CN107830962A - 一种通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置和方法，该装置包括复合传感器，复合传感器包括压力传感器和红外线测温仪，红外线测温仪的发射头通过红外线发射孔正对隔离开关的触指；压力传感器安装于触指弹簧和弹簧座之间，触指弹簧的一端压于压力传感器上，触指弹簧的另一端通过弹簧衬套与隔离开关的触指相连，弹簧座通过连板与隔离开关的传动架相连。本发明还包括使用通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置对隔离开关的温度和夹紧力进行监测的方法。使用本发明，能够实时采集和显示合闸到位时触头触指间的夹紧力大小和长期通流状态下触指处的温度。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置和方法。
背景技术
近年来国家对电力行业加大投入，从±110kV到±1100kV的电站已在全国范围内大量投运，中国的电力网在世界已处于领先水平，保质，保量，可靠，安全，更效率的运行成为当前电力行业的首要要求。高压隔离开关作为输变电系统的一个重要元件，是电网中使用量最大的一次设备，在运行中实时监测开关本体触头夹紧力大小、触头触指接触处温度监测，对于提高电网操作效率，减少人员巡查工作量，提高操作准确度有着重要作用。
现有技术中夹紧力的测量只是在隔离开关出厂检验时由厂家自行检测，或是在安装过程中施工方进行检测，此时的开关处于状态和性能最优的时候，不能反应长期运行中的状态。同时开关因长期裸露在空气中，触头触指磨损氧化或是夹紧力不够都将导致接触位置温升过高，烧毁触指，影响电力系统的安全运行。
目前还没有完善的技术对运行中的夹紧力进行检测，对开关温度的检测也是通过智能机器人或是工作人员使用红外线测温仪进行逐个巡检，由于受到巡检周期的限制，不能及时准确的发现故障，容易出现误测、漏测等情况，大大降低了电网的操作效率，无法满足电力系统安全、稳定、经济的发展要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能实时监测触指夹紧力和温度的通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置和方法。
一种通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置，包括复合传感器，复合传感器包括压力传感器和红外线测温仪，压力传感器和红外线测温仪分别设于安装架两端；压力传感器下端嵌入安装架的左端架体内，压力传感器上端伸出安装架的左端架体上表面；或者，压力传感器直接固定于安装架左端架体上表面；红外线测温仪设于安装架的右端架体内，安装架的右端架体上表面开有红外线发射孔，红外线测温仪的发射头正对红外线发射孔，红外线测温仪的发射头通过红外线发射孔正对隔离开关的触指；复合传感器的安装架固定于弹簧座上，压力传感器安装于触指弹簧和弹簧座之间，触指弹簧的一端压于压力传感器上，触指弹簧内设有弹簧衬套，触指弹簧的另一端通过弹簧衬套与隔离开关的触指相连，弹簧座通过连板与隔离开关的传动架相连。
进一步，复合传感器还包括单片机、无线发射器和电源，压力传感器和红外线测温仪均与单片机连接，单片机内置AD转换器，单片机与无线发射器相连，压力传感器、红外线测温仪、单片机和无线发射器均与电源相连。压力传感器采集的压力信号和红外线测温仪采集的温度信号，经单片机进行模数转换后通过无线发射器进一步传送至采集器。单片机可对压力传感器和红外线测温仪的参数进行配置，也可对信号进行模数转化。该单片机是现有成熟技术，如可选用STM8L105系列的单片机，运行速度快。
进一步，压力传感器为触发型压力传感器。所述安装架的左端为扁平端，安装架的右端为凸起端，压力传感器设于扁平端，红外线测温仪设于凸起端。安装架的扁平结构易于安装在弹簧座内，并且在不改变触指弹簧的情况下，对触指产生相同的作用力。安装架的凸起端是元器件的集合区，单片机、电源和无线发射器亦设于安装架的凸起端。
