一种真空断路器触头分断检测方法与流程

本发明属于电力设备检测技术领域，尤其基于真空灭弧室的外壳和屏蔽罩为透明玻璃的真空断路器，提出一种真空断路器触头分断检测方法。

背景技术：

随着经济的发展，科技和信息化水平的提高及全球资源与环境问题的日益突出，电网的可靠供电已对用户变得极端重要。大力推进电网智能化成为目前我国电网建设形势下的新挑战。坚强智能电网是由各种电力设备智能化后组成的整体，所谓电力设备的智能化并不代表该设备基本原理的改变，而是指设备及其附属部件的状态可视化和测控数字化。传感器、控制器及其接口已成为智能设备不可或缺的一部分。目前大力推广的基于可靠性的检修是根据设备状态和可靠性提出的一种新的评估标准，是对状态检修的改进。要求新型检测装置能够持续不断地将电力电器的工作状态反馈给工作人员。

高压真空断路器是电力系统的重要执行元件，是仅次于发电机和变压器的大型电力设备，正常运行时它完成倒换运行操作，把设备或线路接入电网或退出运行，起运行控制作用；当设备和线路发生故障时能快速切断故障线路，保证无故障部分正常运行，起运行保护作用。

但是，高压真空断路器也是集故障、检修、参数测量频次最多的一种重要电力设备，运行过程中有很高的故障率，易引起电网事故，造成较大的经济损失，因此对其可靠性提出了非常高的要求。

如果当真空断路器的动触头和静触头分断时发生短路粘连，或者在触头间有拉弧产生的毛刺，即使发出跳闸命令，由于触头间没有电气隔离或分断距离过小，给断路器出线端后各种操作带来致命隐患，断路器动静触头分断检测成为一个迫切需要解决的问题。

中国专利授权公开号CN1595188A公开了一种基于震动分析的真空断路器触头关合时刻的在线检测方法，包括如下步骤：1)选择震动传感器的安装位置和安装方向；2)设定采样顺序、采样频率、采样长度和触发方式并对采样数据进行存储；3)对震动数据预处理；4)选取移动窗函数的类型和长度，采用短时能量算法进行分析；5)选择门限值，确定三相触头的关合时刻；6)根据三相触发的关合时刻计算合闸通气性和分闸时间。

真空断路器在运行和自然环境中会产生震动，对传感器的检测结果产生影响，同时震动传感器的震动使用会破坏断路器的结构强度，随着震动，真空断路器的框架会逐渐松散，在使用中造成潜在危险，同时框架松散后会更加影响传感器的测量结构，造成系统的误判断。

中国专利授权公开号CN104140008A公开了一种真空断路器触头分合闸位置检测的方法与装置，该方法是由于真空断路器触头分合时，屏蔽罩上的电容会发生改变，通过检测真空断路器表面屏蔽罩位置的铜箔感应电场大小，来计算屏蔽罩电容值的大小，从而确定触头的分合闸位置；该装置由铜箔、电场传感器、检测处理单元组成，所述铜箔贴附于真空断路器表面，且与屏蔽罩等高，铜箔经导线接在检测处理单元的输入端。

真空断路器的真空灭弧室，随着断路器的每次通断，都会产生电弧，发生电弧时都会伴随着大量的金属蒸汽和带电质点，真空灭弧室内的屏蔽罩会带有分布不均匀的金属蒸汽和带电质点，造成屏蔽罩的污染，在用此方法检测时，金属蒸汽和带电质点会随着断路器的分断次数增多而增加，造成测量准确度下降，直至不能准确测量分合闸位置。

中国专利授权公开号CN105137344A公开了一种断路器触头电气可靠性的检测方法，包括：步骤1)测量断路器操作机构合分闸前后的运动距离S1；步骤2)在断路器单相灭弧室两端持续施加一个直流电，实时测量灭弧室两端电压Ui及流经灭弧室的电流Ii；步骤3)从驱动机构运动开始时刻作电压Ui、电流Ii随时间t的变化曲线，具体包括电压Ui-时间t曲线和电流Ii-时间t曲线；步骤4)找出第一个最高峰位置对应的时间T1，计算动、静触头的实际开距S2；步骤5)判断灭弧室触头的烧蚀程度。

此方法需要在导电杆上连接外引线以便施加直流电，在断路器正常使用过程中，外引线的存在会造成断路器整体绝缘强度的降低，直流电检测只能判断触头是否分断，不能判断触头分断状况是否符合要求，即分断是否到位。

