CN110335770B - 一种智能化隔离开关控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化隔离开关控制装置，包括用于驱动隔离开关动作的隔离主轴、驱动组件、传动组件及控制器；驱动组件通过传动组件与隔离主轴旋转连接；驱动组件包括动杆、用于驱动所述动杆运动的永磁线圈，动杆上设置有铁芯，铁芯位于永磁线圈内周侧，永磁线圈中设置有永磁体；控制器用于向永磁线圈施加负极性或正极性电压，从而驱动动杆运动，动杆通过传动组件带动隔离主轴转动，实现隔离开关合闸或分闸。通过永磁线圈代替弹簧作为动力源，输出力特性曲线与开关的动作行程更加匹配，有效地提高了对隔离开关的控制精度，并且与弹簧相比，有利于简化整个装置的结构，降低故障率，提高使用寿命；还提供了该装置的控制方法。

Description

一种智能化隔离开关控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及电网控制技术领域，尤其是一种智能化隔离开关控制装置及其控制方法。

背景技术

随着城市建设的规模和经济的快速发展，对电力配电网的可靠性、环保、智能化等方面提出了更高的要求，而隔离开关控制装置作为中压配网开关设备中的隔离开关的动力系统，同样在机械性能、稳定性、二次控制系统方面有着高可靠性的要求。现有的隔离开关控制装置大多数都是采用弹簧作为动力来源，例如通过手动弹簧储能和释放实现快速分合闸，或者利用电机进行弹簧储能，但是，由于弹簧为纯机械部件，无论是电动还是手动的弹簧储能隔离操动装置，都存在输出力特性曲线与开关的动作行程不匹配的问题，使得对隔离开关的控制精度不足。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种隔离开关控制装置及其控制方法。

本发明的技术方案如下：一种智能化隔离开关控制装置，包括用于驱动隔离开关动作的隔离主轴、驱动组件、传动组件以及控制器；所述驱动组件通过所述传动组件与所述隔离主轴旋转连接；所述驱动组件包括动杆和用于驱动所述动杆运动的永磁线圈，所述动杆上设置有铁芯，所述铁芯位于所述永磁线圈内周侧，所述永磁线圈中设置有永磁体；所述控制器用于向所述永磁线圈施加负极性或正极性电压，从而驱动所述动杆运动，所述动杆通过所述传动组件带动所述隔离主轴转动，实现隔离开关合闸或分闸。

优选的，所述传动组件包括凸轮、连杆和杠杆，所述动杆、杠杆、连杆、凸轮及隔离主轴的端部依次旋转连接，当所述动杆直线向下运动时，所述动杆驱动所述杠杆顺时针运动，所述杠杆驱动所述连杆向上运动，所述连杆再驱动所述凸轮顺时针旋转，从而带动隔离主轴旋转；当所述动杆直线向上运动时，所述动杆驱动所述杠杆逆时针运动，所述杠杆驱动所述连杆向下运动，所述连杆再驱动所述凸轮逆时针旋转，从而带动隔离主轴旋转。

优选的，所述驱动组件还包括用于保护所述永磁线圈的壳体，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体之间留有空隙，并且所述上壳体可沿所述动杆相对所述下壳体运动，所述上壳体与所述动杆之间螺纹连接，所述上壳体可通过螺旋运动改变与所述下壳体的相对位置，从而调节所述动杆上的铁芯的行程距离。

优选的，智能化隔离开关控制装置还包括用于固定所述隔离主轴、传动组件和驱动组件的固定板。

优选的，所述固定板包括上底板、下底板和支撑板，所述支撑板、隔离主轴、传动组件和驱动组件固定于所述上底板和下底板之间，所述驱动组件固定在所述支撑板上。

优选地，所述上底板的规格比下底板小。

优选的，所述控制器与所述永磁线圈通过电源线电连接。

优选的，所述控制器包括用于向所述永磁线圈供电的放电模块、用于驱动所述放电模块的驱动模块和控制电源，其中放电模块是MOSFET放电电路，对应地驱动模块为MOSFET驱动芯片，控制电源用于为整个装置供电，或者所述放电模块采用IGBT放电回路，所述驱动模块为IGBT驱动芯片。

