CN109474076A - 一种智能化开关柜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能化开关柜，包括柜体和断路器，还包括用于测量断路器的梅花触指与静触头所在通电回路温度的温度检测单元；所述温度检测单元包括无线测温信息处理模块和无线测温模块，所述无线测温信息处理模块与无线测温模块无线信号连接；所述无线测温模块的测温部与断路器的梅花触指的触指片形状相同，安装于梅花触指相邻两片触指片之间的触指架上，且测温部的头部与静触头相抵靠以测量静触头的温度。本发明的智能化开关柜具有结构简单、使用寿命长、温度自动监测、视频自动监测以及智能化程度高等优点。

Description

一种智能化开关柜
技术领域
本发明主要涉及高压开关设备技术领域，特指一种智能化开关柜。
背景技术
高压开关柜是用于电力系统的电气化设备，作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护。设备主要适用于发电厂、变电站、厂矿企业和住宅小区等各种不同场所。开关柜结构形式多样，当前市场上应用较为广泛的为铠装移开式交流金属封闭开关设备。
当前主流的开关设备均具有五防功能，安全性得到提高，但由于设备厂家柜体结构各不相同，操作过程较为复杂，须具备一定的专业知识和实践经验人员方能进行，否则难以操作和易引发安全事故。为隔离人员直接操作，当前少部分厂家采用了电动手车驱动断路器运行，但因开关柜柜体结构存在缺陷，电动操作机构运行过程中容易出现运行卡滞故障，使用寿命、可靠性尚不能满足要求。
现有设备结构及工作运行如图1和图2所示：
如图1所示，设备准备运行时，用转运小车8将断路器7推至柜体1，将转运小车8与中隔板16对接，沿图中X方向推动断路器7进入柜体1中的轨道上，此时断路器7处于试验位置。
如图2所示，工作时，柜门关闭，断路器7通过其底部的电动手车71沿轨道向X方向继续移行至工作位置，梅花触指74与安装于柜体1上的上、下触头盒18中的静触头19接触，完成回路接通。
因开关柜的柜体1制作工艺的限制，柜体1理论设计宽度与实际制作后因钣金折弯误差、装配误差导致柜体1宽度有偏差，为保证断路器7能顺利进入开关柜的柜体1中，通常柜体1设计时宽度尺寸增大余量约6mm，以充分保证断路器7能顺利进入。由此也带来了新的问题，断路器7在X方向运行过程中因轨道间隙会在Y方向左右窜动(图2所示)，断路器7中的电动手车71两侧容易磕碰轨道壁产生摩擦，增大移行阻力，而当断路器7移行到其子部件梅花触指74与触头盒18中的静触头19接触时，因梅花触指74中弹簧743的夹紧作用，断路器7进入的阻力将成倍增大，产生的横向跳动容易使断路器7运行过程中出现卡滞，另断路器7中驱动其运行的电动手车涡轮、蜗杆配件，由于非直线运动及断路器7过大跳动，容易造成部件易变形，易磨损，最终导致设备使用寿命变短。
另外，随着科学技术的发展，智能电网也成了国家电网建设的必然发展方向。在智能电网的智能发、输、变、配、用和调度的六个环节之中，变电环节占据着相当重要的地位，其核心目标就是建设智能变电站。智能变电站是采用先进、可靠、集成、环保的智能设备，以全站信息数字化、通讯平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变配电站，智能化变电站的最基本、首要条件是智能化元件-即智能化断路器7和智能化开关设备，当前开关柜设备制造厂在设备智能化上实现了部分功能，如开关柜在线电压、电流检测、柜内温度、湿度检测等，但尚缺少最核心环节：即断路器7智能化监测，开关柜设备内部工作状态可视化监测、梅花触指74、静触头19通电回路工作温度监测等。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种对温度进行智能监测的智能化开关柜。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种智能化开关柜，包括柜体和断路器，还包括用于测量断路器的梅花触指与静触头所在通电回路温度的温度检测单元；所述温度检测单元包括无线测温信息处理模块和无线测温模块，所述无线测温信息处理模块与无线测温模块无线信号连接；所述无线测温模块的测温部与断路器的梅花触指的触指片形状相同，安装于梅花触指相邻两片触指片之间的触指架上，且测温部的头部与静触头相抵靠以测量静触头的温度。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述无线测温模块还包括无线测温传感器和信号收发天线，所述信号收发天线安装于测温部的尾部且与相邻触指片的端部相抵，所述无线测温传感器安装于所述信号收发天线上。
