CN109738175A - 直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统及方法，该系统包括：导电杆，分别与快速机械开关的动触头和压力传感器连接，用于在快速机械开关的动触头动作时，随快速机械开关的动触头的动作向压力传感器施加压力；压力传感器，与计算机设备连接，用于根据压力生成压力信号，向计算机设备发送压力信号；计算机设备，用于根据压力信号与预设的监测参考信号，生成机械特性监测结果。本申请可以在线监测直流断路器的快速机械开关的机械特性，降低快速机械开关检测难度。

Description

直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统及方法

技术领域

本申请涉及直流断路器监测技术领域，尤其涉及一种直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统及方法。

背景技术

与交流系统相比，直流故障电流缺乏自然零点，要实现其可靠开断，需要人工创造电流零点，同时还需要吸收储存于直流系统感性元件中的巨大能量，因此，与交流断路器相比，直流断路器的设计难度大为增加。此外，柔性直流电网故障扩展快、电流上升快，对换流站等设备冲击大，为保障设备安全一般在数毫秒全网换流站将会闭锁退出运行，为实现直流电网健全区域持续运行，直流断路器需要在数毫秒内完成分断。目前，系统故障的切除高度依赖直流断路器，对其可靠性提出极高的要求。

由于直流系统电压等级提高，直流断路器的主支路需多台快速机械开关串联，发生故障时，多台快速机械开关需在短时间内达到有效开距，耐受操作过电压，因此对快速机械开关的机械特性提出更高要求。然而当前缺乏有效的监测直流断路器的快速机械开关的机械特性的监测方法，导致对于快速机械开关的整体状况的把握不足，使得快速机械开关的性能检测难度增大。

发明内容

本申请实施例提供一种直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统，用以在线监测直流断路器的快速机械开关的机械特性，降低快速机械开关检测难度，该系统包括：

导电杆，分别与快速机械开关的动触头和压力传感器连接，用于在快速机械开关的动触头动作时，随快速机械开关的动触头的动作向压力传感器施加压力；压力传感器，与计算机设备连接，用于根据压力生成压力信号，向计算机设备发送压力信号；计算机设备，用于根据压力信号与预设的监测参考信号，生成机械特性监测结果。

本申请实施例还提供一种应用于直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统的快速机械开关机械特性监测方法，用以在线监测直流断路器的快速机械开关的机械特性，降低快速机械开关检测难度，该方法包括：

当快速机械开关的动触头动作时，通过压力传感器检测与动触头连接的导电杆施加于压力传感器的压力；根据所述压力生成压力信号；根据压力信号与预设的监测参考信号，生成机械特性监测结果。

本申请实施例中，通过压力传感器监测直流断路器的快速机械开关的机械特性，使得快速机械开关的动作通过压力信号所反映，之后通过计算机设备比对压力信号及预设的监测参考信号，实现在线实时监测直流断路器的快速机械开关的机械特性，降低了快速机械开关检测难度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统的结构图；

图2为本申请实施例提供的另一种直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统的结构图；

图3为本申请实施例提供的一种直流断路器的快速机械开关合闸过程中的机械特性曲线；

图4为本申请实施例提供的一种直流断路器的快速机械开关分闸过程中的机械特性曲线；

图5为本申请实施例提供的一种应用于如图1或图2所示的直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统的快速机械开关机械特性监测方法的流程图。

附图标号

1-直流断路器主支路快速机械开关组；

2-快速机械开关；

3-数据传输线；

4-信号采集器；

5-计算机设备；

6-真空灭弧室；

7-导电杆；

8-分闸线圈；

9-斥力盘；

10-合闸线圈；

11-转接段；

12-弹簧；

13-开关支架；

14-压力传感器；

15-数据采集卡；

16-光纤。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本申请实施例做进一步详细说明。在此，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。

本申请实施例提供了一种直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统，如图1所示，为直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统的整体结构示意图。图1所示的直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统包括直流断路器主支路快速机械开关组1，该快速机械开关组1中包括多个快速机械开关2，每个快速机械开关2分别通过数据传输线3与信号采集器4相连，以便于信号采集器4采集与快速机械开关2连接的压力传感器(图1中未示出)的压力信号；在完成信号采集后，信号采集器4将压力信号发送至计算机设备5；之后于计算机设备5根据压力信号与预设的监测参考信号，生成机械特性监测结果。