进一步，所述电源包括充电线包和电池，电池可选用瑞士RENATA CR2450HT 125度高温纽扣电池。充电线包取电电压高于纽扣电池，以利于实现充电线包取电优先；在充电线包无法取电时，使用电池能量。采用充电线包补充电能，以利于确保在刀闸合上有大电流通过时，不消耗电池电能。
进一步，安装架的右端架体上表面的红外线发射孔处装有自洁净玻璃。在长期运行时，该处容易积灰，使用自洁净玻璃有利于降低灰尘和污浊液体附着在玻璃表面。复合传感器的安装架通过螺栓固定于弹簧座上。复合传感器的安装架采用绝缘材料注塑而成。
进一步，还包括至少一个采集器，每个采集器与至少一个复合传感器无线连接，采集器通过有线或无线方式与监控显示器相连。监控显示器可为终端计算机，用于显示复合传感器采集到的数据信息。监控显示器还与报警装置（如蜂鸣器等）相连。当复合传感器采集的压力值和温度值超过终端计算机内预存的压力值和温度值时，通过报警装置实现报警。
红外线测温仪还可用其它类似测温装置替代。
复合传感器的安装架上表面和下表面电位相等，也就是说，传感器安装位置为等电位环境，以利于避免弹簧座或是触指与复合传感器间存在电位差，保证复合传感器内部不出现放电、击穿。
进一步，复合传感器的安装架外周还可环绕有金属，以利于屏蔽电磁场，保证复合传感器内部线路可靠安全运行。
进一步，采集器可通过螺栓固定在隔离开关的操动机构的安装板（图中未示出）上，采集器上设有无线发射/接收器，复合传感器通过安装架内的无线发射器、采集器上的无线发射/接收器与采集器相连。监控显示器上亦可设有无线发射/接收器，采集器通过采集器上的无线发射/接收器、监控显示器上的无线发射/接收器与监控显示器相连；采集器还可直接通过RS232/485信号线与监控显示器相连。
采集器、单片机、无需发射器、无线发射/接收器、监控显示器均为现有成熟设备。
进一步，隔离开关的触指设有定位槽。所述弹簧衬套的两端均呈圆柱形，两端之间设有均压面。弹簧衬套的一端的外径与触指弹簧的内径相适配，弹簧衬套的一端紧贴触指弹簧内表面；弹簧衬套的另一端嵌入隔离开关触指的定位槽中，用以限制弹簧衬套的移动。触指与触指弹簧间由弹簧衬套过渡，起导向和防止弹簧变形错位。
使用如前所述通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置对隔离开关的温度和夹紧力进行监测的方法，包括如下步骤：
通过红外线测温仪采集隔离开关的触指上的温度，红外线测温仪采集到的触指温度经单片机模数变换后经无线发射器发送至采集器，最后传至监控显示器。若温度高于监控显示器内预设温度值，则通过报警装置报警。复合传感器中的压力传感器用于检测触指弹簧的压力。隔离开关合闸时，传动架沿着触指向上运动，传动架上移通过连板带动弹簧座垂直于触指运动，使两边触指往合方向夹紧隔离开关的静触杆，单片触指给予静触杆压力，由于力是相互的，静触杆也给单片触指力的作用，单片触指给触指弹簧靠近触指的一端产生作用力，触指弹簧受压，触指弹簧另一端产生回复力作用在压力传感器上，触指弹簧产生的回复力等于单片触指给予静触杆的压力；隔离开关合闸到位时，触指弹簧压缩量最大，压力传感器受力稳定后被触发，并将测得的压力值（即隔离开关合闸时触头触指间的夹紧力）大小发送至单片机，经无线发射器、采集器后传至监控显示器。
通过复合传感器的压力传感器传送回监控显示器的压力值与监控显示器内的预存的压力值比较，若测得的压力值与预存压力值相差在3%以内，或是测得的压力值大于预存压力值，判定隔离开关触头触指间的夹紧力足够，开关合闸到位。若经红外线测温仪传送回监控显示器的触指温度超过监控显示器内预存的温度值，则判定触指处温度过高，可能存在触指表面氧化等故障。当隔离开关触头触指间的夹紧力不足或触指温度过高时，通过监控显示器提示工作人员对相应隔离开关进行检修，以利于实现无人巡检，加强电网各设备顺控的可靠性。
使用本发明，能够实时采集和显示合闸到位时触头触指间的夹紧力大小和长期通流状态下触指处的温度。本发明所述装置可持续工作三年以上，无需更换电池，安装、拆卸方便，通过无线传输完成对变电站所有隔离开关的实时监测；能实时采集夹紧力和温度大小，判断隔离开关是否接触不良，触指表面是否氧化等导致温度升高的故障。
