CN109738181A - 具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构及其应用方法，隔离开关操作机构包括带有可转动的输出轴的隔离开关操作机构本体，输出轴上带有扭矩转角测量单元，隔离开关操作机构本体中设有数据接收装置，扭矩转角测量单元、数据接收装置之间通过无线网络相连；应用方法包括：进行分合闸操作，通过扭矩转角测量单元检测被测高压隔离开关的输出轴的扭矩和转角并生成实测扭矩以及转角数据，和预设的正常状态的扭矩以及转角数据进行比较确定被测高压隔离开关是否发生机械卡涩故障。本发明能够实现隔离开关机械卡涩的在线监测和诊断使机械卡涩早发现早处理，为状态检修提供科学依据，也可作为设备日常运行状态评价依据。

Description

具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构及其应用方法

技术领域

本发明涉及隔离开关传动部件故障检测与诊断领域，具体涉及一种具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构及其应用方法。

背景技术

户外隔离开关传动环节直接暴露在大气中经受着日晒雨淋，传动关节容易因腐蚀、灰尘及润滑失效而卡涩，导致经常出现分不开合不上的故障，严重威胁电网安全可靠的运行。然而，传动关节的卡涩不是一朝一夕形成的，它是一个由量变到质变的缓慢过程。只有随时监测卡涩的程度，当出现卡涩足够影响到隔离开关分合闸到位前进行报警并及时维修，就可消除或减少隔离开关事故的发生。现有隔离开关所配电动机构只是作为隔离开关分合闸的动力装置，不具备机械卡涩检测功能。

目前国内外对高压隔离开关机械卡涩故障没有一个有效监测手段，只能依赖产品既有质量和防腐性能和现场工作人员主观经验和技术能力，不能及时准确判断潜在的机械故障，往往在使用时却因机械故障而操作失败，严重影响供电可靠性及电网安全运行。因此，如何实现隔离开关操作机构的机械卡涩检测，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构及其应用方法，本发明能够实现隔离开关机械卡涩的在线监测和诊断使机械卡涩早发现早处理，为状态检修提供科学依据，也可作为设备日常运行状态评价依据。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构，包括带有可转动的输出轴的隔离开关操作机构本体，所述输出轴上带有用于采集输出轴的扭矩以及转角信息的扭矩转角测量单元，所述隔离开关操作机构本体中设有用于接收并转发扭矩以及转角信息的数据接收装置，所述扭矩转角测量单元、数据接收装置之间通过无线网络相连。

所述扭矩转角测量单元包括扭矩传感器、模数转换模块、转角传感器、第一处理器、无线发送模块以及第一电源模块，所述扭矩传感器的输出端通过模数转换模块和第一处理器的输入端相连，所述转角传感器的输出端和第一处理器的输入端相连，所述第一处理器的输出端通过无线发送模块和数据接收装置相连，所述第一电源模块的输出端分别与扭矩传感器、模数转换模块、转角传感器、第一处理器、无线发送模块相连。

所述隔离开关操作机构本体包括带有可转动的输出轴的箱体，所述箱体内安装有相互连接的电动机、减速机构以及用于操作电动机的辅助开关，所述减速机构的输出轴通过扭矩传感器和输出轴相连，所述转角传感器和输出轴连接固定。

所述减速机构的输出轴端部设有连接盘，所述减速机构依次通过连接盘、扭矩传感器和输出轴相连，所述模数转换模块、转角传感器、第一处理器、无线发送模块以及第一电源模块均安装在连接盘上。

所述数据接收装置包括无线接收模块、第二处理器、上位机通讯模块和第二电源模块，所述无线接收模块和扭矩转角测量单元之间通过无线网络相连，所述第二处理器分别和无线接收模块、上位机通讯模块相连，所述第二电源模块的输出端分别与无线接收模块、第二处理器、上位机通讯模块相连。

