CN110174203B - 高压开关触头压力测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压开关触头压力测量装置和测量方法，其中测量装置包括：直线电机双驱动机构、压力测量机构和位移检测机构；直线电机双驱动机构用于驱动位移检测机构移动；位移检测机构用于检测高压开关触头在高压开关处于合闸状态时两触指之间的距离；直线电机驱动机构还用于在高压开关处于分闸状态时，驱动位移检测机构将高压开关触头的两触指恢复到高压开关处于合闸状态时的位置；压力测量机构用于在高压开关触头的触指恢复到合闸状态的位置时，检测高压开关触头的触头压力。通过本发明的技术方案，实现了高压开关的自动加紧、自动测量，提高了测量精度，提高了适用性，提高了隔离开关高压输电的可靠性、接地开关安全性。

Description

高压开关触头压力测量装置和测量方法

技术领域

本发明涉及高压开关检测技术领域，尤其涉及一种高压开关触头压力测量装置和一种高压开关触头压力测量方法。

背景技术

高压开关是电力系统中使用量最大的电气设备，通常包括高压隔离开关和高压接地开关。

高压隔离开关处在高压输电的线路之中，负责几千安培电流的传输，通常安装在户外，工作条件比较恶劣，失效和事故频发。通过统计发现，发热及过热现象是高压隔离开关频繁发生失效甚至损坏事故的主要原因。高压隔离开关发生过热失效主要与触头、触指间的接触面积、回路电阻和接触压力有关。接触面积和回路电阻受接触压力的直接影响，所以隔离开关触头触指间的接触压力是决定高压隔离开关热稳定性，同时也是进行高压隔离开关检修的关键因素。

高压接地开关主要用在安全接地方面。在高压输电系统中，架空线对待检修电气设备的会产生几千伏特感应电压。为了泄放该感应电压，通常使用高压接地开关把待检修电气设备短接到大地，可见其接地的可靠性直接决定了电气设备的安全性，以及检修工作人员的生命安全。通过调研可知，高压接地开关在实际应用中性能参差不齐，检修工作人员出于对高压接地开关的不信任，通常在接地开关合闸后，再使用透明接地线把电气设备重复接地，这无疑增加了工作人员的工作量，也带来了现场操作的不规范性。

由此可见，高压隔离开关和高压接地开关的性能，对高压输电，以及电气的检修意义重大。高压开关的性能通常表现在，开关合闸时动触头触指的压力是否满足设计规范。虽然市场上也出现了卡钳式、弹簧秤式触头压力测试方法，总体来看，仪器操作复杂，人为因素比较大、一致性差、实用性不高。因此研究一种自动化、精确度高的高压开关触头压力测试方法非常重要。

发明内容

针对上述问题中的至少之一，本发明提供了一种高压开关触头压力测量装置和测量方法，通过直线电机的双驱动机构，实现高压开关的自动加紧、自动测量，减少了人工参与所导致的误差过大的问题，提高了测量精度；并可满足各种不同结构开关触头的测量，基于平行梁不变弯矩原理设计的压力测量机构，实现了支撑条的自由延长，可满足目前绝大多数高压隔离开关、高压接地开关的触头压力测量，提高了隔离开关高压输电的可靠性、接地开关安全性。

为实现上述目的，本发明提供了一种高压开关触头压力测量装置，包括：直线电机双驱动机构、压力测量机构和位移检测机构；所述直线电机双驱动机构用于驱动所述位移检测机构移动；所述位移检测机构用于检测高压开关触头在高压开关处于合闸状态时两触指之间的距离；所述直线电机驱动机构还用于在所述高压开关处于分闸状态时，驱动所述位移检测机构将所述高压开关触头的两触指恢复到所述高压开关处于合闸状态时的位置；所述压力测量机构用于在所述高压开关触头的触指恢复到所述高压开关处于合闸状态时的位置时，检测所述高压开关触头的触头压力。

在上述技术方案中，优选地，所述直线电机双驱动机构包括底座、定子和动子，所述定子固定于所述底座上，所述动子设置于所述定子上并沿所述定子的轴向运动；所述压力测量机构包括第一支撑条、第二支撑条和基于不变弯矩原理的平行梁，所述动子包括第一动子和第二动子，所述第一支撑条安装于第一动子上，所述第一支撑条与所述底座共同夹持于高压开关触头的一侧触指上，所述第二支撑条安装于所述第二动子上，所述平行梁安装于所述第二支撑条上；所述位移检测机构包括光栅尺和光栅传感器，所述光栅尺沿所述定子设置，所述光栅传感器设置于所述第一动子和所述第二动子内。