附图说明
图1为隔离开关用温度和夹紧力实时监测装置的整体示意图；
图2为隔离开关用温度和夹紧力实时监测装置的复合传感器、弹簧座、弹簧的组装结构示意图（图2中隔离开关所绘型号为GW16型）；
图3为弹簧衬套的侧视图；
图4为复合传感器的外部结构示意图；
图5为复合传感器的内部结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1-图5，一种通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置，包括复合传感器6，复合传感器6包括压力传感器2和红外线测温仪3，压力传感器2和红外线测温仪3分别设于安装架17两端，压力传感器2下端嵌入安装架17左端架体内，压力传感器2上端伸出安装架17左端架体上表面（或者，压力传感器2直接固定于安装架17左端架体上表面），红外线测温仪3设于安装架17右端架体内，安装架17右端架体上表面开有红外线发射孔12，红外线测温仪3的发射头正对红外线发射孔12，红外线测温仪3的发射头通过红外线发射孔12正对隔离开关的触指11；复合传感器6的安装架17固定于弹簧座7上，压力传感器2安装于触指弹簧8和弹簧座7之间，触指弹簧8的一端压于压力传感器2上，触指弹簧8内设有弹簧衬套10，弹簧衬套10的外径与触指弹簧8的内径相适配，触指弹簧8的另一端通过弹簧衬套10与隔离开关的触指11相连，弹簧座7通过连板13与隔离开关的传动架14相连。
复合传感器6还包括单片机4、无线发射器5和电源1，压力传感器2和红外线测温仪3均与单片机4连接，单片机4内置AD转换器，单片机4与无线发射器5相连，压力传感器2、红外线测温仪3、单片机4和无线发射器5均与电源1相连。压力传感器2采集的压力信号和红外线测温仪3采集的温度信号，经单片机4进行模数转换后通过无线发射器5进一步传送至采集器15。单片机4可对压力传感器2和红外线测温仪3的参数进行配置，也可对信号进行模数转化。该单片机4是现有成熟技术，如可选用STM8L105系列的单片机，运行速度快。
压力传感器2为触发型压力传感器。所述安装架17左端为扁平端，安装架右端为凸起端，压力传感器2设于扁平端，红外线测温仪3设于凸起端。安装架的扁平结构易于安装在弹簧座7内，并且在不改变触指弹簧的情况下，对触指产生相同的作用力。安装架17的凸起端是元器件的集合区，内部安装有红外线测温仪3、单片机4、电源1和无线发射器5。
所述电源1包括充电线包和电池，电池可选用瑞士RENATA CR2450HT 125度高温纽扣电池。充电线包取电电压高于纽扣电池，以利于实现充电线包取电优先；在充电线包无法取电时，使用电池能量。采用充电线包补充电能，以利于确保在刀闸合上有大电流通过时，不消耗电池电能。
安装架17右端架体上表面的红外线发射孔12处装有自洁净玻璃，在长期运行时，该处容易积灰，使用自洁净玻璃有利于降低灰尘和污浊液体附着在玻璃表面。复合传感器6的安装架17通过螺栓固定于弹簧座7上。复合传感器6的安装架17采用绝缘材料注塑而成。
还包括至少一个采集器15，每个采集器15与至少一个复合传感器6无线连接，采集器15通过有线或无线方式与监控显示器16相连。监控显示器16可为终端计算机，用于显示复合传感器采集到的数据信息。监控显示器16还与报警装置（如蜂鸣器等）相连。当复合传感器采集的压力值和温度值超过终端计算机内预存的压力值和温度值时，通过报警装置实现报警。
红外线测温仪3还可用其它类似测温装置替代。
复合传感器6的安装架17上表面和下表面电位相等，也就是说，传感器安装位置为等电位环境，以利于避免弹簧座或是触指与复合传感器间存在电位差，保证复合传感器内部不出现放电、击穿。复合传感器6的安装架17外周还可环绕有金属，以利于屏蔽电磁场，保证复合传感器内部线路可靠安全运行。