技术实现要素：

本发明针对背景技术要解决的技术问题，提供一种真空断路器触头分断检测方法，测量精度高，测量准确，测量过程安全性高。

本发明解决其上述问题所采用的技术方案是：应用真空断路器触头分断检测装置，对真空断路器触头是否分断进行检测，所述真空断路器触头分断检测装置，在真空断路器的弹簧机构盒上设置有控制器和纵向滑台装置，在纵向滑台装置上设置有分断检测装置和水平调节装置。

所述纵向滑台装置安装在弹簧机构盒面向真空灭弧室的一侧，包括纵向支架，所述纵向支架上设置有相平行的第一丝杠和第一导杆，在所述第一丝杠末端安装有第一电机，在所述第一导杆上设置可调节的上限位开关和下限位开关，在所述第一丝杠和第一导杆上滑动设置有第一滑块，所述轴承的外圈设置在第一滑块上，纵向支架的上端铰接在弹簧机构盒上，下端通过水平调节装置铰接在弹簧机构盒上。

所述分断检测装置包括安装在第一滑块上的轴承，所述轴承套设在真空灭弧室外，所述真空灭弧室的外壳和屏蔽罩采用透明玻璃构成，所述轴承包括同中心轴的外圈和内圈，所述外圈上侧面设置有第三电机和水平传感器，所述第三电机的输出轴上安装有驱动轮，所述驱动轮与内圈上侧面相配合传动，所述内圈内侧面设置有激光发射器，在所述内圈内侧面与激光发射器相对位置设置有激光接收器，所述激光发射器射出的激光通过内圈的中心射向激光接收器，所述内圈上设置有与所述第三电机同侧的左限位开关和右限位开关，随着内圈的转动，左限位开关和右限位开关的触发装置可分别与驱动轮相触碰。

所述外圈下侧面设置有环形的滑环，所述内圈下侧面设置有安装座，所述安装座上设置有弹簧针，所述弹簧针与所述滑环相匹配并滑动连接，所述激光发射器、激光接收器、左限位开关和右限位开关的控制线分别固定在轴承内圈的下侧面，并依次连接到所述安装座上的弹簧针接线端，信号通过弹簧针和滑环传输到控制器中。

所述水平调节装置包括铰接在弹簧机构盒上的第二电机，所述第二电机的输出轴上安装有第二丝杠，所述第二丝杠上滑动设置第二滑块，所述第二滑块铰接在纵向滑台装置上。

所述真空断路器触头分断检测装置还包括在所述真空灭弧室动导电杆和传动装置之间设置有测力传感器，所述测力传感器与动导电杆之间绝缘连接，所述测力传感器可以测量拉力，也可测量压力。

所述测力传感器、上限位开关、下限位开关、第一电机、第三电机、水平传感器、激光发射器、激光接收器、左限位开关、右限位开关和第二电机分别与控制器电性连接。

按照如下步骤进行检测：

步骤1：第一滑块位置整定：

通过上限位开关和下限位开关调整第一滑块的运动范围，使得真空断路器正常分断后，第一滑块位于上限位开关处时，激光发射器发出的激光与动触头的分断面相齐，并能够射向激光接收器；第一滑块位于下限位开关处，激光发射器发出的激光与静触头的分断面相齐，并能够射向激光接收器。

步骤2：起始状态：

在真空断路器正常工作时，第一滑块位于下限位开关处，第一电机、第二电机、第三电机、激光发射器和激光接收器不工作。

步骤3：水平调整：

在真空断路器断开完成后，控制器根据水平传感器的检测结果判断分断检测装置是否处于水平状态；

如果处于水平状态，则进行下一步骤；

如果不处于水平状态，控制器控制第二电机正转或反转，调整第二滑块在第二丝杠上的位置，进而调整纵向滑台装置和分断检测装置的角度，使分断检测装置处于水平状态，随后进行下一步骤。

步骤4：静触头分断面的检测：

控制器控制激光发射器和第三电机分别启动，激光发射器发出激光射向激光接收器，第三电机在控制器的控制下，正反向交替转动，即：内圈在第三电机的带动下在左限位开关和右限位开关之间做不小于180度范围的正反转往复运动，判断静触头分断面处激光导通情况。

