CN105489411B - 一种断路器用智能型操动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种断路器用智能型操动机构，具有合闸半轴、分闸半轴、储能弹簧轴、合闸挚子及分闸挚子；设将该合闸半轴、分闸半轴、储能弹簧轴称为三组传动轴，该三组传动轴中的至少一组上设有压力传感器。本发明实现对断路器操动机构本体直接进行监测，功能新颖、结构巧妙，具有实时监测操动机构工作状态，对降低操动机构故障率，保障电力系统的稳定和安全运行具有重要的意义。

Description

一种断路器用智能型操动机构

技术领域

本发明属于断路器技术领域，具体涉及一种断路器用智能型操动机构。

背景技术

断路器作为电力系统中重要的保护和控制设备，它不仅能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，而且能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流。在电力系统运行过程中，要求断路器能快速地切断发生故障的线路或电气设备，在这个过程中若断路器发生故障，不能及时可靠地切断故障，将会对系统造成极大的影响，导致事故的发生。国际大电网会议组织的国际调查表明，在断路器的故障中，机械故障占全体故障的80%以上，而断路器机械部分主要是操动机构。操动机构故障呈现多种后果，主要有拒合、拒分、分合闸速度变小、闭锁失灵等。其中，操动机构拒分会使线路故障影响面扩大，造成母线故障或主变故障，给系统造成大的危害，是性质最为严重的事故。分合闸速度达不到要求，会导致断路器在切断和闭合负荷电流或故障电流时不能有效熄灭电弧，造成操作过电压或使断路器发生爆炸事故，其后果也相当严重。

因此，对断路器的操动机构进行在线监测，提前发现潜在故障，降低操动机构故障率，对于保障电力系统的稳定和安全运行有着重要的作用。近年来，国内外对断路器状态监测做了大量研究，主要有以下几个方面：1）行程-时间特性曲线；2）机械振动信号；3）合、分闸线圈电流、电压检测；4）电阻测量；5）SF6压力检测；7）绝缘检测；8）专家系统。所述各种监测方式各有优劣，但其均不是针对断路器操动机构本体直接进行监测；于此本发明创新地从断路器操动机构本体角度出发，发明一种断路器用智能型操动机构，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种断路器用智能型操动机构，直接监测断路器操动机构内部零部件受力状况，实时监测操动机构工作状态，具有功能新颖、结构紧凑、通用性强等特点。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种断路器用智能型操动机构，具有合闸半轴、分闸半轴、储能弹簧轴、合闸挚子及分闸挚子；设将该合闸半轴、分闸半轴、储能弹簧轴称为三组传动轴，该三组传动轴中的至少一组上设有压力传感器。

所述传动轴上设有内嵌槽，所述压力传感器采用内嵌方式设于内嵌槽内。

所述合闸半轴和/或者分闸半轴上设有分别供合闸挚子、分闸挚子扣接的斜槽口，所述内嵌槽与斜槽口相距10mm。

所述内嵌槽绕传动轴的径向布置，该内嵌槽具有供压力传感器紧凑设置的槽底平面。

所述槽底平面的两端宽度不同，其中宽度较大的一端作为引出压力传感器的电缆芯线的引出端。

所述槽底平面处涂覆有起绝缘和抗震作用的绝缘胶层。

所述三组传动轴中的至少一组采用合金材料轴。

所述合金材料轴采用40CrNiMoA材料。

所述压力传感器为金属压阻应变片力传感器。

所述操动机构还设有拐臂，与该拐臂相连的断路器主轴上设置非接触式角度传感器。

采用上述方案后，本发明相对于现有技术的有益效果在于：

一、本发明创造性地将压力传感器内嵌于操动机构的特定内部零件上，提供一种直接监测断路器操动机构内部零部件工作状态的新方法，大大提高断路器在线监测精度；

二、操动机构内部各零部件的受力变化状况直接反应着操动机构工作状态，进一步设计特殊的结构，将压力传感器内嵌于断路器操动机构的特定内部零件，实现真正意义上的断路器操动机构智能化；

三、操动机构内部零件受力状况包含丰富的信息，特别是合、分闸过程中合、分闸半轴的受力情况直接反应着操动机构的运行状况，本发明能够实现对这些信息的采集，并具有很好的稳定性。

综上，本发明实现对断路器操动机构本体直接进行监测，功能新颖、结构巧妙，具有实时监测操动机构工作状态，对降低操动机构故障率，保障电力系统的稳定和安全运行具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明的断路器用智能型操动机构主视图；

