的检测的难题，通过该参数的测试，就能准确掌握隔离开关的缺陷情况，可以预测隐患的发展趋势。
【附图说明】
[0013]图1是本发明中的隔离刀闸机械参数的检测方法的组成图；
图2是本发明中的隔离刀闸机械参数的检测方法的光电编码器的原理图；
图3是隔离刀闸主轴转角的时间特性f=0(t)曲线；
图4是有卡涩的主轴转角的时间特性f=θ (t)曲线；
图5是霍尔传感器电路的组成图；
图6是电机的电流波形图；
图7是电机功率特征曲线图。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示，一种隔离刀闸机械参数检测装置，包括旋转光电编码器、霍尔传感器电路、接口芯片MAX48 5和控制器，所述的旋转光电编码器与霍尔传感器电路连接接口芯片MAX485，接口芯片MAX485连接控制器;所述的旋转光电编码器由光电编码器、信号处理电路和加减计数器组成;所述的霍尔传感器电路由霍尔传感器和输入单元HSH组成。
[0015]它的设计原理是在隔离开关由分到合或由合到分的过程中，主轴转过的角度Θ与时间t的对应关系称为转角时间特性Θ (t)，用曲线表示如图3。曲线I表示标准的转角时间特性，在安装调试完毕后测得；曲线2表示运行若干时间后测得的特性，T1、T2为全行程时间。从图形上看，如果传动系统有卡涩现象，最直观的是全行程时间会延长，因此AT是一个很重要的特征参数。如果在主轴转动过程中传动系统发生轻微卡涩，表现在特性曲线上就是产生曲折形状，如图4所示。从转角时间特性上还可以分析分、合闸结束时的缓冲情况及行程开关动作的时机是否恰当；如果主轴转角未达180°，表明行程开关切断过早;如果在180°附近产生较大的过冲和反弹，则表明行程开关切断过迟，如图3中的曲线。如果在转角未达180°时产生较大的过冲和反弹则表明隔离闸刀机械限位过早接触，这样就可以解决隔离开关分、合闸准确到位的问题。
[0016]它的工作原理是利用旋转式光电编码器这种转轴角位置传感器，采用圆光栅，通过光电转换，将轴旋转角位移转换成电脉冲信号。图2是转轴数据采集的角位移的原理框图。当主轴转动，编码器输出Α、Β两路相位相差90°的正交脉冲，通过信号处理电路，能从Α、Β两路信号的相对相位确定码盘的转动方向。如果A超前Β90°，码盘向正方向转动，否则，B超前A表明码盘向负方向转动，然后通过加减计数器对Α、Β两路信号计数，能得到角位移的增(减)量。从旋转光电编码器输出的两路正交脉冲，经光电隔离后，再由施密特触发器整形，得到A及其反相Α，Β及其反相B四路方波信号。这四路方波信号经过单稳器件得到各自的上升沿和下降沿信号Y Y Bi'，这些脉冲经过与或、与非电路实现了正交信号处理。输出反应角位移的信号Ρ+、Ρ-。利用3片4029组成12位加减计数器，两路加减脉冲信号经过加减计数器计数，输出10位二进制编码，其值与角位移相对应。控制器以一定的采样频率读取这10位结果，得到隔离开关操作过程中的主轴角位移时间曲线9(t)。
[0017]它的设计原理是通过霍尔传感器采样异步电机的信号，异步电机是电动机构中的能量转换装置，电机定子电流全面反映机械系统的信息。应用电流传感器，测量电动机工作电流的随时间变化来判断有无卡涩发生。隔离刀闸电机典型的电流波形如图6所示。
[0018]在图4中:to?ti为电机通电时刻，这时电流有一较大的脉冲。ti?t2转子开始转动，电机反电势产生，电流回落。t2?t3电机平稳工作。t3时刻开关动静触头刚接触，负荷骤然增大，电流也随之上升，电流在t4时刻出现峰值时刻限位开关动作，电流被切断。可以把^、t2、t3、t4、Ia、Im作为特征参数，电流特征参数的变化反映了整个机械传动系统的变化。由于电机电流受电源电压的影响，直接测量转矩有困难，因此测量电机功率P可获得9(t)、p(t)特性，可以导出ρ(θ)特性，如图7所示。将隔离开关安装调试好的上述特性记录下来供以后比较，找出最大偏差，据此判断有无卡涩发生。
[0019]它的工作原理采用基于霍尔效应的霍尔传感器，该传感器输出的电压信号正比于电动机电流。通过输入单元HSH测算出周波频率，由此得到采样保持器的控制频率，控制器通过对一个周期T进行32点频率采样，把时域内采集到的电压、电流信号通过傅氏算法直接获得电压、电流、有功功率，并把数据传送到控制器中。
[0020]本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化应包括在本发明内。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0021]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。
【主权项】
1.一种隔离刀闸机械参数检测装置，其特征在于:包括旋转光电编码器、霍尔传感器电路、接口芯片MAX485和控制器，所述的旋转光电编码器与霍尔传感器电路连接接口芯片MAX485，接口芯片MAX485连接控制器;所述的旋转光电编码器由光电编码器、信号处理电路和加减计数器组成;所述的霍尔传感器电路由霍尔传感器和输入单元HSH组成。2.—种隔离刀闸机械参数检测装置，其特征在于:电动隔离刀闸机械参数检测方法包括如下步骤: 第一步，将增量式旋转光电编码器安装在电动隔离刀闸机构主轴上作为测量转速的传感器，得到电动隔离开关操作过程中的主轴角位移数据； 第二步，将主轴角位移数据绘制成主轴角位移时间曲线； 第三步，通过观察主轴角位移时间曲线得到特定的机械参数。
【文档编号】G01R31/327GK105865769SQ201610261817
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】梁方建, 闫广涛, 曹海军, 刘伟, 周鑫, 卢震, 李朋, 王丰, 郝赛
【申请人】国网河南省电力公司商丘供电公司