CN110749388A - 一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，包括空心圆柱体、柔性压力传感器、数据采集器和移动终端；所述柔性压力传感器粘附在空心圆柱体外侧圆周面，移动终端用于接收数据采集器无线发射的数据信号。本发明能够实时监测梅花触头接触压力的大小，柔性压力传感器能完全贴合到曲面形状上，且耐高温、绝缘性能好，适应高压开关柜内的高温高压环境。数据采集器就地采集数据，然后通过无线传输方式将信号传递给移动终端，避免了有线传输方式在高压开关柜内爬电的情况。移动终端能够分析、显示各个数据采集器发送来的数据，并提供声光报警功能。运维人员能够实时掌控梅花触头的接触状态，从而避免严重缺陷或故障的发生。

Description

一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置

技术领域

本发明涉及电力设备状态监测技术领域，具体地，涉及一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置。

背景技术

高压开关柜是电力系统中十分重要的电气设备，起着控制电路与保护电路的作用，广泛应用于10kV至35kV的输配电系统中。开关柜中的梅花触头是指一次动触头，为主要的载流部件。当开关柜在工作位置时，梅花触头插接到圆柱型的静触头上，依靠环形弹簧的弹力使梅花触头的触片与静触头保持接触压力。在负荷电流的长期作用下，环形弹簧由于发热易发生变形软化，使弹力减弱，引起触头接触压力减小。接触压力的减小将使回路电阻增大，使发热进一步增加，弹簧弹力进一步减小，从而形成恶性循环。严重时，将造成触头烧损、引发故障停电，给电力系统的安全运行造成巨大威胁。因此如何在线测量梅花触头接触压力成为一个亟待解决的问题。

目前，高压开关柜梅花触头接触压力主要是利用模拟静触头法进行离线测量。其基本原理为：制造出同静触头样式相似的模拟工装，在模拟工装中嵌入测力传感器，把模拟工装推入梅花触头中，然后通过测量电路测出接触压力的大小。其中的核心元件为电阻应变式传感器，电阻应变片将弹性体受力产生的形变转换成自身电阻值的变化，再通过测量电路转化为电压变化，从而计算出力的大小。当前的测试方法有以下几个问题：（1）只能在停电条件下且开关柜手车拉出时测量，无法实现在线监测；（2）将模拟工装推入梅花触头的过程存在较大的不确定性，推入角度的偏差将带来测量结果的变化；（3）每次只能测量一个梅花触头，且试验人员将模拟工装推入梅花触头的过程需要克服较大的摩擦阻力，费时费力，造成测试效率低下。

因此，亟需提供一种解决上述问题的高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，以实现梅花触头接触压力的在线监测，从而能实时掌控梅花触头的接触状态，达到提升高压开关柜运行可靠性的目的。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，包括空心圆柱体、柔性压力传感器、数据采集器和移动终端；

所述柔性压力传感器粘附在空心圆柱体外侧圆周面，所述数据采集器位于空心圆柱体内部，所述移动终端用于接收数据采集器无线发射的数据信号。

作为本发明的进一步改进，所述空心圆柱体的外径略大于高压开关柜的静触头的内径，利用热装法使空心圆柱体与静触头之间形成过盈配合；

所述空心圆柱体的材质与静触头相同，均采用T紫铜制成；

所述空心圆柱体的外表面涂有耐高温绝缘漆；

所述空心圆柱体侧面开设有一个贯穿的通孔。

作为本发明的进一步改进，所述柔性压力传感器包括依次覆合的上柔性基底、上电极层、纳米压力敏感层、下电极层和下柔性基底，一端与上电极层电连接的上电极引出线，以及一端与下电极层电连接的下电极引出线；

所述上电极引出线的另一端和下电极引出线的另一端穿过通孔后与数据采集器电连接。

作为本发明的进一步改进，所述柔性压力传感器的下柔性基底采用环氧树脂胶粘贴在空心圆柱体外侧圆周面上，使柔性压力传感器固定在空心圆柱体外侧。

作为本发明的进一步改进，所述上柔性基底和下柔性基底均采用聚亚酰胺薄膜。

作为本发明的进一步改进，所述上电极层和下电极层均采用导电银浆制成，各自覆盖在相对应的柔性基底内表面。

作为本发明的进一步改进，所述上电极引出线和下电极引出线均为银线芯，银线芯的外层包覆有聚亚酰胺保护套。

作为本发明的进一步改进，所述数据采集器包括信号放大模块、模数转换模块、无线发射模块和电源模块；

所述信号放大模块的输入端连接上电极引出线和下电极引出线，所述信号放大模块的输出端连接模数转换模块的输入端，模数转换模块的输出端连接无线发射模块的输入端，无线发射模块通过4G或5G网络将采集到的数据发送出去；