优选的，控制器上设置有通讯端口，所述通讯端口与所述IGBT驱动芯片连接，通过所述通讯端口可对IGBT驱动芯片的参数进行设置。

一种前述智能化隔离开关控制装置的控制方法，包括以下步骤：

S100：向永磁线圈施加正极性电压，使得动杆向下运动，通过传动组件带动隔离主轴转动，实现隔离开关合闸；

S200：延时10秒；

S300：向永磁线圈施加负极性电压，使得动杆向上运动，通过传动组件带动隔离主轴转动，实现隔离开关分闸；

S400：延时10秒；

S500：判断隔离开关分闸是否达到预设的次数，若隔离开关分闸的次数达到预设值，则停止执行；若隔离开关分闸的次数未达到预设值，则重复上述步骤。

本发明的提供的智能化隔离开关控制装置包括但不限于以下技术效果：

1)通过采用永磁线圈代替传统技术中的弹簧作为隔离开关的动力来源，通过控制器向所述永磁线圈施加正/负极电压，可利用永磁线圈的电磁特性带动隔离开关动作，输出力特性曲线与开关的动作行程更加匹配，有效地提高了对隔离开关的控制精度，并且与弹簧相比，有利于简化整个装置的结构，降低故障率，提高使用寿命；

2)通过凸轮、连杆和杠杆的传递，特别是在动杆和凸轮之间设置连杆和杠杆，可以提高动杆对凸轮的作用力的强度，使运动传递更加顺畅、有效和精确；

3)通过上壳体和下壳体之间的空隙可以提供上壳体和动杆运动的空间，由于动杆与上壳体通过螺纹连接相互固定，此时下壳体作为上壳体的限位部件，可以限制动杆运动的极限距离，以适应不同转角规格的隔离开关的控制需求；

4)通过设置上底板和下底板，并将部件设置于上底板和下底板之间，有利于提高装置的强度，并且相对于仅设置下底板安装所有部件，其保护性进一步增强；上底板的规格比下底板小，这样还可以便于部件的安装及维护；

5)通过循环执行隔离开关的合闸和分闸，并在合闸或者分闸动作之后进行延时，实现“合-10s-分-10s”动作循环，整个过程全自动化，可以便捷地对隔离开关进行寿命测试，提高生产效率；

6)IGBT具有驱动功率小，节省能耗的优点；通过IGBT驱动芯片控制IGBT放电回路开通和关断的时长，还可实现隔离开关合闸/分闸速度可调节。

附图说明

图1是本发明提供的智能化隔离开关控制装置结构示意图；

图2是本发明提供的智能化隔离开关控制装置控制隔离开关分闸时动杆的位置示意图；

图3是本发明提供的智能化隔离开关控制装置控制隔离开关合闸时动杆的位置示意图；

图4是本发明的提供的智能化隔离开关控制装置中动杆与上壳体的结构示意图；

图5是本发明提供的智能化隔离开关控制装置的电路原理框图；

图6是本发明提供的智能化隔离开关控制装置的控制方法流程图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。

如图1-4所示，本发明提供的一种智能化隔离开关控制装置，包括用于驱动隔离开关动作的隔离主轴103、驱动组件、传动组件以及控制器111；所述驱动组件通过所述传动组件与所述隔离主轴103旋转连接；所述驱动组件包括动杆109、用于驱动所述动杆109运动的永磁线圈202，所述动杆109上设置有铁芯，所述铁芯位于所述永磁线圈202内周侧，所述永磁线圈202中设置有永磁体203；所述控制器111用于向所述永磁线圈202施加负极性或正极性电压，从而驱动所述动杆109运动，所述动杆109通过所述传动组件带动所述隔离主轴103转动，实现隔离开关合闸或分闸。本实施例通过采用永磁线圈202代替传统技术中的弹簧作为隔离开关的动力来源，通过控制器111向所述永磁线圈202施加正/负极电压，可利用永磁线圈202的电磁特性带动隔离开关动作，输出力特性曲线与开关的动作行程更加匹配，有效地提高了对隔离开关的控制精度，并且与弹簧相比，有利于简化整个装置的结构，降低故障率，提高使用寿命。

优选的，所述传动组件包括凸轮102、连杆101和杠杆104，所述动杆109、杠杆104、连杆101、凸轮102及隔离主轴103的端部依次旋转连接，当所述动杆109直线向下运动时，所述动杆109驱动所述杠杆104顺时针运动，所述杠杆104驱动所述连杆101向上运动，所述连杆101再驱动所述凸轮102顺时针旋转，从而带动隔离主轴103旋转；当所述动杆109直线向上运动时，所述动杆109驱动所述杠杆104逆时针运动，所述杠杆104驱动所述连杆101向下运动，所述连杆101再驱动所述凸轮102逆时针旋转，从而带动隔离主轴103旋转。本实施例通过凸轮102、连杆101和杠杆104的传递，特别是在动杆109和凸轮102之间设置连杆101和杠杆104，可以提高动杆109对凸轮102的作用力的强度，使运动传递更加顺畅、有效和精确。当然，为了实现动杆109运动的传递，也可以采用本领域中其他的传动组件，例如所述动杆109的下端设置齿条，在控制装置中再设置与齿条啮合的齿轮结构，齿轮结构与隔离主轴103旋转连接，通过齿条、齿轮传动，将所述动杆109的直线运动转换为旋转运动，进而驱动隔离主轴103旋转。