下面将详细介绍图1中所示的直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统，如图2所示，该系统包括快速机械开关、导电杆7、压力传感器14和计算机设备5。快速机械开关包括动触头和静触头，动、静触头位于快速机械开关的真空灭弧室6内。

其中，导电杆7，分别与快速机械开关的动触头和压力传感器14连接，用于在快速机械开关的动触头动作时，随快速机械开关的动触头的动作向压力传感器14施加压力。

压力传感器14，与计算机设备连接5，用于根据压力生成压力信号，向计算机设备5发送压力信号。

计算机设备5，用于根据压力信号与预设的监测参考信号，生成机械特性监测结果。

在本申请实施例中，快速机械开关固定在开关支架13上，并且，开关支架13上包括凹槽，压力传感器14嵌入该凹槽中，以避免外界压力影响压力传感器14，保证了压力传感器14测量的准确度。

快速机械开关包括分闸线圈8、合闸线圈10和斥力盘9。快速机械开关的分断与闭合过程通过分闸线圈8、合闸线圈10和斥力盘9实现。

具体的，分闸线圈8，固定在开关支架13上，用于在接收到分断信号时通电。斥力盘9，与导电杆7连接，用于在分闸线圈8通电时产生斥力，带动导电杆7和与导电杆7连接的动触头向下运动。在分闸线圈8通电后，斥力盘9中感应出涡流，产生斥力。斥力盘9向下运动，带动导电杆7向下运动，同时，与导电杆7连接的动触头同时向下运动，完成快速机械开关的分断过程。

合闸线圈10，固定在开关支架13上，用于在接收到合闸信号时通电。斥力盘9，还用于在合闸线圈10通电时产生吸力，带动导电杆7和与导电杆7连接的动触头向上运动。在合闸线圈10通电后，斥力盘9中感应出涡流，产生吸力。斥力盘9向上运动，带动导电杆7向上运动，同时，与导电杆7连接的动触头同时向上运动，完成快速机械开关的闭合过程。

在一种可能的设计中，直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统中还包括弹簧12和转接段11，弹簧12的一侧通过转接段11与导电杆7连接，另一侧与压力传感器14连接，用于承接导电杆7动作时产生的压力，并向压力传感器14施加压力。这样，弹簧12可以在分闸过程中起到缓冲作用。

需要说明的是，转接段11的尺寸需要根据导电杆7的末端的尺寸决定，从而保证转接段11与导电杆7硬连接完好，快速机械开关动作过程中转接段11与导电杆7之间不存在相对位移。这样一来，导电杆7的压力可以完整的传递到与转接段11连接的弹簧12上，保证了压力传感器测量的压力的准确性。

快速机械开关的动作为毫秒(ms)量级，压力传感器14的采样频率为10兆赫兹(MHz)。

在另一种可能的设计中，该系统还包括信号传输设备，分别与压力传感器14与计算机设备5连接，用于将压力传感器14产生的压力信号传输至计算机设备5。

其中，信号传输设备可以包括：

信号采集器4，与压力传感器14连接，用于接收压力信号；将压力信号转换为压力光信号。

数据采集卡15，通过光纤16与信号采集器4连接，且与计算机设备5连接，用于接收压力光信号；将压力光信号转换为压力电信号；向计算机设备5发送压力电信号，以供计算机设备5根据压力信号与预设的监测参考信号生成机械特性监测结果。

图2中所示的电-光转换发射模块用于将电信号转换为光信号，光-电转换接收模块用于将光信号转换为电信号，该电-光转换发射模块可以设置在信号采集器4中，光-电转换接收模块可以设置在数据采集卡15中，或者，电-光转换发射模块和光-电转换接收模块均独立设置，在此不做限定。

