一种高压断路器在线综合特性监测装置及方法
【专利摘要】本发明公开一种高压断路器在线综合特性监测装置及方法，梅花触头安装在导电杆上，温度传感器安装在梅花触头上，温度传感器输出端连接高压侧电路处理单元；电流感应线圈套设在导电杆外周，其输出端连接高压侧电路处理单元；高压侧电路处理单元经由光纤连接光电传感器，光电传感器的输出端连接第一前端信号放大器；弹簧固定座安装在绝缘拉杆上，弹簧体的一端安装在弹簧固定座上，另一端安装在力传感器上；力传感器安装在底座上，其输出连接第二前端信号放大器；第一和第二前端信号放大器的输出端均连接低压侧电路处理单元，低压侧电路处理单元的输出端连接主控单元。此种装置能够解决断路器在实际投入运行的条件下如何进行综合特性在线监测的问题。
【专利说明】
一种高压断路器在线综合特性监测装置及方法
技术领域
[0001]本发明属于高压断路器综合特性在线测量技术领域，特别涉及一种应用于1KV真空固封极柱断路器的综合特性在线监测装置及监测方法。
【背景技术】
[0002]高压断路器作为电力系统中最重要的设备之一，其可靠性直接影响电网运行的安全与稳定。以往大多采用离线例行检查，对断路器进行定期计划检修，这种计划性预防检修盲目性大、费用高，且影响电力生产。随着电力系统的电压等级和电网容量不断提高，人们提出了根据断路器的实际工作状态而确定检修与否的方法，称为状态检修法。实践证明，状态检修法能给电力部门带来巨大的效益，近几年取得了较快的发展。然而，由于使用环境恶劣及复杂的工作特点，断路器机械、电气及温度特性在线监测有较大的难度。因此，如何高效地实现对高压断路器的机械、电气特性的在线监测，已成为影响行业发展进步的瓶颈之一，是国内外科研及工程技术人员热切关注的技术课题，国内目前高压断路器机械特性检测主要还是离线进厂检测，这给供电系统运行带来了许多不便。
[0003]断路器综合特性的检测主要是检测其动触头的运动情况以及梅花触头的温度情况，由于断路器触头传动机构的工作空间小，结构比较紧凑，位移传感器安装困难，因此在实际情况中，断路器机械特性检测很难在运行中在线检测；由于断路器梅花触头工作在高压端，检出的温度信息无法直接传递到断路器的低压端，同时在高压端的电路供电也不能直接从低压端提供。近几年有一些相关的文章及专利发表，文章“真空断路器机械特性的在线监测方法”提出了一种采用角度传感器取代直线传感器的高压断路器机械特性在线检测方法，这种方法虽然能够减少传感器体积，但是较大幅度地降低了直线位移测量的灵敏度和分辨率。文章“基于模拟滑块的断路器机械特性在线检测”提出了一种用附加模拟滑块映射实际触头运动过程，将传感器安装在模拟滑块上间接测量位移的高压断路器机械特性在线检测方法，这种方法由于多附加了模拟滑块，实际体积并没有减少而是增加，此外由于测量过程增加了传递误差，测量质量实际是下降了。中国专利申请号为201310168584.9的“断路器机械特性的检测方法”提出了一种断路器机械特性在线检测的机械结构，虽然能解决断路器在线机械位移的检测，但没有给出传感器如何安装的方法，实际上并没有解决传感器安装困难的问题。中国专利申请号为201220744752.5的“真空断路器机械特性在线检测系统”，提出了一种真空断路器机械特性在线监测的信号处理实现方法，该方法只针对传感器以后电信号的处理，也没有解决如何在狭小空间测量触头位移的主要问题。中国专利申请号为201020687812.5的“真空断路器机械特性检测装置”提出了一种将传感器安装在连接套上的触头在线位移检测方法，该方法的问题是传感器并没有安装在直接反映触头位移的绝缘拉杆上而是安装在连接套上，因此存在传递测量误差，同时也没有完全解决传感器的安装空间问题。因此，实际情况是目前还没有能够解决如何在运行条件下有效测量断路器触头机械特性位移参数的困难。