所述无线测温信息处理模块包括无线温度信号处理单元和无线测温发射/接收天线；所述无线测温发射/接收天线用于将工作电信号发射至无线测温模块以使无线测温模块进行测温工作，以及接收无线测温模块反馈回来的温度信号；所述无线温度信号处理单元与所述无线测温发射/接收天线信号连接，用于对无线测温发射/接收天线接收的温度信号进行处理分析。
所述无线温度信号处理单元和无线测温发射/接收天线均安装于所述柜体的仪表室上。
所述柜体于断路器的上方设置有用于监测所述断路器运动状态的第一摄像模块，所述断路器上设置有便于第一摄像模块对断路器进行位置识别的标识。
所述柜体于断路器的上方设置有用于监测所述断路器的梅花触指与静触头接触状态的第二摄像模块。
所述断路器与柜体的中隔板之间设置有用于使断路器直线移动，并使断路器的梅花触指与柜体上静触头精准对接的定位组件。
所述定位组件包括滑槽和螺栓轴承；所述滑槽与螺栓轴承中的任意一个安装于中隔板上，另一个则安装于断路器的底板上；所述滑槽沿所述断路器运动方向布置，所述螺栓轴承置于滑槽内，所述螺栓轴承的外径与所述滑槽的宽度一致。
所述定位组件还包括定位孔和定位柱，所述定位孔和定位柱中任意一个设置于所述中隔板的端部，另一个则安装于所述柜体的触头盒安装板上；所述定位柱插设于所述定位孔内以实现中隔板的定位。
当所述螺栓轴承位于所述断路器的底板上时，所述断路器的转运小车的托板上设有与所述螺栓轴承相匹配的凹槽。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的智能化开关柜，通过温度检测单元的无线测温方式，大大提高了设备运行管控能力，能够对设备的温度参数进行实时的监控，提高了设备的智能化、自动化水平，同时降低了使用以及维护成本，保障了操作人员的安全；另外，在进行无线测温的具体设计时，将无线测温模块与梅花触指进行高度集成，具体将无线测温模块的测温部设计成与触指片相同的形状，并以同样的安装方式安装于梅花触指中，在断路器沿X方向移动，静触头插入梅花触指中，测温部在环形弹簧的预紧力下而紧贴静触头，能够与静触头可靠接触，从而实现对静触头温度的可靠检测；另外在拆装时不需要对梅花触指进行改动，从而适用于现有开关柜的改造。
本发明的智能化开关柜，第一摄像模块监测断路器的运行距离及状态，实现断路器运行状态的智能监控，同时配合电动手车行程开关，实现对断路器位置的可靠确认；第二摄像模块监控梅花触指与静触头之间的开合状态、整机内部工作状态，通过网络终端，后台可远程掌握设备视频检测情况。
本发明的智能化开关柜，在断路器与柜体的中隔板之间设置有定位组件，用于使断路器直线移动，并使断路器的梅花触指与柜体上静触头精准对接。定位组件采用滑槽与螺栓轴承的方式，结构简单、配合精准且容易实现。另外在中隔板与触头盒安装板之间设置有定位柱/定位孔的配合形式，能够进一步提高对接的精准性。
附图说明
图1为现有技术中开关柜的结构示意图(断路器处于试验位置)。
图2为现有技术中开关柜的结构示意图(断路器处于工作位置)。
图3为本发明的开关柜的主视结构示意图。
图4为本发明的开关柜的立体结构示意图。
图5为本发明中断路器的结构示意图。
图6为本发明中无线测温传感器的安装结构示意图。
图7为本发明中无线测温传感器的安装剖视结构图。
图8为本发明中无线测温传感器的结构示意图。
图9为本发明中温度测量方法流程图。
图10为本发明中位置标识的安装示意图。
图11为本发明中视频监测原理图。
图12为本发明的中隔板立体结构示意图之一。
图13为本发明的中隔板立体结构示意图之二。
图14为本发明的滑槽结构示意图。
图15为本发明中断路器的底板侧视结构示意图。
图16为本发明中断路器的底板的立体结构图。
图17为本发明中转运小车结构示意图。