步骤5：动触头和静触头分断面之间的检测：

控制器控制第一电机正向转动，第一滑块在第一丝杠的旋转作用下向上运动，第三电机做不小于180度范围的正反向交替转动，同时激光发射器发出激光射向激光接收器方向，判断激光接收器激光信号接收情况。

步骤6：动触头分断面的检测：

当第一滑块运动到上限位开关后，第一电机停止工作，第三电机继续做不小于180度范围的正反向交替转动，激光发射器发出激光射向激光接收器，判断动触头分断面处激光导通情况。

步骤7：恢复起始状态：

当第一滑块运动到上限位开关并完成动触头分断面的检测后，控制器控制第一电机反转，同时第三电机、激光发射器和激光接收器停止工作，第一滑块返回下限位开关后第一电机停止工作，等待下一次真空断路器触头分断检测。

步骤8：结果判定：

a：如果第一滑块在下限位开关处激光接收器没有出现检测不到激光信号的情况，而第一滑块到达上限位开关后激光接收器出现没有检测到激光信号的情况，控制器判断是动触头分断距离不足；

b：如果激光接收器在上限位开关和下限位开关整个范围内均出现没有接收到激光信号的情况，则控制器判断是动触头和静触头发生烧结粘连，没有分断；

c：如果激光接收器在上限位开关和(或)下限位开关处出现没有检测到激光信号的情况，在触头运动其它范围内没有出现检测不到激光信号的情况，则控制器判断是动触头和(或)静触头根部发生烧损变形。

优选的，在真空断路器断开过程中，传动装置受力，即：绝缘拉杆拉动三角拐臂，三角拐臂带动动导电杆向上运动，使动触头和静触头分离，在分离前、中和后的过程中，测力传感器实时测量动导电杆与三角拐臂之间的力，并将信号传到控制器；

在真空断路器正常工作时，测力传感器受力为压力，在从分离开始到分离结束过程中受力由压力转为拉力，正常分离结束后测力传感器不受力，控制器根据测力传感器的受力最大值和受力时间判断断路器动触头和静触头之间的分断情况；

如果控制器判断测力传感器检测到的受力最大值大于正常分断最大值，和(或)分断结束后受力为拉力且持续不变，和(或)在分断过程时间上显示为受力持续时间大于正常分断时间，控制器判断是动触头与静触头发生烧结，没有断开。

优选的，若控制器判断动触头和静触头分断异常，控制器通过通信模块报警，显示故障位置和信息，通知工作人员进行检查。

优选的，所述轴承和驱动轮采用绝缘材料构成。

优选的，所述控制器中含有通信模块。

优选的，以所述驱动轮为顶点与左限位开关和右限位开关所构成的角小于90度。

实施本发明具有以下有益效果：

1、对现有真空断路器结构无重大影响，检测装置套设在真空灭弧室外侧，检测过程对断路器的绝缘性不产生影响，使用中和测量过程中安全性高；

2、利用多种传感器辅助检测断路器分合状态，避免单一检测效果不佳，提高了测量结果的准确性；

3、根据激光信号判断触头间的分断情况，不止可以判断出是否分断，还可以判断出分断的距离是否符合正常分断要求，使测量结果的精确度提高，有效降低误报事故的发生；

4、根据测力传感器的测量结果，根据分断过程中的受力大小和分断受力时间判断触头间的分断情况，同时还可以验证激光检测的准确性，多种检测结果相互验证，避免了误报。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明；

图1是本发明优选实施例的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的分断检测装置示意图；

图3是本发明优选实施例的纵向滑台装置示意图；

图4是本发明优选实施例的分断检测装置局部放大示意图。

附图中：

100、弹簧机构盒，110、绝缘拉杆，120、三角拐臂，130、测力传感器，

200、真空灭弧室，210、动导电杆，211、动触头，220、静导电杆，221、静触头，

310、纵向支架，320、第一丝杠，330、第一导杆，331、上限位开关，332、下限位开关，340、第一电机，350、第一滑块，

400、轴承，

410、外圈，411、第三电机，412、驱动轮，413、水平传感器，414、滑环，

420、内圈，421、激光发射器，422、激光接收器，423、左限位开关，424、右限位开关，425、安装座，426、弹簧针，

501、第二电机，502、第二丝杠，503、第二滑块；

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的可能涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”等描述仅仅用于区分说明书中的各个装置、元素、步骤等，而不是用于表示各个装置、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