光纤16的材质可以为石英或塑料等，对于光纤16的材质，在此不做限定。

在本申请实施例中，预设的监测参考信号包括快速机械开关正常或异常时的监测参考信号。相应的，机械特性监测结果包括快速机械开关正常以及快速机械开关异常。

除了机械特性监测结果外，计算机设备还可以根据压力信号生成机械特性变化曲线，以便于用于更加清晰的观测到直流断路器的快速机械开关机械特性的变化过程。示例性的，图3示出了直流断路器的快速机械开关合闸(即闭合)过程中的机械特性变化曲线；图4示出了直流断路器的快速机械开关分闸(即分断)过程中的机械特性变化曲线。

本申请实施例中，通过压力传感器监测直流断路器的快速机械开关的机械特性，使得快速机械开关的动作通过压力信号所反映，之后通过计算机设备比对压力信号及预设的监测参考信号，实现在线实时监测直流断路器的快速机械开关的机械特性，降低了快速机械开关检测难度。

本申请实施例还提供一种应用于如图1或图2所示的直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统的快速机械开关机械特性监测方法，如图5所示，该方法包括步骤501至步骤503：

步骤501、当快速机械开关的动触头动作时，通过压力传感器检测与动触头连接的导电杆施加于压力传感器的压力。

在本申请实施例中，当快速机械开关处于合闸状态时，通过压力传感器检测到的压力为0。

步骤502、根据压力生成压力信号。

步骤503、根据压力信号与预设的监测参考信号，生成机械特性监测结果。

在本申请实施例中，预设的监测参考信号包括故障信号。根据压力信号与预设的监测参考信号，生成机械特性监测结果，包括：比较压力信号与故障信号；如果压力信号与故障信号相匹配，则发出告警信息。

本申请实施例中，通过压力传感器监测直流断路器的快速机械开关的机械特性，使得快速机械开关的动作通过压力信号所反映，之后通过计算机设备比对压力信号及预设的监测参考信号，实现在线实时监测直流断路器的快速机械开关的机械特性，降低了快速机械开关检测难度。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统，其特征在于，包括：

导电杆，分别与快速机械开关的动触头和压力传感器连接，用于在快速机械开关的动触头动作时，随快速机械开关的动触头的动作向压力传感器施加压力；

压力传感器，与计算机设备连接，用于根据压力生成压力信号，向计算机设备发送压力信号；

计算机设备，用于根据压力信号与预设的监测参考信号，生成机械特性监测结果。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

弹簧，一侧通过转接段与导电杆连接，另一侧与压力传感器连接，用于承接导电杆动作时产生的压力，并向压力传感器施加压力。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

开关支架，用于固定快速机械开关，且包括凹槽，压力传感器嵌入凹槽中。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述快速机械开关包括：

分闸线圈，固定在开关支架上，用于在接收到分断信号时通电；

斥力盘，与导电杆连接，用于在分闸线圈通电时产生斥力，带动导电杆和与导电杆连接的动触头向下运动。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述快速机械开关还包括：

合闸线圈，固定在开关支架上，用于在接收到合闸信号时通电；

斥力盘，还用于在合闸线圈通电时产生吸力，带动导电杆和与导电杆连接的动触头向上运动。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

信号传输设备，分别与压力传感器与计算机设备连接，用于将压力传感器产生的压力信号传输至计算机设备。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述信号传输设备包括：

信号采集器，与压力传感器连接，用于接收压力信号；将压力信号转换为压力光信号；

数据采集卡，通过光纤与信号采集器连接，且与计算机设备连接，用于接收压力光信号；将压力光信号转换为压力电信号；向计算机设备发送压力电信号，以供计算机设备根据压力信号与预设的监测参考信号生成机械特性监测结果。

8.一种应用于权利要求1～7任一项所述的直流断路器的快速机械开关机械特性监测系统的快速机械开关机械特性监测方法，其特征在于，所述方法包括：

当快速机械开关的动触头动作时，通过压力传感器检测与动触头连接的导电杆施加于压力传感器的压力；

根据所述压力生成压力信号；

根据压力信号与预设的监测参考信号，生成机械特性监测结果。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述快速机械开关处于合闸状态时，通过压力传感器检测到的压力为0。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预设的监测参考信号包括故障信号，所述根据压力信号与预设的监测信号，生成机械特性监测结果，包括：

比较所述压力信号与所述故障信号；

如果所述压力信号与所述故障信号相匹配，则发出告警信息。