图中标号表示：1、柜体；2、无线测温发射/接收天线；3、第二摄像模块；4、第一摄像模块；5、挡板；6、右侧板；7、断路器；71、电动手车；711、底板；712、螺栓轴承；72、断路器机构；73、极柱；74、梅花触指；741、无线测温模块；7411、测温部；7412、信号收发天线；7413、无线测温传感器；742、上触指架；743、弹簧；744、下触指架；745、触指片；75、位置标识；8、转运小车；81、脚轮；82、车体；83、高度调节轮盘；84、丝杆；85、托板；851、凹槽；9、仪表室；91、仪表室安装板；10、无线温度信号处理单元；11、视频信息处理单元；12、电动地刀控制模块；13、电动手车控制模块；14、仪表室面板；15、开关状态智能测温综合指示装置；16、中隔板；161、滑槽；162、定位孔；17、触头盒安装板；18、触头盒；19、静触头。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图3至图17所示，本实施例的智能化开关柜，包括柜体1、断路器7和用于测量断路器7的梅花触指74与静触头19所在通电回路温度的温度检测单元；温度检测单元包括无线测温信息处理模块和无线测温模块741，无线测温信息处理模块与无线测温模块741无线通讯连接；无线测温模块741的测温部7411与断路器7的梅花触指74的触指片745形状相同，安装于梅花触指74相邻两片触指片745之间的触指架(包括上触指架742和下触指架744)上，且测温部7411的头部与静触头19相抵靠(与各触指片745与静触头19的接触方式相同)以测量静触头19的温度，从而实现对梅花触指74与静触头19所在通电回路温度的目的。本发明的智能化开关柜，通过温度检测单元的无线测温方式，大大提高了设备运行管控能力，能够对设备的温度参数进行实时的监控，提高了设备的智能化、自动化水平，同时降低了使用以及维护成本，保障了操作人员的安全；另外，在进行无线测温的具体设计时，将无线测温模块741与梅花触指74进行高度集成，如图6至图8所示，具体将无线测温模块741的测温部7411设计成与触指片745相同的形状，并以同样的安装方式安装于梅花触指74中，在断路器7沿X方向(如图4所示)移动，静触头19插入梅花触指74中，测温部7411在环形弹簧743的预紧力下而紧贴静触头19，能够与静触头19可靠接触，从而实现对静触头19温度的可靠检测；另外在拆装时不需要对梅花触指74进行改动，从而适用于现有开关柜的改造。
如图6至图8所示，本实施例中，无线测温模块741除了上述的测温部7411(具体采用导热金属片)外，还包括无线测温传感器7413和信号收发天线7412(同样具有导热功能)，信号收发天线7412安装于测温部7411的尾部且与各相邻触指片745的端部相抵，无线测温传感器7413安装于信号收发天线7412上。如图3和图4所示，无线测温信息处理模块包括无线温度信号处理单元10和无线测温发射/接收天线2；无线测温发射/接收天线2用于将工作电信号发射至无线测温模块741以使无线测温模块741进行测温工作，以及接收无线测温模块741反馈回来的温度信号；无线温度信号处理单元10与无线测温发射/接收天线2信号连接，用于对无线测温发射/接收天线2接收的温度信号进行处理分析。在工作时，信号收发天线7412接收到无线测温发射/接收天线2传过来的无线信号，无线测温传感器7413开始工作；检测时，温度由导热性良好的测温导热金属片将静触头19的温度传导至信号收发天线7412，信号收发天线7412同时实现热传导给无线测温传感器7413，实现温度检测，同时无线测温传感器7413再将检测到的温度信号通过信号收发天线7412反馈给无线测温发射/接收天线2，从而实现信号传输。另外，无线测温传感器7413属于无源传感器，通过无线测温发射/接收天线2将能量发送给无线测温传感器7413，无线测温传感器7413接收到能量以后再进行温度测量。
如图9所示，开关柜工作时，无线测温传感器7413及触指片745与静触头19表面接触，安装在柜体1的右侧板6上的无线测温发射/接收天线2将工作电信号发射给安装在梅花触指74上的无线测温传感器7413上，无线测温传感器7413接收到电信号后开始工作(工作电源来自于无线测温发射/接收天线2的发射端)，无线测温传感器7413检测到温度数据后，再将信号反馈到无线测温发射/接收天线2的接收端，通过数据线传输到无线温度信号处理单元10，对测温数据进行处理分析，再通过数据线传到安装在仪表室面板14上的开关状态智能测温综合指示装置15中显示检测数据，同时，可通过无线网络发射终端，将检测数据信息传输到后台总控室。
