CN112213049A - 接触器真空管漏气和触头磨损在线监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接触器真空管漏气和触头磨损在线监测装置及监测方法，包括电磁铁、超程弹簧、反力弹簧及微型拉压力传感器，微型拉压力传感器固定于电磁铁、真空管之间，其监测方法包括漏气监测和闭锁及磨损监测和闭锁。本发明通过安装微型拉压力传感器，测试真空管自闭力变化情况，分析判断真空是否漏气，并实现漏气闭锁，保证供电安全可靠；本发明通过安装微型拉压力传感器，测试额定触头的压力变化，判断分析真空管磨损程度，实现触头磨损保护，并提醒，保证供电安全可靠。

Description

接触器真空管漏气和触头磨损在线监测装置及监测方法

技术领域：

本发明涉及煤矿监控技术领域，尤其涉及一种接触器真空管漏气和触头磨损在线监测装置，以及采用该在线监测装置的在线监测方法。

背景技术：

随着供配电元器件技术的发展，真空接触器的运行状态是保证安全可靠供电的关键器件，对接触器的故障诊断和预判故障的研究是相当必要的。真空接触器的真空管(又称真空管或真空灭弧室)在频繁的吸合和释放时会引起其波纹管疲劳破裂，真空管的瓷瓶受到碰撞或剧烈震动会破裂，这些都会引起真空管的漏气问题。真空接触器是频繁操作器件，正常分断、闭合电流几百安，短路时达到几千安，在动触头与静触头之间形成炽热的电弧，电弧会使触头融化形成金属蒸汽和液滴喷溅，从而造成触头磨损。现在对真空接触器的漏气检测和触头磨损检测采用进出厂或定期的人工测量耐压绝缘和触头行程。如果在人工检测间隔期出现问题，则不能被检测到，此时合闸会引起剧烈的电弧燃烧，炙热的电弧可以引起瓦斯爆炸损毁电气设备，炙热的电弧击穿隔爆腔体，可能会造成矿井的爆炸，轻则影响井下的正常生产，严重时甚至会影响矿井及矿工生命安全。拉力继电器串接在真空管的动触头与电磁机构之间，真空管断开时，拉力继电器的动作拉力由手动调整到小于真空负压的一个确定值，当真空管完全漏气，真空负压消失，拉力继电器阻止合闸，该方法需要反复手动调节动作拉力，且不能检测触头磨损，已经基本淘汰。交流耐压法、磁控放电法都是离线检测方法，且不能检测触头磨损。

随着矿用接触器的发展，接触器的故障还是主要集中在真空管与驱动机构方面，现产品主要有两种机构，一种是传统一体机构，通过电磁铁带动翘板机构，吸合真空管；另一种新型的三相独立机构，通过三组电磁铁分别吸合三只真空管；两种机构对真空管漏气和触头磨损在线诊断的应用均比较少，随着接触器的长时间的分合，机械机构的老化；真空管焊接缝二次破损，造成真空管漏气，并且高压大电流的分合，动静触头间的拉弧、碰撞，会造成动静触头间的磨损；通过检测真空管自闭力的变化、触头磨损程度判读接触器寿命以及损坏程度是很有必要的。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种能够实现漏气闭锁、触头磨损保护、保证供电安全可靠的接触器真空管漏气和触头磨损在线监测装置及在线监测方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种接触器真空管漏气和触头磨损在线监测装置，包括电磁铁、超程弹簧、反力弹簧及微型拉压力传感器，所述微型拉压力传感器固定于电磁铁、真空管之间，所述反力弹簧与电磁铁相固定。

在本发明一较佳实施例中，所述微型拉压力传感器依次通过变送模块、AD采样模块与MCU连接，所述MCU通过驱动模块与电磁铁连接，实现真空管的合闸、分闸。

本发明还提供一种接触器真空管漏气和触头磨损监测方法，采用上述接触器真空管漏气和触头磨损在线监测装置，包括漏气监测和闭锁、磨损监测和闭锁。

漏气监测和闭锁：

根据真空管的击穿电压与真空度的关系(巴邢曲线)，气压小于10^-3Pa以上，击穿电压急剧下降，对于真空管来说，管内的压强维持在低于10^-3Pa以下，并且要求真空度越高越好,管内的压强越低越好；随着真空管使用并漏气，管内真空度降低，管内压强增大，大气压与管内压强差值变小，自闭力变小；通过轴向固定微型拉力力传感器，分闸状态下，传感器力F2＝自闭力F1≈压强×面积，实时监测传感器力的变化，由于面积不变，进而可以实时监测管内压强变化。如果真空管在起动前已发生了严重的漏气，使得真空管的内外压差变为零或接近零，F2＝F1＝0N,从而判断真空管损坏严重或者漏气，实现漏气闭锁功能。