【发明内容】
[0004]本发明的目的，在于提供一种高压断路器在线综合特性监测装置及方法，其利用合适的传感器和合适的安装方式，能够解决断路器在实际投入运行的条件下如何进行机械特性在线监测的问题。
[0005]为了达成上述目的，本发明的解决方案是:
[0006]一种高压断路器在线综合特性监测装置，包括梅花触头(1)、温度传感器(2)、导电杆(3)、电流感应线圈(4)、高压侧电路处理单元(5)、光纤(6)、光电传感器(7)、两个前端信号放大器(81、82)、弹簧固定座(9)、绝缘拉杆(10)、弹簧体(11)、力传感器(12)、底座(13)、低压侧电路处理单元(14)和主控单元(15);所述梅花触头(I)安装在导电杆(3)上，用于断路器的导电触点;所述温度传感器(2)安装在梅花触头(I)上，用于检测温度，其输出连接到高压侧电路处理单元(5);所述感应线圈(4)套装在导电杆(3)外侧，用于获得感应电压，感应电压的输出连接到高压侧电路处理单元(5);所述高压侧电路处理单元(5)接收温度传感器(2)信号和电流感应线圈(4)的感应电压，其输出以光信号的耦合形式连接到光纤(6);所述光纤(6)作为光传输通道，将高压侧电路处理单元(5)送出的光信号引向光电传感器(7);所述光电传感器(7)的输出连接到一个前端信号放大器(81);所述弹簧固定座(9)安装在绝缘拉杆(10)上，用于将绝缘拉杆(10)的位移状况传递给弹簧体(11);所述弹簧体(11)的一端安装在弹簧固定座上，另一端安装在力传感器(12)上用于将绝缘拉杆(10)的位移状况以力的形式传递给力传感器;所述力传感器(12)安装在底座(13)上，其输出连接到另一个前端放大器(82);所述两个前端信号放大器(81、82)的输出连接到低压侧电路处理单元(14)，低压侧电路处理单元(14)的输出连接到主控单元(15);所述高压侧电路处理单元(5)由整流滤波单元(51)、包络检出单元(52)、直流稳压电源(53)、信号处理控制单元(54)、光电载波调制单元(55)、发光管(56)组成，从电流感应线圈(4)送来的信号分为两路，一路接整流滤波单元(51)，另一路接包络检出单元(52),所述整流滤波单元(51)的输出送直流稳压电源(53)，产生直流电源作为高压侧电路处理单元(5)的供电电源，所述包络检出单元(52)将电流感应线圈(4)送来的信号进行包络处理后，输出接信号处理控制单元(54)，所述信号处理控制单元(54)接收由温度传感器(2)送来的信号和由包络检出单元送来的信号，输出连接到光电载波调制单元(55)，光电载波调制单元(55)将接收到的信号转换成载波信号，其输出连接到发光管(56)，发光管(56)将信号转换成光信号输出。
[0007]上述发光管(56)、光电传感器(7)的工作参数是相互对应，发光管(56)所发射的光线为可见光或红外线光，光电传感器(7)对应接收的光线为可见光或红外线光。
[0008]上述的主控单元(15)为具有远程数据传输能力，由信号电路、逻辑电路、显示电路、存储电路、程序控制电路组成的组合电路;所述远程数据传输能力为有线通信、无线通信、无线电话通信网、因特网这类远程传输信道提供的远程数据传输能力。
[0009]—种基于前述的高压断路器在线综合特性监测装置的监测方法:
[0010]I)高压侧信号向低压侧传输:在高压侧电路处理单元(5)内，信号处理控制单元
(54)将包络检出单元(52)获得的触头通断信号和温度传感器(2)获得的温度信号打包成数据帧格式，通过光电载波调制单元(55)和发光管(56)转换成光信号，光信号通过光纤(6)传递到低压侧，由低压侧的光电传感器(7)接收；[0011 ] 2)触头行程检测:通过检测绝缘拉杆(10)的机械位确定触头行程位移，绝缘拉杆