本发明提供一种前述具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构的应用方法，实施步骤包括：

1）通过扭矩转角测量单元检测被测高压隔离开关在分合闸操作过程中输出轴的扭矩和转角并生成实测扭矩以及转角数据；

2）将实测扭矩以及转角数据和预设的正常状态的扭矩以及转角数据进行比较确定被测高压隔离开关是否发生机械卡涩故障。

步骤1）中生成的实测扭矩以及转角数据中横坐标为转角、纵坐标为扭矩。

步骤2）中比较确定被测高压隔离开关的机械故障类型的详细步骤包括：

2.1）计算实测扭矩以及转角数据的扭矩平均值；

2.2）计算实测扭矩以及转角数据的扭矩平均值、预设的正常状态的扭矩以及转角数据的扭矩平均值之间的比值；

2.3）判断比值是否超过预设阈值，如果超过预设阈值，则判定被测高压隔离开关发生机械卡涩故障；否则，判定被测高压隔离开关未发生机械卡涩故障。

步骤2.3）中还包括检测实测扭矩以及转角数据相对预设的正常状态的扭矩以及转角数据是否整体向上平移，如果整体向上平移则判定被测高压隔离开关的输出轴外露转动部分或者内部转动部分的轴销发生卡滞。

步骤2.3）中还包括检测实测扭矩以及转角数据相对预设的正常状态的扭矩以及转角数据是否局部差异明显，如果局部差异明显则判定局部差异明显的转角位置发生卡滞。

步骤2.3）中判定被测高压隔离开关发生机械卡涩故障时还包括输出机械卡涩故障的处理建议。

本发明具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构具有下述优点：本发明具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构包括带有可转动的输出轴的隔离开关操作机构本体，输出轴上带有扭矩转角测量单元，隔离开关操作机构本体中设有数据接收装置，扭矩转角测量单元、数据接收装置之间通过无线网络相连，集扭矩监测、转角监测于一体，实现对隔离开关机械卡涩进行在线监测，当其投入运行后只要有分合闸操作就能对其状态进行检测，而且采用无线通讯的方式克服了电缆容易折断的缺陷，能够实现隔离开关机械卡涩的在线监测和诊断使机械卡涩早发现早处理，为状态检修提供科学依据，也可作为设备日常运行状态评价依据。

本发明具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构的应用方法具有下述优点：本发明具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构的应用方法基于本发明具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构扭矩监测、转角监测的输出数据实现了专家诊断分析，能够客观、准确对隔离开关状态进行判断，及早分析故障隐患。当其投入运行后只要有分合闸操作就能对其状态进行检测，分析其重要参数的变化趋势来预测是否有缺陷存在，从而为状态检修提供科学依据，提高电网供电可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例中扭矩转角测量单元的结构示意图。

图3为本发明实施例中数据接收装置的结构示意图。

图4为本发明实施例方法的诊断原理示意图。

图5为本发明实施例方法的诊断系统结构示意图。

图6为本发明实施例中的实测扭矩以及转角数据示意图（叠加正常状态的扭矩以及转角数据）。

图例说明：1、隔离开关操作机构本体；10、输出轴；11、箱体；2、扭矩转角测量单元；21、扭矩传感器；22、模数转换模块；23、转角传感器；24、第一处理器；25、无线发送模块；26、第一电源模块；3、数据接收装置；31、无线接收模块；32、第二处理器；33、上位机通讯模块；34、第二电源模块；4、电动机；5、减速机构；51、连接盘；6、辅助开关。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本实施例具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构包括带有可转动的输出轴10的隔离开关操作机构本体1，输出轴10上带有用于采集输出轴10的扭矩以及转角信息的扭矩转角测量单元2，隔离开关操作机构本体1中设有用于接收并转发扭矩以及转角信息的数据接收装置3，扭矩转角测量单元2、数据接收装置3之间通过无线网络相连，而机构分合闸时主轴旋转±180°，扭矩转角测量单元2、数据接收装置3之间信号传输如果用电缆传输则电缆容易折断，无线传输可以解决此问题。