磨损监测和闭锁：

真空接触器，因其体积小，频繁启停，在供配电技术领域广泛使用，真空管内的触头是接触器的关键部件，在合分期间，由于高温的电弧，强烈撞击，触头长时间使用，容易磨损和氧化，触头磨损厚度有一个最大限定值，如果超过最大限定值，接触器会造成，合闸触头压力变小，受电弧斥力以及机械结构影响，合闸可靠性能降低，出现合分故障增多，这将引起严重后果，本方案通过轴向安装的微型拉压力传感器，合闸状态下，传感器力F2＝触头压力F1，当触头磨损后，电磁铁总行程L不变，开距L2等于原开距增加触头磨损L4，开距变大，超行程Lc等于L总行程减开距L2，超行程变小，触头弹簧压缩量变小，触头压力相应减小；本方案通过在合闸状态实时监测触头压力变化，来判断触头磨损厚度，当触头磨损厚度达到极限值时，实现保护跳闸，提醒维护维修；例如：触头弹簧刚度系数选取k，触头允许磨损n，触头压力在位磨损时触头压力的基础上降低kn，通过设定触头压力下限值，判断触头磨损上极限，实现触头磨损保护以及闭锁。

具体地，漏气监测和闭锁、磨损监测和闭锁实现时，设定真空管漏气闭锁值Fk，触头磨损值Fm；当接触器分闸时，判断传感器压力-Fz是否小于漏气闭锁值Fk；当-Fz<Fk，MCU判定为漏气，并且合闸闭锁、显示漏气故障，提醒用户；当-Fz>＝Fk，MCU判定未漏气，实时监测传感器力-Fz，并显示力值；当接触器合闸时，判断接触器触头压力Fz是否小于触头磨损值Fk；当Fz<Fk，MCU判定为到达磨损极限值，立即合闸闭锁、并报警，提醒客户；当Fz>＝Fk，MCU判定触头磨损在允许范围内，实时监测触头压力Fz，并显示力值。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种接触器真空管漏气和触头磨损在线监测装置及监测方法，通过安装微型拉压力传感器，测试真空管自闭力变化情况，分析判断真空是否漏气，并实现漏气闭锁，保证供电安全可靠；本发明通过安装微型拉压力传感器，测试额定触头的压力变化，判断分析真空管磨损程度，实现触头磨损保护，并提醒，保证供电安全可靠。

附图说明：

图1为本发明的接触器真空管漏气和触头磨损在线监测装置的实施例1的原理图；

图2为本发明的漏气监测和闭锁、磨损监测和闭锁的原理图；

图3为本发明的接触器真空管漏气和触头磨损在线监测装置的实施例2的原理图；

图4为本发明的接触器真空管漏气和触头磨损监测方法的流程原理图；

图5为本发明的接触器真空管漏气和触头磨损在线监测装置的另一实施例的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1：

如图1所示的一种接触器真空管漏气和触头磨损在线监测装置，包括电磁铁1、超程弹簧2、反力弹簧3、微型拉压力传感器4、真空管5，微型拉压力传感器4固定于电磁铁1、真空管5之间。

如图2所示，根据真空管的击穿电压与真空度的关系(巴邢曲线)，气压小于10^-3Pa以上，击穿电压急剧下降，对于真空管来说，管内的压强维持在低于10^-3Pa以下，并且要求真空度越高越好,管内的压强越低越好；随着真空管使用并漏气，管内真空度降低，管内压强增大，大气压与管内压强差值变小，自闭力变小；通过轴向固定微型拉力力传感器，分闸状态下，传感器力F2＝自闭力F1≈压强×面积，实时监测传感器力的变化，由于面积不变，进而可以实时监测管内压强变化。如果真空管在起动前已发生了严重的漏气，使得真空管的内外压差变为零或接近零，F2＝F1＝0N,从而判断真空管损坏严重或者漏气，实现漏气闭锁功能。

接触器分闸后，反力弹簧F2大于自闭力的F4，使得真空管处于额定开距状态，微型拉压力传感器承受拉力F5等于真空管自闭力F4；真空管完全漏气后，管内压强等于大气压，F4＝0；F5＝F4＝0；通过实时监测传感器力F5判断真空管漏气现象。

如图2所示，真空接触器，因其体积小，频繁启停，在供配电技术领域广泛使用，真空管室内的触头是接触器的关键部件，在合分期间，由于高温的电弧，强烈撞击，触头长时间使用，容易磨损和氧化，触头磨损厚度有一个最大限定值，如果超过最大限定值，接触器会造成，合闸触头压力变小，受电弧斥力以及机械结构影响，合闸可靠性能降低，出现合分故障增多，这将引起严重后果，本方案通过轴向安装的微型拉压力传感器，合闸状态下，传感器力F2＝触头压力F1，当触头磨损后，电磁铁总行程L不变，开距L2等于原开距增加触头磨损L4，开距变大，超行程Lc等于L总行程减开距L2，超行程变小，触头弹簧压缩量变小，触头压力相应减小；本方案通过在合闸状态实时监测触头压力变化，来判断触头磨损厚度，当触头磨损厚度达到极限值时，实现保护跳闸，提醒维护维修；例如：触头弹簧刚度系数选取k，触头允许磨损n，触头压力在位磨损时触头压力的基础上降低kn，通过设定触头压力下限值，判断触头磨损上极限，实现触头磨损保护以及闭锁。