(10)移动过程中带动弹簧固定座(9)移动，进而将弹簧体(11)拉开而产生弹簧力，弹簧力由虎克定律F = kX确定，测出弹簧力F就能算出弹簧被拉开的距离X，从而得到绝缘拉杆移动的行程数据，进而得到触头行程数据，弹簧力由力传感器(12)测出；
[0012]3)触头通断时刻确定:当断路器梅花触头(I)接通时，电流感应线圈(4)感应出信号，该信号经包络检出单元(52)检出即可作为触头的接通时刻，当断路器梅花触头(I)开断时，电流感应线圈(4)感应信号消失，包络检出单元(52)的检出信号消失，信号消失时刻即可作为触头的开断时刻。
[0013]监测到的实时数据在主控单元(15)根据要求在本地存储、显示;或通过远程数据传输信道远程传输。
[0014]采用上述方案后，本发明采用弹簧体作为位移传感器，根据虎克定律F= kX，弹簧体的位移与所受的力成正比，因此测出弹簧力F就可以计算得到弹簧体被拉开的距离X，将弹簧体合理地安装在高压断路器的绝缘拉杆上，即可测量出断路器触头的机械位移。由于弹簧体结构简单，弹簧力测量方便，与目前断路器机械特性检测方案中采用的直线传感器、角度传感器相比，本发明体积小的优势十分明显，可以很方便地安装在断路器极柱内，能从根本上解决断路器触点位移检测传感器的安装问题。由于本发明采用弹簧体作为传感器，而弹簧体本身可以看成是一个积分系统，因此可滤除高频噪声，提高监测精度。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的整体架构图；
[0016]图2是本发明中高压侧电路处理单元的电路框图。
【具体实施方式】
[0017]以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0018]如图1所示，本发明提供一种高压断路器在线综合特性监测装置，可安装在断路器极柱内，包括梅花触头1、温度传感器2、导电杆3、电流感应线圈4、高压侧电路处理单元5、光纤6、光电传感器7、第一前端信号放大器81、第二前端信号放大器82、弹簧固定座9、绝缘拉杆10、弹簧体11、力传感器12、底座13、低压侧电路处理单元14和主控单元15，下面分别介绍。
[0019]所述梅花触头I安装在导电杆3上，作为高压断路器的导电触点;温度传感器2则安装在梅花触头I上，用于检测温度，所述温度传感器2的输出端连接高压侧电路处理单元5;电流感应线圈4套设在导电杆3的外周，用于获得感应电压，且电流感应线圈4的输出端连接高压侧电路处理单元5;所述高压侧电路处理单元5接收温度传感器2的温度信号和电流感应线圈4的感应电压，其输出以光信号的耦合形式连接到光纤6;所述光纤6作为光传输通道，将高压侧电路处理单元5送出的光信号引导到光电传感器7;而光电传感器7的输出端连接第一前端信号放大器81。
[0020]另一方面，弹簧固定座9安装在绝缘拉杆10上，而弹簧体11的一端安装在弹簧固定座9上，弹簧体11的另一端安装在力传感器12上，弹簧固定座9用于将绝缘拉杆10的位移状况传递给弹簧体11，而弹簧体11再将绝缘拉杆10的位移状况以力的形式传递给力传感器12;所述力传感器12安装在底座13上，其输出连接到第二前端信号放大器82。
[0021]第一前端信号放大器81和第二前端信号放大器82的输出端均连接低压侧电路处理单元14，低压侧电路处理单元14的输出端连接主控单元15。