采集器15可通过螺栓固定在隔离开关的操动机构的安装板（图中未示出）上，采集器15上设有无线发射/接收器，监控显示器16通过安装架17内的无线发射器5、采集器15上的无线发射/接收器与采集器15相连。监控显示器16上亦可设有无线发射/接收器，采集器15通过采集器15上的无线发射/接收器、监控显示器16上的无线发射/接收器与监控显示器16相连；采集器15还可直接通过RS232/485信号线与监控显示器16相连。
采集器、单片机、无需发射器、无线发射/接收器、监控显示器16均为现有成熟设备。
使用时，在每一个需被监测的隔离开关上安装相应的复合传感器。本实施例中，图1所示仅绘出了十八个复合传感器，其中六个传感器为一组对应一个采集器。
隔离开关的触指设有定位槽。所述弹簧衬套10的两端均呈圆柱形，两端之间设有均压面10-1。弹簧衬套10的一端嵌入隔离开关触指11的定位槽中，用以限制弹簧衬套10的移动；弹簧衬套10的另一端端紧贴触指弹簧8内表面。触指11与触指弹簧8间由弹簧衬套10过渡，起导向和防止弹簧变形错位。
通过红外线测温仪3采集隔离开关的触指11上的温度，红外线测温仪3采集到的触指温度经单片机4模数变换后经无线发射器5发送至采集器15，最后传至监控显示器16。若温度高于监控显示器内预设温度值，则通过报警装置报警。复合传感器6中的压力传感器2用于检测触指弹簧8的压力。隔离开关合闸时，传动架14沿着触指11向上运动，传动架14上移通过连板13带动弹簧座7垂直于触指运动，使两边触指11往合方向夹紧隔离开关的静触杆（图中未示出），单片触指给予静触杆压力，由于力是相互的，静触杆也给单片触指11力的作用，单片触指11给触指弹簧8靠近触指11的一端产生作用力，触指弹簧8受压，触指弹簧8另一端产生回复力作用在压力传感器2上，触指弹簧8产生的回复力等于单片触指11给予静触杆的压力；隔离开关合闸到位时，触指弹簧8压缩量最大，压力传感器受力稳定后被触发，并将测得的压力值（即隔离开关合闸时触头触指间的夹紧力）大小发送至单片机4，经无线发射器5、采集器15后传至监控显示器16。
通过复合传感器的压力传感器2传送回监控显示器的压力值与监控显示器内的预存的压力值比较，若测得的压力值与预存压力值相差在3%以内，或是测得的压力值大于预存压力值，判定隔离开关触头触指间的夹紧力足够，开关合闸到位。若经红外线测温仪传送回监控显示器的触指温度超过监控显示器内预存的温度值，则判定触指处温度过高，可能存在触指表面氧化等故障。当隔离开关触头触指间的夹紧力不足或触指温度过高时，通过监控显示器提示工作人员对相应隔离开关进行检修，以利于实现无人巡检，加强电网各设备顺控的可靠性。
当触指弹簧8发生退火而刚度降低，或是隔离开关传动部位有磨损导致夹紧力变化超过40N，压力传感器2将持续发送信号，并最终通过报警装置报警。
使用本发明，能够实时采集和显示合闸到位时触头触指间的夹紧力大小和长期通流状态下触指处的温度。
本发明适用范围包括隔离开关GW16A型单柱垂直伸缩式（参见图2）和隔离开关GW7C型水平旋转式结构。
本实施例中，当隔离开关合闸到位时，触指压力值稳定后，采集器15将逐个扫描一组开关上的六个复合传感器6，依次接收各复合传感器6发送的信号，并传输到监控显示器15，之后保证压力传感器每隔3h采集一次夹紧力大小，并将数据传至采集器，若检测到夹紧力数值变化超过40N，传感器将持续向后台发送数据，并报警。在运行过程中，红外线测温仪每隔5min传输一次数据，若被测点温度超限，后台报警。压力传感器和红外线测温仪的采集频率可由单片机设定，为现有成熟技术。
Claims (8)
1.一种通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置，其特征在于，包括复合传感器，复合传感器包括压力传感器和红外线测温仪，压力传感器和红外线测温仪分别设于安装架两端；压力传感器下端嵌入安装架的左端架体内，压力传感器上端伸出安装架的左端架体上表面；或者，压力传感器直接固定于安装架左端架体上表面；红外线测温仪设于安装架的右端架体内，安装架的右端架体上表面开有红外线发射孔，红外线测温仪的发射头正对红外线发射孔，红外线测温仪的发射头通过红外线发射孔正对隔离开关的触指；复合传感器的安装架固定于弹簧座上，压力传感器安装于触指弹簧和弹簧座之间，触指弹簧的一端压于压力传感器上，触指弹簧内设有弹簧衬套，触指弹簧的另一端通过弹簧衬套与隔离开关的触指相连，弹簧座通过连板与隔离开关的传动架相连。