如图2所示，扭矩转角测量单元2包括扭矩传感器21、模数转换模块22、转角传感器23、第一处理器24、无线发送模块25以及第一电源模块26，扭矩传感器21的输出端通过模数转换模块22和第一处理器24的输入端相连，转角传感器23的输出端和第一处理器24的输入端相连，第一处理器24的输出端通过无线发送模块25和数据接收装置3相连，第一电源模块26的输出端分别与扭矩传感器21、模数转换模块22、转角传感器23、第一处理器24、无线发送模块25相连。本实施例中，扭矩传感器21电阻应变式扭矩传感器，其结构简单、精度高、重复性好。将扭矩传感器21串接在输出轴10上，其测量结果就能反映输出轴10扭矩的变化。转角传感器23进行主轴转动角度测量也有多种方案，如光电传感器、编码器、电位器等。由于是箱内安装其空间较小，本实施例中转角传感器23选用体积小、安装方便的姿态传感器（陀螺仪）。当转角传感器23与输出轴10一起旋转时，其内部电路将计算出旋转角度，并转换成数字信号输出。本实施例中，第一处理器24为单片机，此外第一处理器24也可以根据需要采用其他微处理器。

如图1所示，隔离开关操作机构本体1包括带有可转动的输出轴10的箱体11，箱体11内安装有相互连接的电动机4、减速机构5以及用于操作电动机4的辅助开关6，减速机构5的输出轴通过扭矩传感器21和输出轴10相连，转角传感器23和输出轴10连接固定。减速机构5的输出轴端部设有连接盘51，减速机构5依次通过连接盘51、扭矩传感器21和输出轴10相连，模数转换模块22、转角传感器23、第一处理器24、无线发送模块25以及第一电源模块26均安装在连接盘51上。本实施例中，扭矩传感器21为双法兰式结构，其上端和输出轴10相连、下端和连接盘51相连。模数转换模块22、转角传感器23、第一处理器24、无线发送模块25以及第一电源模块26均用M4的螺钉安装固定在连接盘51上。

数据接收装置3的主要功能是与发送装置进行无线通信，将扭矩及转角数据通过接口电路送至上位机进行后续处理。如图3所示，数据接收装置3包括无线接收模块31、第二处理器32、上位机通讯模块33和第二电源模块34，无线接收模块31和扭矩转角测量单元2之间通过无线网络相连，第二处理器32分别和无线接收模块31、上位机通讯模块33相连，第二电源模块34的输出端分别与无线接收模块31、第二处理器32、上位机通讯模块33相连。本实施例中，第二处理器32为单片机，上位机通讯模块33具体采用RS232串口通讯模块，此外第二处理器32也可以根据需要采用其他微处理器，上位机通讯模块33也可以根据需要采用其他通讯模块。无线发送模块25和无线接收模块31可以根据需要采用蓝牙、WiFi等无线通讯协议进行数据传输。

如图4所示，本实施例隔离开关操作机构的应用方法的实施步骤包括：

1）通过扭矩转角测量单元2检测被测高压隔离开关在分合闸操作过程中输出轴10的扭矩和转角并生成实测扭矩以及转角数据；

2）将实测扭矩以及转角数据和预设的正常状态的扭矩以及转角数据进行比较确定被测高压隔离开关是否发生机械卡涩故障。

本实施例中，扭矩以及转角数据（包括实测扭矩以及转角数据、预设的正常状态的扭矩以及转角数据）具体为扭矩-转角曲线（M-θ曲线），其横坐标为转角θ、纵坐标为扭矩M，但是需要说明的是扭矩-转角曲线仅仅是扭矩以及转角数据的一种具体表现形式而已，对于本领域技术人员而言，只要能够确保扭矩以及转角数据能够得到扭矩-转角之间的数据对应关系，其数据形式可以采用其他形式。

如图5所示，扭矩转角测量单元2采集扭矩和转角并通过无线网络发送给数据接收装置3，数据接收装置3则通过上位机通讯模块33发送给上位机。本实施例具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构的应用方法具体是在上位机上运行的专家诊断系统，专家诊断系统是一套诊断工具软件，使用者只要录入测试数据，输入相应的指令，专家诊断系统能自动诊断出该台产品历史数据的差异及处理意见，并输出测试报告。