接触器合闸后，触头弹簧被压缩，提供额定触头压力，防止合闸过程电弧斥力影响，保证接触器可靠合闸；传感器力F5等于真空管触头压力F4，通过在线监测传感器力F5的变化，判断接触触头磨损以及接触器损坏程度，实现故障闭锁以及对接头磨损程度的判断。

实施例2：

如图3所示，在实施例1的基础上，增加传感器变送模块、A/D采样模块、MCU及电磁铁驱动模块，通过轴向安装微型拉压力传感器，二次信号通过变送模块，转换为标准线性电压信号后，通过A/D采集模块，送入MCU，MCU通过逻辑判断后，输出信号到电磁铁驱动模块，实现对真空管的合、分。

实施例3：

本发明的接触器真空管漏气和触头磨损监测方法如图4所示，得电后，设定真空管漏气闭锁值Fk，触头磨损值Fm；当接触器分闸时，判断传感器压力-Fz是否小于漏气闭锁值Fk；当-Fz<Fk，MCU判定为漏气，并且合闸闭锁、显示漏气故障，提醒客户；当-Fz>＝Fk，MCU判定未漏气，实时监测传感器力-Fz,并显示力值；当接触器合闸状态时，判断接触器触头压力Fz是否小于触头磨损值Fk；当Fz<Fk，MCU判定为到达磨损极限值，立即合闸闭锁、并报警，提醒客户；当Fz>＝Fk，MCU判定触头磨损在允许范围内，实时监测触头压力Fz,并显示力值。

实施例4：

在传统机构接触器上也能够实现真空管漏气以及触头磨损判别，如图5所示，包括电磁铁1、超程弹簧2、反力弹簧3、微型拉压力传感器4、真空管5、L型翘板6，超程弹簧与L型翘板之间安装微型拉压力传感器；分闸时，传感器力F5等于真空管自闭力，通过监测传感器力F5变化，实现漏气监测以及闭锁保护，原理与实施例1-3相同；合闸后，传感器力F5等于真空管额定触头压力，通过监测传感器力F5变化，实现触头磨损判断以及闭锁保护。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”、“设有”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种接触器真空管漏气和触头磨损在线监测装置，其特征在于：包括电磁铁、超程弹簧、反力弹簧及微型拉压力传感器，所述微型拉压力传感器固定于电磁铁、真空管之间，所述反力弹簧与电磁铁相固定。

2.根据权利要求1所述的接触器真空管漏气和触头磨损在线监测装置，其特征在于：所述微型拉压力传感器依次通过变送模块、AD采样模块与MCU连接，所述MCU通过驱动模块与电磁铁连接，实现真空管的合闸、分闸。

3.一种接触器真空管漏气和触头磨损监测方法，采用如权利要求1或2所述的接触器真空管漏气和触头磨损在线监测装置，其特征在于：包括漏气监测和闭锁、磨损监测和闭锁；

所述漏气监测和闭锁是根据真空管的击穿电压与真空度的关系，通过轴向固定微型拉压力传感器，分闸状态下，传感器力＝自闭力≈压强×面积，由于面积不变，进而可以实时监测真空管内压强变化，判断真空管损坏严重或者漏气，实现漏气闭锁功能；

所述磨损监测和闭锁是通过轴向安装的微型拉压力传感器，合闸状态下，传感器力＝触头压力，实时监测触头压力变化，通过设定触头压力下限值，判断触头磨损上极限，实现触头磨损保护以及闭锁。

4.根据权利要求3所述的接触器真空管漏气和触头磨损监测方法，其特征在于：漏气监测和闭锁、磨损监测和闭锁实现时，设定真空管漏气闭锁值Fk，触头磨损值Fm；当接触器分闸时，判断传感器压力-Fz是否小于漏气闭锁值Fk；当-Fz<Fk，MCU判定为漏气，并且合闸闭锁、显示漏气故障，提醒客户；当-Fz>＝Fk，MCU判定未漏气，实时监测传感器力-Fz，并显示力值；当接触器合闸时，判断接触器触头压力Fz是否小于触头磨损值Fk；当Fz<Fk，MCU判定为到达磨损极限值，立即合闸闭锁、并报警，提醒客户；当Fz>＝Fk，MCU判定触头磨损在允许范围内，实时监测触头压力Fz，并显示力值。

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