第三电机411和第一电机340的“正向工作”“反向工作”的相关词语仅是用于描述的方便，不代表电机的具体运行方向。

如图1所示，一种真空断路器触头分断检测方法，应用真空断路器触头分断检测装置，对真空断路器触头是否分断进行检测，真空断路器触头分断检测装置包括带有传动装置的弹簧机构盒100和真空灭弧室200，真空灭弧室200的外壳和屏蔽罩采用透明玻璃构成，在弹簧机构盒100的侧面，面向真空灭弧室200的一侧安装有纵向滑台装置，纵向滑台装置上包括分断检测装置和水平调节装置，纵向滑台装置的运动方向，即分断检测装置的运动方向与真空灭弧室200相平行，纵向滑台装置的上端铰接在弹簧机构盒100上，下端通过水平调节装置铰接在弹簧机构盒100上。

其中，如图3所示，纵向滑台装置包括纵向支架310，在纵向支架310上安装有与真空灭弧室200相平行的第一丝杠320和第一导杆330，在第一丝杠320的末端安装有第一电机340，在第一导杆330的两端安装有可调的上限位开关331和下限位开关332，在第一丝杠320和第一导杆330上滑动设置有第一滑块350，第一滑块350可随着第一丝杠320转动上下运动。

水平调节装置包括铰接在弹簧机构盒100上的第二电机501，第二电机501的输出轴上安装有第二丝杠502，第二丝杠502上滑动安装有第二滑块503，第二滑块503与纵向支架310下端相铰接。

如图2所示，在第一滑块350上安装有一塑料材质的分为内圈420和外圈410的轴承400，轴承400套设在真空灭弧室200的外侧，为了尽可能准确的检测真空灭弧室200触头间是否分断，轴承400的中心轴与真空灭弧室200的中心轴重合。

在轴承400的外圈410上侧面安装有第三电机411，第三电机411的输出轴上安装有驱动轮412，驱动轮412采用摩擦轮构成，驱动轮412和轴承400的外圈410侧面相摩擦转动。

驱动轮412也可以是齿轮，在外圈410相接触的一面上设置有相匹配的齿轮，通过齿轮的啮合实现内圈420的转动。

在外圈410上还安装有一个水平传感器413，水平传感器413和水平调节装置通过控制器的控制实现轴承400上侧面或下侧面的水平调节，维持轴承400的上侧面或下侧面处于水平状态。

在轴承400的内圈420内侧面上设置有激光发射器421，在与激光发射器421相对的内圈420内侧面上设置有激光接收器422，激光发射器421发出的激光射向激光接收器422。

在轴承400内圈420侧面上安装有左限位开关423和右限位开关424，左限位开关423和右限位开关424与驱动轮412处于同侧，当驱动轮412转动带动内圈420转动后，驱动轮412可分别与左限位开关423和右限位开关424的触发部相触碰，为了满足激光在旋转时对真空灭弧室200进行完整切割扫描，需要以驱动轮412为顶点与左限位开关423和右限位开关424所构成的角小于90度，即内圈420的旋转角度大于180度。

如图4所示，在轴承400外圈410下侧面安装有滑环414，滑环414的设置超出左限位开关423和右限位开关424之间形成的大弧的范围，在轴承400内圈420侧面安装有安装座425，安装座425与滑环414位于相同一侧，安装座425上设置有弹簧针426，弹簧针426与滑环414一一对应，并相互滑动的电连接，在轴承400内圈420上的激光发射器421、激光接收器422、左限位开关423和右限位开关424的控制线固定在内圈420的下侧面并全部依次连接到弹簧针426的接线端上，通过弹簧针426和滑环414的滑动电连接，将上述各电子元器件的电信号传输到控制器中。

同时在真空灭弧室200的动导电杆210和传动装置之间设置测力传感器130，即在动导电杆210和三角拐臂120之间安装测力传感器130，测力传感器130与动导电杆210之间绝缘连接，测力传感器130即能测量拉力，也可以测量压力。