所述电源模块分别与信号放大模块、模数转换模块、无线发射模块电连接。

作为本发明的进一步改进，所述数据采集器由环氧树脂外壳包裹，固定于空心圆柱体的内表面上。

作为本发明的进一步改进，所述移动终端包括无线接收模块、数模转换模块、主控制模块、数据存储模块、触摸显示模块、声光报警模块和电源模块；

无线接收模块的输入端接收数据采集器的无线发射模块发来的信号，无线接收模块的输出端连接数模转换模块的输入端，数模转换模块的输出端连接主控制模块；

主控制模块分别与数模转换模块、触摸显示模块、声光报警模块和数据存储模块相连；

电源模块分别与无线接收模块、数模转换模块、主控制模块、数据存储模块、触摸显示模块和声光报警模块电连接，为各模块供电。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果如下：

本发明提供了一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，能够实时监测梅花触头接触压力的大小。

柔性压力传感器能完全贴合到曲面形状上，且耐高温、绝缘性能好，适应高压开关柜内的高温高压环境。

数据采集器就地采集数据，然后通过无线传输方式将信号传递给移动终端，避免了有线传输方式在高压开关柜内造成“爬电”的可能。

移动终端能够分析、显示各个数据采集器发送来的数据，并提供声光报警功能。运维人员能够实时掌控梅花触头的接触状态，从而避免严重缺陷或故障的发生。

附图说明

图1是动触头与静触头的结构示意图。

图2是本发明柔性压力传感器层间结构示意图。

图3是本发明空心圆柱体与柔性压力传感器的结合示意图。

图4是本发明所述静触头、空心圆柱体、柔性压力传感器、数据采集器组合到一起的结构示意图。

图5是本发明所述数据采集器的原理图。

图6是本发明所述移动终端的原理图。

其中，1动触臂、2静触头、3触片、4环形弹簧、5环形栅、11上柔性基底、12下柔性基底、13上电极层、14下电极层、15纳米压力敏感层、16上电极引出线、17下电极引出线、18空心圆柱体、19柔性压力传感器、20通孔、21数据采集器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，包括空心圆柱体18、柔性压力传感器19、数据采集器21和移动终端；

所述柔性压力传感器19粘附在空心圆柱体18外侧圆周面，所述数据采集器21位于空心圆柱体18内部，所述移动终端用于接收数据采集器21无线发射的数据信号。

进一步的，所述空心圆柱体18的外径略大于静触头2的内径，利用热装法使空心圆柱体18与静触头2之间形成过盈配合；

所述空心圆柱体18的材质与静触头2相同，均采用T2紫铜制成；

所述空心圆柱体18的外表面涂有耐高温绝缘漆；

所述空心圆柱体18侧面开设有一个贯穿的通孔20，具体的，通孔20直径为2mm。

进一步的，所述柔性压力传感器19包括依次覆合的上柔性基底11、上电极层13、纳米压力敏感层15、下电极层14和下柔性基底12，一端与上电极层13电连接的上电极引出线16，以及一端与下电极层14电连接的下电极引出线17；

所述上电极引出线16的另一端和下电极引出线17的另一端穿过通孔20后与数据采集器21电连接。

进一步的，所述柔性压力传感器19的下柔性基底12采用环氧树脂胶粘贴在空心圆柱体18外侧圆周面上，使柔性压力传感器19固定在空心圆柱体18外侧。

进一步的，所述上柔性基底11和下柔性基底12均采用聚亚酰胺薄膜。

进一步的，所述上电极层13和下电极层14均采用导电银浆制成，各自覆盖在相对应的柔性基底内表面。

进一步的，所述上电极引出线16和下电极引出线17均为银线芯，银线芯的外层包覆有聚亚酰胺保护套。

进一步的，所述数据采集器21包括信号放大模块、模数转换模块、无线发射模块和电源模块；

所述信号放大模块的输入端连接上电极引出线16和下电极引出线17，所述信号放大模块的输出端连接模数转换模块的输入端，模数转换模块的输出端连接无线发射模块的输入端，无线发射模块通过4G或5G网络将采集到的数据发送出去；