如图3和图4所示，本实施例中，柜体1于断路器7的上方设置有用于监测所述断路器7运动状态的第一摄像模块4，第一摄像模块4包括第一摄像头，在断路器7上设置有便于第一摄像头对断路器7进行位置识别的标识(如图10所示，为断路器7的俯视图，图中黄色的圆形贴纸为标识)。另外，在柜体1于断路器7的上方设置有用于监测所述断路器7的梅花触指74与静触头19接触状态的第二摄像模块3，第二摄像模块3也包括第二摄像头，第一摄像头和第二摄像头均安装于仪表室9下方的挡板5上。在仪表室9内设有视频信息处理单元11，各第一摄像头和第二摄像头均与视频信息处理单元11通讯相连；另外在仪表室9内还设有电动地刀控制模块12和电动手车控制模块13，均安装于仪表室安装板91上。如图11所示，设备预工作时，电动手车71得到启动指令(可现场或远程控制)，电动手车71电源接通，同时通过并接的继电器，智能化视频监测系统电源也被接通，设备开始工作，智能化监测摄像头(包括第一摄像头和第二摄像头，自带光源)自行开启。断路器7移行时，其上粘贴的位置标识75随之移动，第一摄像头连续监控并通过视频信息处理单元11自行计算移行距离，当断路器7试验位置和工作位置间的移行距离为正常值时，显示终端显示工作正常，断路器7后续动作(如断路器7合闸)继续进行；当发生故障使监测距离偏离正常值范围时，设备自行闭锁，后续动作不能进行，并发出报警信号。另外，第二摄像头监控梅花触指74与静触头19之间的开合状态、整机内部工作状态，通过网络终端，后台可远程掌握设备视频检测情况；另外当断路器7处于工作状态未动作时，视频监控系统可以通过远方、就地电源控制器进行随时关闭或开启第二摄像头。
如图12至图17所示，本实施例中，断路器7具体包括断路器机构72和极柱73，断路器机构72安装于电动手车71上，底板711安装于电动手车71的底部，梅花触指74安装于极柱73的端部。断路器7与柜体1的中隔板16之间设置有用于使断路器7直线移动，并使断路器7的梅花触指74与柜体1上静触头19精准对接的定位组件。具体地，定位组件包括滑槽161和螺栓轴承712，其中滑槽161设置于中隔板16的中部且沿断路器7的运动方向布置，螺栓轴承712则安装于断路器7的底板711上，螺栓轴承712置于滑槽161内，且螺栓轴承712的外径与滑槽161的宽度一致，配合间隙小，保证螺栓轴承712与滑槽161的精密配合，在断路器7滑行的过程中，置于滑槽161内的螺栓轴承712能够保证断路器7处于直行状态，横向偏移小；另外螺栓轴承712的设置，滑移时与滑槽161之间的摩擦小；当然，在其它实施例中，也可以将滑槽161设置在断路器7的底板711上，将螺栓轴承712设置在中隔板16上。另外，在中隔板16的端部设置有多个定位孔162，在柜体1的触头盒安装板17上设置有与之相匹配的定位柱(图中未示出)，通过将定位柱插入至定位孔162内，能够保证中隔板16的精准定位，配合滑槽161与螺栓轴承712的设置，实现梅花触指74与静触头19之间的精准定位。当然，在其它实施例中，也可以将定位柱设置在中隔板16的端部，定位孔162设置在触头盒安装板17上。
本实施例中，转运小车8的托板85上同样设置有与螺栓轴承712相匹配的凹槽851，以便于断路器7在转运小车8上不受影响。通过在柜体1结构上进行上述定位结构的改进，使断路器7运行时，电动手车71能直线移行(螺栓轴承712嵌入滑槽161导轨中)，大幅度降低了断路器7移行过程中的横向窜动，减少设备出现卡滞和驱动部件易损；由于确定了位置关系，使断路器7上的梅花触头与触头盒18中的静触头19同轴，插入时梅花触头的弹簧743扩展阻力也大为降低，同时螺栓轴承712的滚动摩擦也使运行过程摩擦阻力小。通过设计改进并实践试验验证，设备使用的可靠性和寿命均大幅度提升(试验验证断路器7进出使用寿命由不足2000次增加到3000次)。
本实施例中，转运小车8包括车体82，车体82与托板85之间设置有多根丝杆84，丝杆84上设有高度调节轮盘83，可以调节托板85的高度与水平；在车体82的底部安装有多个万向脚轮81，便于移动。
本发明的智能化开关柜，通过以上定位结构，能够大幅度提高设备的可靠性和延长设备使用寿命，另结构的改进在原有基础上进行，不需要大量增加成本，原有设备部件可以通用，具备良好的市场推广应用条件。