在上述技术方案中，优选地，所述平行梁为单孔平行梁结构，所述平行梁上粘附惠斯通电桥传感器并组成惠斯通电桥电路。

在上述技术方案中，优选地，所述直线电机双驱动机构为圆柱型结构，所述定子为圆柱形，所述动子沿所述定子的母线方向滑动。

在上述技术方案中，优选地，所述惠斯通电桥电路的输出端与数据处理终端相连，所述数据处理终端计算所述惠斯通电桥电路的输出电压对应的压力值。

本发明还提出一种高压开关触头压力测量方法，包括：在高压开关处于合闸状态时，利用位移检测机构检测高压开关触头的两触指之间的距离；在所述高压开关处于分闸状态时，利用直线电机双驱动机构驱动所述位移检测机构将所述高压开关触头的两触指恢复到所述高压开关处于合闸状态时的位置；利用压力测量机构检测所述高压开关触头的触头压力。

在上述技术方案中，优选地，高压开关触头压力测量方法具体包括：在所述高压开关处于合闸状态时，驱动第一动子沿定子带动第一支撑条向底座运动，以将所述高压开关触头的一侧触指夹持于所述第一支撑条和所述底座之间；驱动第二动子沿定子带动第二支撑条向背离所述底座方向运动至所述高压开关触头的另一侧触指内侧；利用设置于定子上的光栅尺和设置于所述第一动子和所述第二动子内的光栅传感器，检测所述第一支撑条与所述第二支撑条之间的距离；在所述高压开关处于关闸状态时，驱动所述第二动子带动所述第二支撑条运动，以将所述高压开关触头的另一侧触指推动至所述高压开关处于合闸状态时的距离处；利用惠斯通电桥电路检测所述第二支撑条上的基于不变弯矩原理的平行梁的弯矩差，通过数据处理终端计算所述高压开关触头的触头压力值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过直线电机的双驱动机构，实现了高压开关的自动加紧、自动测量，减少了人工参与所导致的误差过大的问题，提高了测量精度；并可满足各种不同结构开关触头的测量，基于平行梁不变弯矩原理设计的压力测量机构，实现了支撑条的自由延长，可满足目前绝大多数高压隔离开关、高压接地开关的触头压力测量，提高了隔离开关高压输电的可靠性、接地开关安全性。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的高压开关触头压力测量装置的测试原理结构示意图；

图2为本发明一种实施例公开的平行梁的结构示意图；

图3为本发明一种实施例公开的平行梁受力后的变形结构示意图；

图4为本发明一种实施例公开的数据处理终端的结构示意框图。

图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：

11.底座，12.定子，13.第一动子，14.第二动子，21.第一支撑条，22.第二支撑条，23.平行梁，31.光栅尺，41.第一触指，42.第二触指，43.拉簧，44.第一触指支座，45.第二触指支座，46.导电管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1至图4所示，根据本发明提供的一种高压开关触头压力测量装置，包括：直线电机双驱动机构、压力测量机构和位移检测机构；直线电机双驱动机构用于驱动位移检测机构移动；位移检测机构用于检测高压开关触头在高压开关处于合闸状态时两触指之间的距离；直线电机驱动机构还用于在高压开关处于分闸状态时，驱动位移检测机构将高压开关触头的两触指恢复到高压开关处于合闸状态时的位置；压力测量机构用于在高压开关触头的触指恢复到高压开关处于合闸状态时的位置时，检测高压开关触头的触头压力。

在上述实施例中，优选地，直线电机双驱动机构包括底座11、定子12和动子，定子12固定于底座11上，动子设置于定子12上并沿定子12的轴向运动；压力测量机构包括第一支撑条21、第二支撑条22和基于不变弯矩原理的平行梁23，动子包括第一动子13和第二动子14，第一支撑条21安装于第一动子13上，第一支撑条21与底座11共同夹持于高压开关触头的一侧触指上，第二支撑条22安装于第二动子14上，平行梁23安装于第二支撑条22上；位移检测机构包括光栅尺31和光栅传感器，光栅尺31沿定子12设置，光栅传感器(图中未示出)设置于第一动子13和第二动子14内。