本实施例中，步骤2）中比较确定被测高压隔离开关的机械故障类型的详细步骤包括：

2.1）计算实测扭矩以及转角数据的扭矩平均值；

2.2）计算实测扭矩以及转角数据的扭矩平均值、预设的正常状态的扭矩以及转角数据的扭矩平均值之间的比值；

2.3）判断比值是否超过预设阈值，如果超过预设阈值，则判定被测高压隔离开关发生机械卡涩故障；否则，判定被测高压隔离开关未发生机械卡涩故障。

如图6所示，实测扭矩以及转角数据（a）的扭矩平均值、预设的正常状态的扭矩以及转角数据（b）的扭矩平均值之间的比值为176%，超过了预设阈值，因此判定被测高压隔离开关发生机械卡涩故障。实测扭矩以及转角数据（a）中，波峰位置对应的转角为92°，扭矩为292.5N.m，波峰位置的扭矩最大值发生在导电臂翻转的过程中，其余区段扭矩较小。

本实施例中步骤2.3）中还包括检测实测扭矩以及转角数据相对预设的正常状态的扭矩以及转角数据是否整体向上平移，如果整体向上平移则判定被测高压隔离开关的输出轴10外露转动部分或者内部转动部分的轴销发生卡滞。其中，整体向上平移具体是指实测扭矩以及转角数据、正常状态的扭矩以及转角数据两者之间的扭矩差值超过预设阈值的转角位置超过预设比例，例如分合闸时输出轴10旋转±180°，如果超过90%的转角位置实测扭矩以及转角数据、正常状态的扭矩以及转角数据两者之间的扭矩差值超过预设阈值，即可判定实测扭矩以及转角数据相对预设的正常状态的扭矩以及转角数据整体向上平移。

本实施例中步骤2.3）中还包括检测实测扭矩以及转角数据相对预设的正常状态的扭矩以及转角数据是否局部差异明显，如果局部差异明显则判定局部差异明显的转角位置发生卡滞。其中，局部差异明显具体是指实测扭矩以及转角数据、正常状态的扭矩以及转角数据两者之间的扭矩差值超过预设阈值。

本实施例中，步骤2.3）中判定被测高压隔离开关发生机械卡涩故障时还包括输出机械卡涩故障的处理建议。本实施例中，实测扭矩以及转角数据（a）的扭矩平均值、预设的正常状态的扭矩以及转角数据（b）的扭矩平均值之间的比值为176%，输出机械卡涩故障的处理建议为：扭矩载荷增加非常明显，请立即申请停电计划进行处理。而且，由于实测扭矩以及转角数据相对预设的正常状态的扭矩以及转角数据之间整体向上平移，因此建议对外露转动部分的轴销进行解体清洗、润滑，润滑后如果操作的扭矩没有明显改善需要对内部转动轴销部位进行清洗、润滑。由于实测扭矩以及转角数据相对预设的正常状态的扭矩以及转角数据之间局部差异明显，因此建议对局部差异明显的转角位置进行重点检查有无卡滞。本实施例通过对仿真及检测数据是否具备相应的特征图谱的分析得出预警值及检修指导性意见，专利诊断系统可以安装在现场测量装置中随时查看，也可以安装在后台电脑中供查看、分析、生成打印检修报告。专利诊断系统将测量所得扭矩的曲线与同一台的历史曲线在同一坐标系中进行比较，还可以进一步研究各种因素对关系曲线的影响，如腐蚀、润滑失效、弹簧压力变化、转动角度变化等，分析其扭矩变化的原因及预警值，得出相应的检修指导意见。

综上所述，本实施例具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构针对目前对高压隔离开关机械特性没有专用在线测量装置现状，通过研究适用于在现有机构箱内狭小空间安装扭矩及转角传感器，对隔离开关的扭矩等重要参数进行测量，隔离开关传动关节卡涩必然导致电动机构的操作扭矩增加，因此监测电动机构操作扭矩能直接反映卡涩的变化程度，为状态检修提供可靠的科学依据。本实施例具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构的应用方法针对采集的测量数据自动绘制出扭矩以及转角数据，并自动分析出该台设备的扭矩以及转角数据与正常状态的扭矩以及转角数据（历史扭矩以及转角数据）的差异，可发出预警，从而为状态检修提供科学依据，也可作为设备日常运行状态评价依据。

以上所述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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构，包括带有可转动的输出轴（10）的隔离开关操作机构本体（1），其特征在于：所述输出轴（10）上带有用于采集输出轴（10）的扭矩以及转角信息的扭矩转角测量单元（2），所述隔离开关操作机构本体（1）中设有用于接收并转发扭矩以及转角信息的数据接收装置（3），所述扭矩转角测量单元（2）、数据接收装置（3）之间通过无线网络相连。