本发明的智能化开关柜，新增无线触头测温系统、智能化视频监测系统，大大提高了设备运行管控能力，设备操作更加智能化、自动化，降低了设备的使用、维护成本，保障了操作人员的安全。
本发明的智能化开关柜，所有智能化检测单元具有数据采集、数据分析、数据传输、终端显示功能。通过统一的数据接口及网络终端与后台总机相连，可实现现场控制和无线远程控制，为电站向智能化方向发展提供基础条件。
本发明的智能化开关柜，解决了现有设备现存的关键性问题，对保障电网安全、产品性能升级，降低运维成本等具有十分重要的意义。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能化开关柜，包括柜体(1)和断路器(7)，其特征在于，还包括用于测量断路器(7)的梅花触指(74)与静触头(19)所在通电回路温度的温度检测单元；所述温度检测单元包括无线测温信息处理模块和无线测温模块(741)，所述无线测温信息处理模块与无线测温模块(741)无线信号连接；所述无线测温模块(741)的测温部(7411)与断路器(7)的梅花触指(74)的触指片(745)形状相同，安装于梅花触指(74)相邻两片触指片(745)之间的触指架上，且测温部(7411)的头部与静触头(19)相抵靠以测量静触头(19)的温度。
2.根据权利要求1所述的智能化开关柜，其特征在于，所述无线测温模块(741)还包括无线测温传感器(7413)和信号收发天线(7412)，所述信号收发天线(7412)安装于测温部(7411)的尾部且与相邻触指片(745)的端部相抵，所述无线测温传感器(7413)安装于所述信号收发天线(7412)上。
3.根据权利要求1或2所述的智能化开关柜，其特征在于，所述无线测温信息处理模块包括无线温度信号处理单元(10)和无线测温发射/接收天线(2)；所述无线测温发射/接收天线(2)用于将工作电信号发射至无线测温模块(741)以使无线测温模块(741)进行测温工作，以及接收无线测温模块(741)反馈回来的温度信号；所述无线温度信号处理单元(10)与所述无线测温发射/接收天线(2)信号连接，用于对无线测温发射/接收天线(2)接收的温度信号进行处理分析。
4.根据权利要求3所述的智能化开关柜，其特征在于，所述无线温度信号处理单元(10)和无线测温发射/接收天线(2)均安装于所述柜体(1)的仪表室(9)上。
5.根据权利要求1或2所述的智能化开关柜，其特征在于，所述柜体(1)于断路器(7)的上方设置有用于监测所述断路器(7)运动状态的第一摄像模块(4)，所述断路器(7)上设置有便于第一摄像模块(4)对断路器(7)进行位置识别的标识(75)。
6.根据权利要求1或2所述的智能化开关柜，其特征在于，所述柜体(1)于断路器(7)的上方设置有用于监测所述断路器(7)的梅花触指(74)与静触头(19)接触状态的第二摄像模块(3)。
7.根据权利要求1或2所述的智能化开关柜，其特征在于，所述断路器(7)与柜体(1)的中隔板(16)之间设置有用于使断路器(7)直线移动，并使断路器(7)的梅花触指(74)与柜体(1)上静触头(19)精准对接的定位组件。
8.根据权利要求7所述的智能化开关柜，其特征在于，所述定位组件包括滑槽(161)和螺栓轴承(712)；所述滑槽(161)与螺栓轴承(712)中的任意一个安装于中隔板(16)上，另一个则安装于断路器(7)的底板(711)上；所述滑槽(161)沿所述断路器(7)运动方向布置，所述螺栓轴承(712)置于滑槽(161)内，所述螺栓轴承(712)的外径与所述滑槽(161)的宽度一致。
9.根据权利要求8所述的智能化开关柜，其特征在于，所述定位组件还包括定位孔(162)和定位柱，所述定位孔(162)和定位柱中任意一个设置于所述中隔板(16)的端部，另一个则安装于所述柜体(1)的触头盒安装板(17)上；所述定位柱插设于所述定位孔(162)内以实现中隔板(16)的定位。
10.根据权利要求8所述的智能化开关柜，其特征在于，当所述螺栓轴承(712)位于所述断路器(7)的底板(711)上时，所述断路器(7)的转运小车(8)的托板(85)上设有与所述螺栓轴承(712)相匹配的凹槽(851)。
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