[0022]再请配合图2所示，高压侧电路处理单元5包括整流滤波单元51、包络检出单元52、直流稳压单元53、信号处理控制单元54、光电载波调制单元55和发光管56，其中，电流感应线圈4输出的信号在送入高压侧电路处理单元5后分为两路，一路送到整流滤波单元51，而整流滤波单元51的输出端连接直流稳压单元53，产生的直流电源作为高压侧电路处理单元5的供电电源；另一路则送到包络检出单元52，所述包络检出单元52将电流感应线圈4输出的信号包络检出，作为断路器通断电流时刻的判断信息送往信号处理控制单元54;而温度传感器2输出的温度进入高压侧电路处理单元5的信号处理控制单元54，信号处理控制单元54对包络检出单元52输出的信号和温度传感器2输出的信号进行处理后，送至光电载波调制单元55，由光电载波调制单元55进行调制后转换成载波信号，并输出到发光管56，所述发光管56将信号转换成光信号，输出至光纤6。
[0023]本发明的工作原理是:为了检测绝缘拉杆10的位移，将弹簧固定座9安装在绝缘拉杆10上，弹簧体11的一端安装在弹簧固定座9上，另一端安装在力传感器12上，力传感器12安装在底座13上，绝缘拉杆10的移动带动弹簧固定座9移动，进而拉动弹簧体11，弹簧体11被拉开产生了弹簧力，其值遵守虎克定理F = kX，测出弹簧力就可推算出绝缘拉杆10的位移值，力传感器12测出弹簧力，将弹簧力变为电量输出、送往第二前端信号放大器82，第二前端信号放大器82的输出送往低压侧电路处理单元14。
[0024]通过温度传感器2检测梅花触头I的温度，通过监测电流感应线圈4是否有信号输出确定梅花触头通断时刻点，当梅花触头I接通高压电源时，电流感应线圈4感应出信号，该信号经包络检出单元52检出即可作为梅花触头的接通时刻，当断路器梅花触头I开断时，电流感应线圈4感应信号消失，包络检出单元52的检出信号消失，信号消失时刻即可作为梅花触头的开断时刻;在高压侧电路处理单元5内，信号处理控制单元54将包络检出单元52获得的触头通断信号和温度传感器2获得的温度信号打包成数据帧格式，通过光电载波调制单元55和发光管56转换成光信号，光信号通过光纤6传递到低压侧，由低压侧的光电传感器7接收，再由第一前端信号放大器81处理后，送至低压侧电路处理单元14;
[0025]低压侧电路处理单元14将高压侧电路处理单元5经光纤6、光电传感器7、第一前端信号放大器81送来的信号与力传感器12经第二前端信号放大器82送来的信号进行处理，处理结果送往主控单元15;
[0026]主控单元15为具有远程数据传输能力，由信号电路、逻辑电路、显示电路、存储电路、程序控制电路组成的组合电路;所述远程数据传输能力可为有线通信、无线通信、无线电话通信网、因特网这类远程传输信道提供的远程数据传输能力。主控单元15在接收到由低压侧电路处理单元14送来的高压断路器机械特性数据和温度数据后，根据需要，可直接对数据进行处理，将处理结果进行显示、存储；也可将数据通过远程传输信道进行远程传输。
[0027]所述发光管56、光电传感器7的工作参数是相互对应，发光管56所发射的光线为可见光或红外线光，光电传感器7对应接收的光线为可见光或红外线光。
[0028]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【主权项】
1.一种高压断路器在线综合特性监测装置，其特征在于:包括梅花触头(I)、温度传感器(2)、导电杆(3)、电流感应线圈(4)、高压侧电路处理单元(5)、光纤(6)、光电传感器(7)、两个前端信号放大器(81、82)、弹簧固定座(9)、绝缘拉杆(10)、弹簧体(11)、力传感器(12)、底座(13)、低压侧电路处理单元(14)和主控单元(15);所述梅花触头(I)安装在导电杆(3)上，用于断路器的导电触点；所述温度传感器(2)安装在梅花触头(I)上，用于检测温度，其输出连接到高压侧电路处理单元(5);所述感应线圈(4)套装在导电杆(3)外侧，用于获得感应电压，感应电压的输出连接到高压侧电路处理单元(5);所述高压侧电路处理单元(5)接收温度传感器(2)信号和电流感应线圈(4)的感应电压，其输出以光信号的耦合形式连接到光纤(6);所述光纤(6)作