优选的，所述驱动组件还包括用于保护所述永磁线圈202的壳体，所述壳体包括上壳体108和下壳体107，所述上壳体108和下壳体107之间留有空隙，并且所述上壳体108可沿所述动杆109相对所述下壳体107运动，所述上壳体108与所述动杆109之间螺纹连接，所述上壳体108可通过螺旋运动改变与所述下壳体107的相对位置(即调整空隙量)，从而调节所述动杆109上的铁芯的行程距离。本实施例中，通过上壳体108和下壳体107之间的空隙可以提供上壳体108和动杆109运动的空间，由于动杆109与上壳体108通过螺纹连接相互固定，此时下壳体107作为上壳体108的限位部件，可以限制动杆109运动的极限距离，以适应不同转角规格的隔离开关的控制需求。例如，需要减小动杆109的行程距离时，向下旋转上壳体108即可，上壳体108与下壳体107之间的距离(即图中H)即为动杆109的动作总行程，其与隔离开关的转角之间关系如表1所示。本实施例仅给出其中一种情况，实际上动杆109动作总行程与隔离开关转角的关系可以根据实际情况调节动杆109、杠杆104、连杆101的程度及夹角等参数进行改变。

表1

序号	动杆109动作总行程H(mm)	隔离开关转角α(°)
			1	8	34.3
2	9	38.5
			3	10	42.8
4	11	47.1
			5	12	51.4
6	13	55.8
			7	14	60.3
8	15	64.8
			9	16	69.4
10	17	74.1
			11	18	79.0
12	19	84.2
			13	20	89.7

优选的，智能化隔离开关控制装置还包括用于固定所述隔离主轴103、传动组件和驱动组件的固定板。

优选的，所述固定板包括上底板112、下底板105和支撑板106，所述支撑板106、隔离主轴103、传动组件和驱动组件固定于所述上底板112和下底板105之间，所述驱动组件固定在所述支撑板106上。通过设置上底板112和下底板105，并将部件设置于上底板112和下底板105之间，有利于提高装置的强度，并且相对于仅设置下底板105(即固定板)安装所有部件，其保护性进一步增强。

优选地，所述上底板112的规格比下底板105小，这样可以便于上述部件的安装及维护。

优选的，所述控制器111与所述永磁线圈202通过电源线110电连接。

优选的，如图5所示，所述控制器111包括用于向所述永磁线圈202供电的放电模块、用于驱动所述放电模块的驱动模块和控制电源，其中放电模块是MOSFET放电电路，对应地驱动模块为MOSFET驱动芯片，控制电源用于为整个装置供电，或者所述放电模块采用IGBT放电回路，所述驱动模块为IGBT驱动芯片。IGBT具有驱动功率小，节省能耗的优点。另外，隔离开关合闸/分闸的信号输入操作可以通过继电器实现。

优选的，控制器111上设置有通讯端口，所述通讯端口与所述IGBT驱动芯片连接，通过所述通讯端口可对IGBT驱动芯片的参数进行设置，改变输出脉冲宽度参数，从而改变IGBT放电回路的输出功率，匹配不同的隔离开关负载要求。并且，由于永磁线圈202是感性元件，可以通过IGBT驱动芯片控制IGBT放电回路开通和关断的时长，输出电流的有效值随占空比的增大而增大，在电压不变的情况下，隔离开关合闸/分闸速度与输出电流成正比，从而实现隔离开关合闸/分闸速度可调节。所述通讯端口可以采用串口或者USB口的形式，或者采用无线通信方式。

作为前述优选实施例的智能化隔离开关控制装置的具体工作过程如下：

隔离开关合闸：给控制器111输入合闸信号，控制器111通过电源线110给永磁线圈202施加正极性电压，永磁线圈202得电后，产生的磁场使动杆109向下运动，上壳体108随之向下运动，动杆109推动杠杆104顺时针旋转，通过连杆101带动凸轮102顺时针转动，最后由隔离主轴103带动隔离开关动作，在下壳体107的限位作用下动杆109到达最下端后，此时可以停止向永磁线圈202供电，动杆109在永磁体203的作用下保持位置，实现隔离开关合闸。

