断路器储能弹簧弹性模量和运行状态的监测方法和系统与流程

本发明涉及断路器监测，尤其是一种断路器储能弹簧弹性模量的测量方法和系统、断路器储能弹簧运行状态的监测方法和系统。

背景技术：

1、高压断路器用以接通或断开高压电路中正常工作电流或短路故障电流，在电力系统中具有非常重要的作用。目前，很多断路器都采用弹簧储能操作机构，弹簧储能操作机构主要作用是将合闸或分闸弹簧进行拉伸，使之具有相应的势能。当进行合闸或分闸时，合闸或分闸电磁铁动作，合闸或分闸弹簧迅速地将断路器的动触头合上或分开，其主要目的是降低合闸或分闸的电弧存在时间，达到迅速灭弧的目的。由此可见，储能弹簧对于断路器的分/合闸而言，相当重要，确保储能弹簧的有效性在某种程度上就是确保断路器的有效性，因此，需要准确判断储能弹簧性能是否完好的方法，其中一种快速判断方法就是检测储能弹簧的弹性模量是否满足要求。

2、弹簧储能操作机构采用手动或电动操作。但是在实际应用中，弹簧储能微动开关及其电气回路支路多，故障频发，对弹簧储能各电气支路不熟悉，储能信号指示监测功能不足，致使判断失误，故障排查时间延长，故障排查效率低，另外由于储能弹簧机械磨损，弹性模量下降，储存能量变小，影响断路器正常合闸操作、供电。目前缺乏有效的监测手段对储能弹簧全寿命进行监测。

技术实现思路

1、本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种断路器储能弹簧弹性模量的测量方法和系统。以通过简便的方法，准确测算出储能弹簧的弹性模量。还提供了一种断路器储能弹簧全寿命运行状态的监测方法和系统。以实现对储能弹簧全寿命运行状态进行有效监控。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种断路器储能弹簧弹性模量的测量方法，其包括以下步骤：

4、a.在储能弹簧于自由状态到最大位移处之间运动的过程中，分别采集驱动所述储能弹簧的储能电机的电压u和电流i；并测量所述储能弹簧的位移量x；

5、b.基于所述采集的电压u和电流i、位移量x，以及储能电机的功率因素α，计算出储能弹簧的弹性模量k：

6、

7、通过上述方案，巧妙利用自然规律，可以方便、快捷地测算出弹簧的弹性模量。

8、进一步的，步骤a中，测量所述储能弹簧的位移量具体为：测量储能电机的旋转角度θ；所述储能弹簧的位移量x的计算方法为：

9、

10、式中，d为储能弹簧远离储能电机的一端到储能电机转轴外径的距离，r为储能电机转轴的半径。

11、通过角位移传感器间接监测储能弹簧位移，能迅速、有效地监测储能电机的堵转情况。

12、进一步的，步骤a中所采集的各值，对应于所述储能弹簧位于最大位移处时所采集的值。该状态点便于定位。

13、本发明提供了一种断路器储能弹簧全寿命运行状态的监测方法，其包括以下步骤：

14、a.在储能弹簧于自由状态到最大位移处之间运动的过程中，分别采集驱动所述储能弹簧的储能电机的电压u和电流i；并测量所述储能弹簧的位移量x；

15、b.基于所述采集的电压u和电流i、位移量x，以及储能电机的功率因素α，计算出储能弹簧的速度v和/或加速度a：

16、

17、

18、其中，

19、

20、本方法可以对弹簧的速度、加速度进行全寿命监测，可以全方位地反映出弹簧的状态，以实现对其运行状态的精准掌控。

21、进一步的，步骤a中，测量所述储能弹簧的位移量具体为：测量储能电机的旋转角度θ；所述储能弹簧的位移量x的计算方法为：

22、

23、式中，d为储能弹簧远离储能电机的一端到储能电机转轴外径的距离，r为储能电机转轴的半径。

24、进一步的，步骤b中，计算弹簧弹性模量k时所取的参数，对应于所述储能弹簧位于最大位移处时所采集的值。

25、本发明提供了一种断路器储能弹簧弹性模量的测量系统，其包括电流监控模块、电压测量模块、位移监测模块和主控模块，所述电流监控模块用于监测储能电机的电流i，所述电压测量模块用于测量储能电机的电压u，所述位移监测模块用于测量储能弹簧的位移量x，所述主控模块用于根据所述电流i、电压u、位移量xt以及储能电机的功率因素α，计算出储能弹簧的弹性模量k：

26、

27、进一步的，上述位移监测模块包括角位移传感器，所述角位移传感器用于测量储能电机的旋转角度θ；所述储能弹簧的位移量x的计算方法为：

28、

29、式中，d为储能弹簧远离储能电机的一端到储能电机转轴外径的距离，r为储能电机转轴的半径。

30、进一步的，所述电流监控模块、电压测量模块和位移监测模块所采集的各值，均对应于所述储能弹簧位于最大位移处时所采集的值。

31、进一步的，所述电流监控模块为非接触式电流感应器。

32、通过非侵入式电流传感器测量储能电机电流，不影响原有电气线路的运行状态。安装方便，无需断电，不易造成线路缠绕的情况。

33、进一步的，所述主控模块还包括无线通信模块，所述主控模块还用于将所计算出的弹性模量k，或者还包括所述电流监控模块、电压测量模块和位移监测模块所采集的数据，通过所述无线通信模块发送出去。