在该实施例中，位移检测机构包括附着在定子12上的光栅尺31、安装在第一动子13和第二动子14内部的光栅传感器，用于实现高压开关触头的触指分合位移量的测量，分辨率可以达到10μm。压力测量机构包括固定在第二动子14上基于不变弯矩原理的平行梁23以及固定在平行梁23上的第二支撑条22，实现对高压开关触头压力的测量。底座11和第一动子13上固定的第一支撑条21实现对高压开关触头的一触指的固定夹紧，避免在测试过程中出现滑动，从而提高测试的精确性和可靠性。

其中，平行梁23使用的材料优选为具有优良机械加工性能的低弹性模量的2A12铝合金，并设计成单孔平行梁23结构，且在单孔临界处上下平行梁23表面的C1、C2、T1、T2点，粘贴单轴电阻应变计。

根据材料力学可知，平行梁23如果受到如图3所示的外力F时，将在C1、C2、T1、T2处，产生应变集中，平行梁23将产生平行四边形变形，应变区出现拉伸、压缩成双的弯曲应力、应变，满足惠斯通电桥电路需要。电阻应变计T1、T2测量的是正弯曲应变，电阻应变计C1、C2测量的是负弯曲应变。

电阻应变计T1、C1测得的应变计值，正比于外力F在此截面引起的弯矩M1，即M1＝L1*F；

电阻应变计T2、C2测得的应变计值，正比于外力F在此截面引起的弯矩M2，即M2＝(L1+L)*F；

则，两个应变截面的弯矩差

M2-M1＝(L1+L)*F-L1*P＝L*F。

上述公式即为平行梁23的力学特性，也称之为不变弯矩原理，由于两个应变截面弯矩差为L*F，说明平行梁23的输出与L1无关，即两截面的弯矩差对加载点的位置L1的变化不敏感，只与两个应变截面的距离L有关。平行梁23的弯矩，在应力集中的C1、C2、T1、T2处表现为应变。为了测量该出应变值，在应变集中处粘贴单轴电阻应变计，并组成惠斯通电桥电路。惠斯通电桥电路输出的电压信号即为应变信号，也即是两截面的弯矩差。惠斯通电桥电路的输出端与数据处理终端相连，数据处理终端实时采集惠斯通电桥电路输出的电压信号，并通过算法可计算出所加载的外力F值，即触头压力值。

其中，由于高压开关种类繁多，有些开关触头的触指间距比较小，常见的测量装置存在安装困难的问题。本发明所提出的测量装置中，第一支撑条21和第二支撑条22可自由延长，在刚度许可的范围内可以变薄，方便插入到高压开关触头的两触指之间，第二支撑条22可以与平行梁23设计成一体，也可以两者分别设计，然后通过螺杆固定在一起。

在上述实施例中，直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置，也称为线性电机，线性马达，直线马达，推杆马达。直线电机可分为平板式直线电机、U型槽式直线电机以及圆柱型直线电机，具有系统结构简单、磨损少、噪声低、组合性强、维护方便等优点。直线电机原理可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展开成平面而成。本发明中直线电机优选采用圆柱型结构，定子12也可称为磁轨，由高能量、高导磁率的稀土永磁铁铸造成圆柱型结构，动子是由环氧树脂把线圈压缩在一起制成。动子在微处理器的驱动下，在定子12上滑动，附着在定子12上的高分辨率光栅编码器，作为动子的位置反馈，可实现直线电机动子的精确定位，定位分辨率可轻松达到10微米，满足设计需求。

本发明还提出一种高压开关触头压力测量方法，包括：在高压开关处于合闸状态时，利用位移检测机构检测高压开关触头的两触指之间的距离；在高压开关处于分闸状态时，利用直线电机双驱动机构驱动位移检测机构将高压开关触头的两触指恢复到高压开关处于合闸状态时的位置；利用压力测量机构检测高压开关触头的触头压力。

在该实施例中，高压开关触头包括第一触指41、第二触指42、拉簧43、第一触指支座44、第二触指支座45和导电管46。当高压开关处在分闸状态时，第一触指41、第二触指42在拉簧43的作用下，分别紧靠在第一触指支座44、第二触指支座45上。当高压开关处在合闸状态时，动触头插入到静触头的第一触指41和第二触指42之间，会导致两者张开，此时两触指间距离S；两触指在拉簧43的作用下回加紧动触头，该夹紧力，也就是触头压力，即为本发明待要测量的触头压力。