隔离开关分闸：给控制器111输入分闸信号，控制器111通过电源线110给永磁线圈202施加负极性电压，永磁线圈202得电后，产生的磁场使动杆109向上运动，上壳体108随之向上运动，动杆109拉动杠杆104逆时针旋转，通过连杆101带动凸轮102逆时针转动，最后由隔离主轴103带动隔离开关动作，动杆109回到初始位置后停止运动，此时可以停止向永磁线圈202供电，动杆109在永磁体203的作用下保持位置，实现隔离开关分闸。

本发明还提供了一种前述智能化隔离开关控制装置的控制方法，如图6所示，包括以下步骤：

S100：向永磁线圈202施加正极性电压，使得动杆109向下运动，通过传动组件带动隔离主轴103转动，实现隔离开关合闸；

S200：延时10秒；

S300：向永磁线圈202施加负极性电压，使得动杆109向上运动，通过传动组件带动隔离主轴103转动，实现隔离开关分闸；

S400：延时10秒；

S500：判断隔离开关分闸是否达到预设的次数，若隔离开关分闸的次数达到预设值，则停止执行；若隔离开关分闸的次数未达到预设值，则重复上述步骤。

通过循环执行隔离开关的合闸和分闸，并在合闸或者分闸动作之后进行延时，实现“合-10s-分-10s”动作循环，整个过程全自动化，可以便捷地对隔离开关进行寿命测试，提高生产效率。需要补充说明的是，延时时间不限定于本实施例中的10秒，可以根据实际情况自由设定。而隔离开关分闸次数的预设值也可以根据实际情况自由设定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种智能化隔离开关控制装置，其特征在于，包括用于驱动隔离开关动作的隔离主轴、驱动组件、传动组件以及控制器；所述驱动组件通过所述传动组件与所述隔离主轴旋转连接；所述驱动组件包括动杆和用于驱动所述动杆运动的永磁线圈，所述动杆上设置有铁芯，所述铁芯位于所述永磁线圈内周侧，所述永磁线圈中设置有永磁体；所述控制器用于向所述永磁线圈施加负极性或正极性电压，从而驱动所述动杆运动，所述动杆通过所述传动组件带动所述隔离主轴转动，实现隔离开关合闸或分闸；所述驱动组件还包括用于保护所述永磁线圈的壳体，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体之间留有空隙，并且所述上壳体可沿所述动杆相对所述下壳体运动，所述上壳体与所述动杆之间螺纹连接，所述上壳体可通过螺旋运动改变与所述下壳体的相对位置，从而调节所述动杆上的铁芯的行程距离。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传动组件包括凸轮、连杆和杠杆，所述动杆、杠杆、连杆、凸轮及隔离主轴的端部依次旋转连接，当所述动杆直线向下运动时，所述动杆驱动所述杠杆顺时针运动，所述杠杆驱动所述连杆向上运动，所述连杆再驱动所述凸轮顺时针旋转，从而带动隔离主轴旋转；当所述动杆直线向上运动时，所述动杆驱动所述杠杆逆时针运动，所述杠杆驱动所述连杆向下运动，所述连杆再驱动所述凸轮逆时针旋转，从而带动隔离主轴旋转。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于固定所述隔离主轴、传动组件和驱动组件的固定板。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述固定板包括上底板、下底板和支撑板，所述支撑板、隔离主轴、传动组件和驱动组件固定于所述上底板和下底板之间，所述驱动组件固定在所述支撑板上。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述上底板的规格比下底板小。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器与所述永磁线圈通过电源线电连接。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器包括用于向所述永磁线圈供电的放电模块、用于驱动所述放电模块的驱动模块和控制电源，其中放电模块是MOSFET放电电路，对应地驱动模块为MOSFET驱动芯片，控制电源用于为整个装置供电，或者所述放电模块采用IGBT放电回路，所述驱动模块为IGBT驱动芯片。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，控制器上设置有通讯端口，所述通讯端口与所述IGBT驱动芯片连接，通过所述通讯端口可对IGBT驱动芯片的参数进行设置。

9.一种如权利要求1-8任一所述的智能化隔离开关控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100：向永磁线圈施加正极性电压，使得动杆向下运动，通过传动组件带动隔离主轴转动，实现隔离开关合闸；

S200：延时10秒；

S300：向永磁线圈施加负极性电压，使得动杆向上运动，通过传动组件带动隔离主轴转动，实现隔离开关分闸；

S400：延时10秒；

S500：判断隔离开关分闸是否达到预设的次数，若隔离开关分闸的次数达到预设值，则停止执行；若隔离开关分闸的次数未达到预设值，则重复上述步骤。

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