2.根据权利要求1所述的通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置，其特征在于，复合传感器还包括单片机、无线发射器和电源，压力传感器和红外线测温仪均与单片机连接，单片机内置AD转换器，单片机与无线发射器相连，压力传感器、红外线测温仪、单片机和无线发射器均与电源相连。
3.根据权利要求1或2所述的通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置，其特征在于，压力传感器为触发型压力传感器；所述安装架的左端为扁平端，安装架的右端为凸起端，压力传感器设于扁平端，红外线测温仪设于凸起端。
4.根据权利要求1或2所述的通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置，其特征在于，安装架的右端架体上表面的红外线发射孔处装有自洁净玻璃。
5.根据权利要求1或2所述的通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置，其特征在于，复合传感器的安装架外周环绕有金属。
6.根据权利要求1或2所述的通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置，其特征在于，隔离开关的触指设有定位槽；所述弹簧衬套的两端均呈圆柱形，两端之间设有均压面；弹簧衬套的一端的外径与触指弹簧的内径相适配，弹簧衬套的一端紧贴触指弹簧内表面；弹簧衬套的另一端嵌入隔离开关触指的定位槽中；触指与触指弹簧间由弹簧衬套过渡。
7.根据权利要求1或2所述的通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置，其特征在于，还包括至少一个采集器，每个采集器与至少一个复合传感器无线连接，采集器通过有线或无线方式与监控显示器相连,监控显示器用于显示复合传感器采集到的数据信息；监控显示器还与报警装置相连。
8.使用如权利要求1-7任一项所述通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置对隔离开关的温度和夹紧力进行监测的方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过红外线测温仪采集隔离开关的触指上的温度，红外线测温仪采集到的触指温度经单片机模数变换后经无线发射器发送至采集器，最后传至监控显示器；若温度高于监控显示器内预设温度值，则通过报警装置报警；复合传感器中的压力传感器用于检测触指弹簧的压力；隔离开关合闸时，传动架沿着触指向上运动，传动架上移通过连板带动弹簧座垂直于触指运动，使两边触指往合方向夹紧隔离开关的静触杆，单片触指给予静触杆压力，由于力是相互的，静触杆也给单片触指力的作用，单片触指给触指弹簧靠近触指的一端产生作用力，触指弹簧受压，触指弹簧另一端产生回复力作用在压力传感器上，触指弹簧产生的回复力等于单片触指给予静触杆的压力；隔离开关合闸到位时，触指弹簧压缩量最大，压力传感器受力稳定后被触发，并将测得的压力值大小发送至单片机，经无线发射器、采集器后传至监控显示器；
通过复合传感器的压力传感器传送回监控显示器的压力值与监控显示器内的预存的压力值比较，若测得的压力值与预存压力值相差在3%以内，或是测得的压力值大于预存压力值，判定隔离开关触头触指间的夹紧力足够，开关合闸到位；若经红外线测温仪传送回监控显示器的触指温度超过监控显示器内预存的温度值，则判定触指处温度过高；当隔离开关触头触指间的夹紧力不足或触指温度过高时，通过监控显示器提示工作人员对相应隔离开关进行检修。
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