2.根据权利要求1所述的具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构，其特征在于：所述扭矩转角测量单元（2）包括扭矩传感器（21）、模数转换模块（22）、转角传感器（23）、第一处理器（24）、无线发送模块（25）以及第一电源模块（26），所述扭矩传感器（21）的输出端通过模数转换模块（22）和第一处理器（24）的输入端相连，所述转角传感器（23）的输出端和第一处理器（24）的输入端相连，所述第一处理器（24）通过无线发送模块（25）和数据接收装置（3）相连，所述第一电源模块（26）的输出端分别与扭矩传感器（21）、模数转换模块（22）、转角传感器（23）、第一处理器（24）、无线发送模块（25）相连。

3.根据权利要求2所述的具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构，其特征在于：所述隔离开关操作机构本体（1）包括带有可转动的输出轴（10）的箱体（11），所述箱体（11）内安装有相互连接的电动机（4）、减速机构（5）以及用于操作电动机（4）的辅助开关（6），所述减速机构（5）的输出轴通过扭矩传感器（21）和输出轴（10）相连，所述转角传感器（23）和输出轴（10）连接固定。

4.根据权利要求3所述的具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构，其特征在于：所述减速机构（5）的输出轴端部设有连接盘（51），所述减速机构（5）依次通过连接盘（51）、扭矩传感器（21）和输出轴（10）相连，所述模数转换模块（22）、转角传感器（23）、第一处理器（24）、无线发送模块（25）以及第一电源模块（26）均安装在连接盘（51）上。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构，其特征在于：所述数据接收装置（3）包括无线接收模块（31）、第二处理器（32）、上位机通讯模块（33）和第二电源模块（34），所述无线接收模块（31）和扭矩转角测量单元（2）之间通过无线网络相连，所述第二处理器（32）分别和无线接收模块（31）、上位机通讯模块（33）相连，所述第二电源模块（34）的输出端分别与无线接收模块（31）、第二处理器（32）、上位机通讯模块（33）相连。

6.一种权利要求1～5中任意一项所述具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构的应用方法，其特征在于实施步骤包括：

1）通过扭矩转角测量单元（2）检测被测高压隔离开关在分合闸操作过程中输出轴（10）的扭矩和转角并生成实测扭矩以及转角数据；

2）将实测扭矩以及转角数据和预设的正常状态的扭矩以及转角数据进行比较确定被测高压隔离开关是否发生机械卡涩故障。

7.根据权利要求6所述的具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构的应用方法，其特征在于，步骤1）中生成的实测扭矩以及转角数据中横坐标为转角、纵坐标为扭矩。

8.根据权利要求6所述的具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构的应用方法，其特征在于，步骤2）中比较确定被测高压隔离开关的机械故障类型的详细步骤包括：

2.1）计算实测扭矩以及转角数据的扭矩平均值；

2.2）计算实测扭矩以及转角数据的扭矩平均值、预设的正常状态的扭矩以及转角数据的扭矩平均值之间的比值；

2.3）判断比值是否超过预设阈值，如果超过预设阈值，则判定被测高压隔离开关发生机械卡涩故障；否则，判定被测高压隔离开关未发生机械卡涩故障。

9.根据权利要求8所述的具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构的应用方法，其特征在于，步骤2.3）中还包括检测实测扭矩以及转角数据相对预设的正常状态的扭矩以及转角数据是否整体向上平移，如果整体向上平移则判定被测高压隔离开关的输出轴（10）外露转动部分或者内部转动部分的轴销发生卡滞。

10.根据权利要求8所述的具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构的应用方法，其特征在于，步骤2.3）中还包括检测实测扭矩以及转角数据相对预设的正常状态的扭矩以及转角数据是否局部差异明显，如果局部差异明显则判定局部差异明显的转角位置发生卡滞。

11.根据权利要求8或9或10所述的具有机械卡涩检测功能的隔离开关操作机构的应用方法，其特征在于，步骤2.3）中判定被测高压隔离开关发生机械卡涩故障时还包括输出机械卡涩故障的处理建议。