所述电源模块分别与信号放大模块、模数转换模块、无线发射模块电连接。

进一步的，所述数据采集器21由环氧树脂外壳包裹，固定于空心圆柱体18的内表面上。

进一步的，所述移动终端包括无线接收模块、数模转换模块、主控制模块、数据存储模块、触摸显示模块、声光报警模块和电源模块；

无线接收模块的输入端接收数据采集器21的无线发射模块发来的信号，无线接收模块的输出端连接数模转换模块的输入端，数模转换模块的输出端连接主控制模块；

主控制模块分别与数模转换模块、触摸显示模块、声光报警模块和数据存储模块相连；

电源模块分别与无线接收模块、数模转换模块、主控制模块、数据存储模块、触摸显示模块和声光报警模块电连接，为各模块供电。

如图1所示，梅花触头安装在动触臂1上，梅花触头主要由触片3、环形弹簧4和环形栅5组成。触片3固定在环形栅5上，工作位置时与静触头2接触，依靠环形弹簧4的紧固力使圆周方向形成接触压力。

如图2所示，所述柔性压力传感器包括上柔性基底11、上电极层13、纳米压力敏感层15、下电极层14、下柔性基底12及上电极引出线16和下电极引出线17，具体的，柔性压力传感器总厚度约为0.2mm，宽度为10mm。

所述上柔性基底11、下柔性基底12为聚亚酰胺薄膜，具有耐高温、电气绝缘、柔韧性好的优点。

所述上电极层13为导电银浆制成，通过丝网印刷覆盖在上柔性基底11的内表面；所述上电极层14为导电银浆制成，通过丝网印刷覆盖在下柔性基底12的内表面。

所述纳米压力敏感层15位于上电极层13、下电极层14之间，可以采用现有技术中已知的方法施加，例如将纳米石墨粉末分散在丙酮溶剂中形成导电墨水，加入到由乙烯基树脂、丁基纤维素乙酸脂和二氧化钛填料的混合物形成的绝缘墨水中，形成涂覆组合物，再通过丝网印刷并干燥形成约50微米厚的纳米压力敏感层15。

所述上电极引出线16和上电极层13连接，上电极引出线为银线芯，外层有聚亚酰胺保护套。

所述下电极引出线17和下电极层14连接，下电极引出线为银线芯，外层有聚亚酰胺保护套。

如图3所示，所述空心圆柱体18的外径略大于静触头的内径，空心圆柱体的材质与静触头相同，一般为T2紫铜。空心圆柱体的外表面涂有一层耐高温绝缘漆。空心圆柱体侧面还有一个贯穿的通孔20，直径为2mm，用来构成上电极引出线16、下电极引出线17的通道。用环氧树脂胶将柔性压力传感器19的下柔性基底12与空心圆柱体18外侧圆周面粘贴起来，实现柔性压力传感器19的固定。

如图4所示，空心圆柱体18插入到静触头2内，二者为过盈装配，使接触面紧密接触。当触片3与静触头接触时，接触压力传递到柔性压力传感器19上。柔性压力传感器19的纳米压力敏感层15在压力增大时电阻变小，电阻的变化量由上电极引出线16、下电极引出线17经过通孔20传递给数据采集器21，数据采集器21将电阻变化信号进行处理转换后传输给移动终端。数据采集器由环氧树脂外壳包裹，固定于空心圆柱体18的内表面。

如图5所示，所述数据采集器由信号放大模块、模数转换模块、无线发射模块及电源模块组成。信号放大模块、模数转换模块、无线发射模块依次电气连接。信号放大模块将电阻变化信号转化为电压信号，传输给模数转换模块；模数转换模块将电压信号转化为数字信号，传输给无线发射模块；无线发射模块通过4G或5G网络将数字信号传输给移动终端；电源模块分别与信号放大模块、模数转换模块、无线发射模块连接，为各模块提供直流电源。

如图6所示，所述移动终端包括无线接收模块、数模转换模块、主控制模块、数据存储模块、触摸显示模块、声光报警模块和电源模块。无线接收模块的输入端接收数据采集器无线发射模块发来的信号，无线接收模块的输出端连接数模转换模块的输入端，数模转换模块的输出端连接主控制模块；主控制模块分别与数模转换模块、触摸显示模块、声光报警模块和数据存储模块相连，起控制作用；触摸显示模块可以接受人员的操作指令并显示各梅花触头的接触压力数据；声光报警模块可以在有接触压力越限的情况出现时发出声光报警信号，提醒运维人员进行查看、处理；数据存储模块可以存储各传感器的压阻特性数据、检测历史数据等；电源模块为其他各模块提供直流电源。