34、本发明提供了一种断路器储能弹簧全寿命运行状态的监测系统，其包括电流监控模块、电压测量模块、位移监测模块和主控模块，所述电流监控模块用于监测储能电机的电流i，所述电压测量模块用于测量储能电机的电压u，所述位移监测模块用于测量储能弹簧的位移量xt，所述主控模块用于根据所述电流i、电压u、位移量x以及储能电机的功率因素α，计算出储能弹簧的速度v和/或加速度a：

35、

36、

37、其中，

38、

39、进一步的，上述位移监测模块包括角位移传感器，所述角位移传感器用于测量储能电机的旋转角度θ；所述储能弹簧的位移量x的计算方法为：

40、

41、式中，d为储能弹簧远离储能电机的一端到储能电机转轴外径的距离，r为储能电机转轴的半径。

42、进一步的，电流监控模块为非接触式电流感应器。

43、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

44、1、通过储能电机电压、电流计算储能弹簧能量，巧妙地利用了自然规律，方便、快捷地测量出弹簧参数。

45、2、通过非侵入式电流传感器测量储能电机电流，在不影响原有电气线路的情况下，实现对断路器储能弹簧监测。

46、3、本发明可对弹簧的速度、加速度进行全寿命的监测，可全面反映出弹簧的运行状态。

47、4、本发明通过角位移传感器间接监测储能弹簧位移，能迅速、有效地监测电机堵转情况。

48、5、本发明通过对储能电机电流波形的监测，可以反映出齿轮传动机构的磨损情况。

技术特征：

1.一种断路器储能弹簧弹性模量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的断路器储能弹簧弹性模量的测量方法，其特征在于，所述步骤a中，测量所述储能弹簧的位移量具体为：测量储能电机的旋转角度θ；所述储能弹簧的位移量x的计算方法为：

3.一种断路器储能弹簧全寿命运行状态的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的断路器储能弹簧全寿命运行状态的监测方法，其特征在于，所述步骤a中，测量所述储能弹簧的位移量具体为：测量储能电机的旋转角度θ；所述储能弹簧的位移量x的计算方法为：

5.一种断路器储能弹簧弹性模量的测量系统，其特征在于，包括电流监控模块、电压测量模块、位移监测模块和主控模块，所述电流监控模块用于监测储能电机的电流i，所述电压测量模块用于测量储能电机的电压u，所述位移监测模块用于测量储能弹簧的位移量x，所述主控模块用于根据所述电流i、电压u、位移量xt以及储能电机的功率因素α，计算出储能弹簧的弹性模量k：

6.如权利要求5所述的断路器储能弹簧弹性模量的测量系统，其特征在于，所述位移监测模块包括角位移传感器，所述角位移传感器用于测量储能电机的旋转角度θ；所述储能弹簧的位移量x的计算方法为：

7.如权利要求5或6所述的断路器储能弹簧弹性模量的测量系统，其特征在于，所述电流监控模块为非接触式电流感应器。

8.如权利要求5或6所述的断路器储能弹簧弹性模量的测量系统，其特征在于，所述主控模块还包括无线通信模块，所述主控模块还用于将所计算出的弹性模量k，或者还包括所述电流监控模块、电压测量模块和位移监测模块所采集的数据，通过所述无线通信模块发送出去。

9.一种断路器储能弹簧全寿命运行状态的监测系统，其特征在于，包括电流监控模块、电压测量模块、位移监测模块和主控模块，所述电流监控模块用于监测储能电机的电流i，所述电压测量模块用于测量储能电机的电压u，所述位移监测模块用于测量储能弹簧的位移量xt，所述主控模块用于根据所述电流i、电压u、位移量x以及储能电机的功率因素α，计算出储能弹簧的速度v和/或加速度a：

10.如权利要求9所述的断路器储能弹簧全寿命运行状态的监测系统，其特征在于，所述位移监测模块包括角位移传感器，所述角位移传感器用于测量储能电机的旋转角度θ；所述储能弹簧的位移量x的计算方法为：

技术总结
本发明公开了一种断路器储能弹簧弹性模量和运行状态的监测方法和系统。弹性模量测算的方案为：采集储能电机的电压、电流，以及弹簧的位移量，根据计算出弹性模量。其中，弹簧的位移量根据储能电机的旋转角度计算得出。弹簧运行状态监控的方案为：基于对的两次求导，分别计算出弹簧的速度和加速度函数，已实现对弹簧运行状态的全寿命监控。本发明巧妙地利用了自然规律，方便、快捷地测量出弹簧参数。本发明可对弹簧的速度、加速度进行全寿命的监测，可全面反映出弹簧的运行状态。

技术研发人员：杨超,欧阳勇,郝长今,胡军,何金良,赵明鉥
受保护的技术使用者：成都清蓉深瞳科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1