为光传输通道，将高压侧电路处理单元(5)送出的光信号引向光电传感器(7);所述光电传感器(7)的输出连接到一个前端信号放大器(81);所述弹簧固定座(9)安装在绝缘拉杆(10)上，用于将绝缘拉杆(10)的位移状况传递给弹簧体(11);所述弹簧体(11)的一端安装在弹簧固定座上，另一端安装在力传感器(12)上用于将绝缘拉杆(10)的位移状况以力的形式传递给力传感器;所述力传感器(12)安装在底座(13)上，其输出连接到另一个前端放大器(82);所述两个前端信号放大器(81、82)的输出连接到低压侧电路处理单元(14)，低压侧电路处理单元(14)的输出连接到主控单元(15);所述高压侧电路处理单元(5)由整流滤波单元(51)、包络检出单元(52)、直流稳压电源(53)、信号处理控制单元(54)、光电载波调制单元(55)、发光管(56)组成，从电流感应线圈(4)送来的信号分为两路，一路接整流滤波单元(51)，另一路接包络检出单元(52)，所述整流滤波单元(51)的输出送直流稳压电源(53)，产生直流电源作为高压侧电路处理单元(5)的供电电源，所述包络检出单元(52)将电流感应线圈(4)送来的信号进行包络处理后，输出接信号处理控制单元(54)，所述信号处理控制单元(54)接收由温度传感器(2)送来的信号和由包络检出单元送来的信号，输出连接到光电载波调制单元(55)，光电载波调制单元(55)将接收到的信号转换成载波信号，其输出连接到发光管(56)，发光管(56)将信号转换成光信号输出。2.如权利要求1所述的一种高压断路器在线综合特性监测装置，其特征在于:所述发光管(56)、光电传感器(7)的工作参数是相互对应，发光管(56)所发射的光线为可见光或红外线光，光电传感器(7)对应接收的光线为可见光或红外线光。3.如权利要求1所述的一种高压断路器在线综合特性监测装置，其特征在于:所述的主控单元(15)为具有远程数据传输能力，由信号电路、逻辑电路、显示电路、存储电路、程序控制电路组成的组合电路;所述远程数据传输能力为有线通信、无线通信、无线电话通信网、因特网这类远程传输信道提供的远程数据传输能力。4.一种基于权利要求1或2或3所述的高压断路器在线综合特性监测装置的监测方法，其特征在于: 1)高压侧信号向低压侧传输:在高压侧电路处理单元(5)内，信号处理控制单元(54)将包络检出单元(52)获得的触头通断信号和温度传感器(2)获得的温度信号打包成数据帧格式，通过光电载波调制单元(55)和发光管(56)转换成光信号，光信号通过光纤(6)传递到低压侧，由低压侧的光电传感器(7)接收； 2)触头行程检测:通过检测绝缘拉杆(10)的机械位确定触头行程位移，绝缘拉杆(10)移动过程中带动弹簧固定座(9)移动，进而将弹簧体(11)拉开而产生弹簧力，弹簧力由虎克定律F = kX确定，测出弹簧力F就能算出弹簧被拉开的距离X，从而得到绝缘拉杆移动的行程数据，进而得到触头行程数据，弹簧力由力传感器(12)测出； 3)触头通断时刻确定:当断路器梅花触头(I)接通时，电流感应线圈(4)感应出信号，该信号经包络检出单元(52)检出即可作为触头的接通时刻，当断路器梅花触头(I)开断时，电流感应线圈(4)感应信号消失，包络检出单元(52)的检出信号消失，信号消失时刻即可作为触头的开断时刻。5.如权利要求4所述的一种高压断路器在线综合特性监测方法，其特征在于:监测到的实时数据在主控单元(15)根据要求在本地存储、显示;或通过远程数据传输信道远程传输。
【文档编号】G01M13/00GK105974307SQ201610622212
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年8月1日
【发明人】沈汉鑫, 陈文芗
【申请人】厦门理工学院