上述实施例提供了一种适用于12～40.5kV高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，能够实时监测梅花触头接触压力的大小。柔性压力传感器能完全贴合到曲面形状上，且耐高温、绝缘性能好，适应高压开关柜内的高温高压环境；数据采集器就地采集数据，然后通过无线传输方式将信号传递给移动终端，移动终端能够分析、显示各个数据采集器发送来的数据，并提供声光报警功能。运维人员能够实时掌控梅花触头的接触状态，从而避免严重缺陷或故障的发生。

爬电是指在绝缘材料的性能降低时受天气等外界因素如空气湿度大，接连阴天霉雨季节，潮湿环境等使得带电金属部位与绝缘材料产生象水纹样电弧沿着外皮爬的现象，本发明避免了有线传输方式在高压开关柜内发生爬电的情况。

以上所述实例表达了本发明的优选实施例，描述内容较为详细和具体，但并不仅仅局限于本发明；特别指出的是，对于本领域的研究人员或技术人员来讲，在不脱离本发明的结构之内，系统内部的局部改进和子系统之间的改动、变换等，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，其特征在于：包括空心圆柱体（18）、柔性压力传感器（19）、数据采集器（21）和移动终端；

所述柔性压力传感器（19）粘附在空心圆柱体（18）外侧圆周面，所述数据采集器（21）位于空心圆柱体（18）内部，所述移动终端用于接收数据采集器（21）无线发射的数据信号。

2.根据权利要求1所述的一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，其特征在于：所述空心圆柱体（18）的外径大于高压开关柜的静触头（2）的内径，利用热装法使空心圆柱体（18）与静触头（2）之间形成过盈配合；

所述空心圆柱体（18）的材质与静触头（2）相同，均采用T2紫铜制成；

所述空心圆柱体（18）的外表面涂有耐高温绝缘漆；

所述空心圆柱体（18）侧面开设有一个贯穿的通孔（20）。

3.根据权利要求2所述的一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，其特征在于：所述柔性压力传感器（19）包括依次覆合的上柔性基底（11）、上电极层（13）、纳米压力敏感层（15）、下电极层（14）和下柔性基底（12），一端与上电极层（13）电连接的上电极引出线（16），以及一端与下电极层（14）电连接的下电极引出线（17）；

所述上电极引出线（16）的另一端和下电极引出线（17）的另一端穿过通孔（20）后与数据采集器（21）电连接。

4.根据权利要求3所述的一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，其特征在于：所述柔性压力传感器（19）的下柔性基底（12）采用环氧树脂胶粘贴在空心圆柱体（18）外侧圆周面上，使柔性压力传感器（19）固定在空心圆柱体（18）外侧。

5.根据权利要求4所述的一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，其特征在于：所述上柔性基底（11）和下柔性基底（12）均采用聚亚酰胺薄膜。

6.根据权利要求5所述的一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，其特征在于：所述上电极层（13）和下电极层（14）均采用导电银浆制成，各自覆盖在相对应的柔性基底内表面。

7.根据权利要求3所述的一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，其特征在于：所述上电极引出线（16）和下电极引出线（17）均为银线芯，银线芯的外层包覆有聚亚酰胺保护套。

8.根据权利要求3-7任一项所述的一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，其特征在于：所述数据采集器（21）包括信号放大模块、模数转换模块、无线发射模块和电源模块；

所述信号放大模块的输入端连接上电极引出线（16）和下电极引出线（17），所述信号放大模块的输出端连接模数转换模块的输入端，模数转换模块的输出端连接无线发射模块的输入端，无线发射模块通过4G或5G网络将采集到的数据发送出去；

所述电源模块分别与信号放大模块、模数转换模块、无线发射模块电连接。

9.根据权利要求8所述的一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，其特征在于：所述数据采集器（21）由环氧树脂外壳包裹，固定于空心圆柱体（18）的内表面上。

10.根据权利要求9所述的一种高压开关柜梅花触头接触压力在线监测装置，其特征在于：所述移动终端包括无线接收模块、数模转换模块、主控制模块、数据存储模块、触摸显示模块、声光报警模块和电源模块；

无线接收模块的输入端接收数据采集器（21）的无线发射模块发来的信号，无线接收模块的输出端连接数模转换模块的输入端，数模转换模块的输出端连接主控制模块；

主控制模块分别与数模转换模块、触摸显示模块、声光报警模块和数据存储模块相连；

电源模块分别与无线接收模块、数模转换模块、主控制模块、数据存储模块、触摸显示模块和声光报警模块电连接，为各模块供电。

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