图2为本发明的断路器用智能型操动机构侧视图；

图3为本发明的断路器用智能型操动机构内部传动链示意图；

图4-1为本发明的储能弹簧轴结构图；

图4-2为本发明的储能弹簧轴的受力示意图；

图5-1为本发明的合闸半轴结构图；

图5-2为本发明的合闸半轴的受力示意图；

图6-1为本发明的分闸半轴结构图；

图6-2为本发明的分闸半轴的受力示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本案作进一步详细的说明。

本发明涉及一种断路器用智能型操动机构，如图1至图3所示，有包括储能电机组件1、行程开关组件2、手动储能组件3、储能凸轮组件4、储能弹簧5、储能指示组件6、传动连杆组件7、合闸脱扣器8、分闸脱扣器9、过流脱扣器10、合分闸指示组件11、合闸按钮12、分闸按钮13、辅助开关14、储能弹簧轴15。

所述手动储能组件3较佳地由一对锥齿轮31、32组成，其具有安装简便、承载力高、传动功率大、使用寿命长的特点。所述储能凸轮组件4包括储能凸轮轴41、合闸凸轮42、大齿轮43、逆止轮44、定位套45、拐臂46等。所述传动连杆组件7包括合闸半轴71、分闸半轴72、合闸挚子73、分闸挚子74、输出轴75等。

断路器操动机构工作原理基本大同小异，可参考相关资料，在这里不再详细介绍，以下只针对本发明的断路器智能型操动机构如何实现“智能化”进行详细说明。

设将所述合闸半轴71、分闸半轴72、储能弹簧轴15称为三组传动轴，该三组传动轴中的至少一组上设有压力传感器。给出地较佳实施例中，如图4-1至6-2所示，三组传动轴（即合闸半轴71、分闸半轴72、储能弹簧轴15）上均设有压力传感器（分别为711、721、151）。

所述设有压力传感器的传动轴上设有内嵌槽，具体实施例中合闸半轴71、分闸半轴72、储能弹簧轴15上分别设有内嵌槽712、722、152，所述压力传感器711、721、151采用内嵌方式分别设于内嵌槽712、722、152内。

进一步，合闸半轴71、分闸半轴72上设有分别供合闸挚子73、分闸挚子74扣接的斜槽口713、723，所述内嵌槽712与斜槽口713、内嵌槽722与斜槽口723的距离均约为10mm。举合闸半轴71为例，由于考虑到内嵌压力传感器位置、传感器采集信号精确度与稳定性，合闸半轴71上的斜槽口713处边缘为合闸挚子73扣接处，此处力值（变化）最能反映操动机构工况，但此处冲击大、摩擦大，压力传感器不宜设置在此处，经综合验证优化后，将压力传感器内嵌于距离斜槽口713的约10mm处的内嵌槽712（具体如图5-1、5-2所示），这样，既能满足传感器采集信号精确度与稳定性要求，又不影响合闸半轴本身的机械特性。

优选地，所述传动轴上的内嵌槽712、722、152绕各自传动轴的径向布置，其具有供各自压力传感器711、721、151紧凑设置的槽底平面；具体而言，该内嵌槽712、722、152的表面由槽底平面和起过渡承接的圆弧面组成。所述槽底平面的两端宽度不同，在槽底平面宽度较大的一端作为引出端，以引出各自压力传感器的电缆芯线和包裹的屏蔽裸线，参见图4-2、5-2及6-2，引出位置为引出端的对应宽度扩增的一侧处。所述电缆芯线设有4根，分别为2根励磁线和2根信号线。所述过渡平面处较佳地涂覆有一层白色绝缘胶层，起到起绝缘和抗震作用。

优选地，所述压力传感器为金属压阻应变片力传感器。由于断路器动作过程时间短、力值突变大，金属压阻应变片力传感器的高精度特性可满足此要求。断路器操动机构在动作过程中，特别是合闸半轴71、分闸半轴72、储能弹簧轴15受力集中的零件处会产生很大的冲击振动，采用金属压阻应变片力传感器具有抗振动冲击能力强特点。而且采用金属压阻应变片力传感器还具有内嵌于传动轴后对各轴强度、功能的影响小的优点。

优选地，所述传动轴（合闸半轴71、分闸半轴72、储能弹簧轴15）采用合金材料轴，该合金材料轴具体采用40CrNiMoA材料。由于断路器操动机构合闸半轴动作频繁，每次动作都会受很大的冲击力、摩擦力，而40CrNiMoA材料经调制处理后，不仅具有良好的加工性、加工变形小，而且具有高强度、高韧性、耐磨等特性。