控制器安装在弹簧机构盒100内，控制器中含有通信模块。

以上所提到的上限位开关331、下限位开关332、第一电机340、第三电机411、水平传感器413、激光发射器421和激光接收器422分别与控制器电性连接。

为了能够检测每组真空灭弧室200的分断，在真空断路器的每组真空灭弧室200外侧设置一套真空断路器触头分断检测装置。

真空断路器触头分断检测方法包括如下步骤：

步骤1：第一滑块350位置整定：

通过上限位开关331和下限位开关332调整第一滑块350的运动范围，使得真空断路器正常分断后，第一滑块350位于上限位开关331处时，激光发射器421发出的激光与动触头211的分断面相齐，并能够射向激光接收器422；第一滑块350位于下限位开关332处，激光发射器421发出的激光与静触头221的分断面相齐，并能够射向激光接收器422。

步骤2：起始状态：

在真空断路器正常工作时，第一滑块350位于下限位开关332处，第一电机340、第二电机501、第三电机411、激光发射器421和激光接收器422不工作。

步骤3：水平调整：

在真空断路器断开完成后，控制器根据水平传感器413的检测结果判断分断检测装置是否处于水平状态。

如果处于水平状态，则进行下一步骤；

如果不处于水平状态，控制器控制第二电机501正转或反转，调整第二滑块503在第二丝杠502上的位置，进而调整纵向滑台装置和分断检测装置的角度，使分断检测装置处于水平状态，随后进行下一步骤。

步骤4：静触头221分断面的检测：

控制器控制激光发射器421和第三电机411分别启动，激光发射器421发出激光射向激光接收器422，第三电机411在控制器的控制下，正反向交替转动，即：内圈420在第三电机411的带动下在左限位开关423和右限位开关424之间做不小于180度范围的正反转往复运动，判断静触头221分断面处激光导通情况。

步骤5：动触头211和静触头221分断面之间的检测：

控制器控制第一电机340正向转动，第一滑块350在第一丝杠320的旋转作用下向上运动，第三电机411做不小于180度范围的正反向交替转动，同时激光发射器421发出激光射向激光接收器422方向，判断激光接收器422激光信号接收情况。

步骤6：动触头211分断面的检测：

当第一滑块350运动到上限位开关331后，第一电机340停止工作，第三电机411继续做不小于180度范围的正反向交替转动，激光发射器421发出激光射向激光接收器422，判断动触头211分断面处激光导通情况。

步骤7：恢复起始状态：

当第一滑块350运动到上限位开关331并完成动触头211分断面的检测后，控制器控制第一电机340反转，同时第三电机、激光发射器421和激光接收器422411停止工作，第一滑块350返回下限位开关332后第一电机340停止工作，等待下一次真空断路器触头分断检测。

步骤8：结果判定：

a：如果第一滑块350在下限位开关332处激光接收器422没有出现检测不到激光信号的情况，而第一滑块350到达上限位开关331后激光接收器422出现没有检测到激光信号的情况，控制器判断是动触头211分断距离不足；

b：如果激光接收器422在上限位开关331和下限位开关332整个范围内均出现没有接收到激光信号的情况，则控制器判断是动触头211和静触头221发生烧结粘连，没有分断；

c：如果激光接收器422在上限位开关331和(或)下限位开关332处出现没有检测到激光信号的情况，在触头运动其它范围内没有出现检测不到激光信号的情况，则控制器判断是动触头211和(或)静触头221分断面发生烧损变形。

更好的，测力传感器受力检测：

在真空断路器断开过程中，传动装置受力，即：绝缘拉杆110拉动三角拐臂120，三角拐臂120带动动导电杆210向上运动，使动触头211和静触头221分离，在分离前、中和后的过程中，测力传感器130实时测量动导电杆210与三角拐臂120之间的力，并将信号传到控制器；

在真空断路器正常工作时，测力传感器130受力为压力，在从分离开始到分离结束过程中受力由压力转为拉力，正常分离结束后测力传感器130不受力，控制器根据测力传感器130的受力最大值和受力时间判断断路器动触头211和静触头221之间的分断情况；

如果控制器判断测力传感器130检测到的受力最大值大于正常分断最大值，和(或)分断结束后受力为拉力且持续不变，和(或)在分断过程时间上显示为受力持续时间大于正常分断时间，控制器判断是动触头211与静触头221发生烧结，没有断开。

更好的，系统报警：

若控制器判断动触头211和静触头221分断异常，控制器通过通信模块报警，显示故障位置和信息，通知工作人员进行检查。

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的范围，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，凡依本发明的要求范围所述的形状、构造、特征及精神所谓的均等变化与修饰，均应包括与本发明的权利要求范围内。