在上述实施例中，具体地，高压开关触头压力测量方法具体包括：

首先，在高压开关处于合闸状态，即高压开关的动触头插入静触头内时，高压开关触头的第一触指41和第二触指42张开到距离S，此时将第一支撑条21和第二支撑条22插入第一触指41和第二触指42之间，数据处理终端驱动第一动子13沿定子12带动第一支撑条21向底座11运动，以将高压开关触头的一侧触指夹持于第一支撑条21和底座11之间；数据处理终端驱动第二动子14沿定子12带动第二支撑条22向背离底座11方向运动至高压开关触头的另一侧触指内侧；利用设置于定子12上的光栅尺31和设置于第一动子13和第二动子14内的光栅传感器，检测第一支撑条21与第二支撑条22之间的距离；

然后，在高压开关处于关闸状态时，高压开关触头的第一触指41和第二触指42在拉簧43的作用力下恢复到初始状态，此时，数据处理终端驱动第一动子13沿定子12带动第一支撑条21向底座11运动，以将高压开关触头的第一触指41夹持于第一支撑条21和底座11之间；数据处理终端驱动第二动子14带动第二支撑条22运动，以将高压开关触头的第二触指42推动至高压开关处于合闸状态时的距离处；

最后，由于第二触指42对第二支撑条22产生的压力传递到平行梁23，利用惠斯通电桥电路检测第二支撑条22上的基于不变弯矩原理的平行梁23的弯矩差，并将应变信号传递至数据处理终端，数据处理终端经过算法计算高压开关触头的触头压力值。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高压开关触头压力测量装置，其特征在于，包括：直线电机双驱动机构、压力测量机构和位移检测机构；

所述直线电机双驱动机构用于驱动所述位移检测机构移动；

所述位移检测机构用于检测高压开关触头在高压开关处于合闸状态时两触指之间的距离；

所述直线电机驱动机构还用于在所述高压开关处于分闸状态时，驱动所述位移检测机构将所述高压开关触头的两触指恢复到所述高压开关处于合闸状态时的位置；

所述压力测量机构用于在所述高压开关触头的触指恢复到所述高压开关处于合闸状态时的位置时，检测所述高压开关触头的触头压力；

所述直线电机双驱动机构包括底座、定子和动子，所述定子固定于所述底座上，所述动子设置于所述定子上并沿所述定子的轴向运动；

所述压力测量机构包括第一支撑条、第二支撑条和基于不变弯矩原理的平行梁，所述动子包括第一动子和第二动子，所述第一支撑条安装于第一动子上，所述第一支撑条与所述底座共同夹持于高压开关触头的一侧触指上，所述第二支撑条安装于所述第二动子上，所述平行梁安装于所述第二支撑条上；

所述位移检测机构包括光栅尺和光栅传感器，所述光栅尺沿所述定子设置，所述光栅传感器设置于所述第一动子和所述第二动子内；

所述平行梁为单孔平行梁结构，所述平行梁上粘附惠斯通电桥传感器并组成惠斯通电桥电路；

所述直线电机双驱动机构为圆柱型结构，所述定子为圆柱形，所述动子沿所述定子的母线方向滑动；

所述惠斯通电桥电路的输出端与数据处理终端相连，所述数据处理终端计算所述惠斯通电桥电路的输出电压对应的压力值。

2.一种高压开关触头压力测量方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的高压开关触头压力测量装置，包括：

在高压开关处于合闸状态时，利用位移检测机构检测高压开关触头的两触指之间的距离；

在所述高压开关处于分闸状态时，利用直线电机双驱动机构驱动所述位移检测机构将所述高压开关触头的两触指恢复到所述高压开关处于合闸状态时的位置；

利用压力测量机构检测所述高压开关触头的触头压力。

3.根据权利要求2所述的高压开关触头压力测量方法，其特征在于，具体包括：

在所述高压开关处于合闸状态时，驱动第一动子沿定子带动第一支撑条向底座运动，以将所述高压开关触头的一侧触指夹持于所述第一支撑条和所述底座之间；

驱动第二动子沿定子带动第二支撑条向背离所述底座方向运动至所述高压开关触头的另一侧触指内侧；

利用设置于定子上的光栅尺和设置于所述第一动子和所述第二动子内的光栅传感器，检测所述第一支撑条与所述第二支撑条之间的距离；

在所述高压开关处于关闸状态时，驱动所述第二动子带动所述第二支撑条运动，以将所述高压开关触头的另一侧触指推动至所述高压开关处于合闸状态时的距离处；

利用惠斯通电桥电路检测所述第二支撑条上的基于不变弯矩原理的平行梁的弯矩差，通过数据处理终端计算所述高压开关触头的触头压力值。