本发明智能型操动机构储能时（手动或电动），储能轴16转动，通过小齿轮17带动大齿轮43转动，同时，凸轮轴41、合闸凸轮42、逆止轮44、拐臂46也同时转动，此时储能弹簧5被拉伸，合闸弹簧轴15受到储能弹簧5的拉力，如图4-2所示，其上的应变片电阻发生改变，并通过电桥转换成力信号输出至采集系统。储能完毕后，合闸挚子73扣住合闸半轴71，使合闸半轴71受到压力，如图5-2所示，合闸半轴71上的应变片电阻发生改变，并通过电桥转换成力信号输出至采集系统。合闸时，合闸半轴71脱扣，此时合闸半轴71受到合闸挚子73的压力变为零，同时分闸挚子74扣住分闸半轴72，使分闸半轴72受到压力，如图6-2所示，分闸半轴72上的应变片电阻发生改变，并通过电桥转换成力信号输出至采集系统。分闸时，分闸半轴72脱扣，分闸半轴72受到分闸挚子74的压力变为零。

断路器操动机构合闸半轴71、分闸半轴72的受力状况、储能弹簧5力的变化均包含丰富的信息，如当监测到合闸半轴71受力变大，可判断操动机构有合不上闸的风险，提醒维修人员及时有效的维修，避免事故的发生；当监测到储能弹簧5力变小，可判断储能弹簧5出现了疲劳衰减，应当及时更换储能弹簧，保证断路器的正常运行。

长期以来，为了实现对断路器操动机构故障诊断，国内外进行了大量研究，但用于故障诊断的信号主要是：触头行程曲线、合分闸线圈电流、振动信号等，但还未对断路器操动机构合闸半轴、分闸半轴的受力（变化）情况进行监测。实际上，断路器操动机构合闸半轴、分闸半轴的受力状况、储能弹簧力的变化包含丰富的信息，断路器操动机构是否正常动作、故障原因等均能反应在合闸半轴、分闸半轴、储能弹簧轴力值变化上，如果能够采集到这些信息并加以分析，对于实现断路器操动机构故障诊断、保证断路器的正常运行具有十分重要的意义。于此，本发明提出智能型操动机构，采用金属压阻应变片力传感器内嵌融合于40CrNiMoA合金材料的合闸半轴、分闸半轴、储能弹簧轴上，能够实时监测合闸半轴、分闸半轴、储能弹簧轴受力状况，而合闸半轴、分闸半轴、储能弹簧轴受力状况是最能直接反映断路器操动机构的状态。

优选地，与拐臂46相连的断路器主轴上还设置有非接触式角度传感器，由此来监测操动机构输出角度-时间的关系。

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。

Claims (7)

1.一种断路器用智能型操动机构，具有合闸半轴、分闸半轴、储能弹簧轴、合闸挚子及分闸挚子；其特征在于：设将该合闸半轴、分闸半轴、储能弹簧轴称为三组传动轴，该三组传动轴中的至少一组上设有压力传感器；所述传动轴上设有内嵌槽，所述压力传感器采用内嵌方式设于内嵌槽内；该内嵌槽绕传动轴的径向布置，该内嵌槽具有供压力传感器紧凑设置的槽底平面；所述压力传感器为金属压阻应变片力传感器；且所述压力传感器设置于传动轴的受力点和其中一个支撑点之间。

2.如权利要求1所述的一种断路器用智能型操动机构，其特征在于：所述合闸半轴和/或者分闸半轴上设有分别供合闸挚子、分闸挚子扣接的斜槽口，所述内嵌槽与斜槽口相距10mm。

3.如权利要求1所述的一种断路器用智能型操动机构，其特征在于：所述槽底平面的两端宽度不同，其中宽度较大的一端作为引出压力传感器的电缆芯线的引出端。

4.如权利要求1所述的一种断路器用智能型操动机构，其特征在于：所述槽底平面处涂覆有起绝缘和抗震作用的绝缘胶层。

5.如权利要求1所述的一种断路器用智能型操动机构，其特征在于：所述三组传动轴中的至少一组采用合金材料轴。

6.如权利要求5所述的一种断路器用智能型操动机构，其特征在于：所述合金材料轴采用40CrNiMoA材料。

7.如权利要求1所述的一种断路器用智能型操动机构，其特征在于：所述操动机构还设有拐臂，与该拐臂相连的断路器主轴上设置非接触式角度传感器。