CN114236280A - 一种有载分接开关电动机构检测装置和状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有载分接开关电动机构检测装置，包括磁场发生器、固定装置和检测模块；所述磁场发生器用于产生磁场；所述磁场发生器通过固定装置固定套设在电动机构的输出转轴的外端，并与输出转轴同轴转动；所述检测模块固定设置于电动机构的壳体上，检测模块包括处理器以及与处理器电连接的若干霍尔传感器，所述霍尔传感器用于检测磁场发生器的磁场变化并产生电脉冲信号，所述处理器用于根据各电脉冲信号判断电动机构的状态。

Description

一种有载分接开关电动机构检测装置和状态检测方法

技术领域

本发明涉及一种有载分接开关电动机构检测装置和状态判断方法，属于电力设备状态监控技术领域。

背景技术

有载分接开关是变压器带电调压的一种机械装置，通常由电动机构、切换开关和分接选择器组成。工作过程中，以电动机为核心部件的电动机构，带动槽轮机构将分接选择器动作到目标档位，驱动储能式快速机构储存能量，释放能量带动切换开关动作，在不同档位之间快速切换连通路径，完成调压。电动机构是分接开关的动力源，由电机、齿轮、传动轴和二次控制回路组成，零部件多，时常出现滑档，拒动，机构卡涩等故障，造成分接开关不能正常调档，进而影响变压器的安全运行。申请人发现变电企业对分接开关的运维工作中，发现的电动机构缺陷远多于切换开关和分接选择器缺陷。现有技术对分接开关进行带电检测重点主要在浸入油箱中的切换开关和分接选择器，主要通过振动检测和电机电流检测进行不停电检测，对于电动机构的缺陷也有涉及，但是采用同一种检测硬件和方法应用于电动机构检测，成本较高，无法大规模安装。针对上述缺点，现有技术202110769448.X公开了一种基于电流传感器与增量编码器的电动机构转轴转矩检测方法，通过转矩判断电机机构及开关的工作状态。该技术的采用了电流传感器与光电编码器，成本较高。现有技术202110703842.3公开了一种分接开关档位检测模块和方法，利用编码盘和光电传感器实现档位检测，可对档位及滑档进行判断，但应用于存量设备，需要对设备进行改造，影响设备可靠性，且因码盘数量较少在转速检测方面存在不足。现有技术中，常用电流传感器与振动传感器结合的方式，对分接开关的动作状态进行检测，电流传感器作为触发采集的标志，经常出现误触发或触发失败的情况，影响信号采集，且所采用的传感器多为霍尔电流传感器，成本较高。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了通过设置磁场发生器与电动机构的输出转轴同步转动，再设置包含霍尔传感器的检测模块，检测磁场变化产生电脉冲信号，可根据电脉冲信号判断电动机构状态是否异常，相比于较为常用的霍尔电流传感器方法，成本更低，判断电动机构状态异常更容易。

本发明的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种有载分接开关电动机构检测装置，包括磁场发生器、固定装置和检测模块；

所述磁场发生器用于产生磁场；

所述磁场发生器通过固定装置固定套设在电动机构的输出转轴的外端，并与输出转轴同轴转动；

所述检测模块固定设置于电动机构的壳体上，检测模块包括处理器以及与处理器电连接的若干霍尔传感器，所述霍尔传感器用于检测磁场发生器的磁场变化并产生电脉冲信号，所述处理器用于根据各电脉冲信号判断电动机构的状态。

作为优选实施方式，所述磁场发生器的主体为环形，主体上嵌设有2k个永磁体，各所述永磁体沿磁场发生器的主体的圆周方向均匀分布，相邻两永磁体的磁极朝向相反，形成k个对极磁场。

作为优选实施方式，所述固定装置包括四个夹爪，所述夹爪一端固定于所述磁场发生器的主体内侧壁上，另一端设置有“L”形夹子，通过“L”形夹子夹持在输出转轴的方形钢管外侧壁上。

作为优选实施方式，所述夹爪包括导向管、弹性件和“L”形夹子，所述导向管一端固定于所述磁场发生器的主体内侧壁上，且内部空心设置；所述弹性件放置于所述导向管的内部；所述“L”形夹子远离夹持部的一端滑动套设于所述导向管的内部。

作为优选实施方式，所述检测模块的主体为圆环形，所述处理器和各所述霍尔传感器固定设置在检测模块的主体内，且各所述霍尔传感器沿检测模块的主体的圆周方向均匀分布；所述检测模块的主体靠近电动机构的壳体的一侧设置有若干支撑结构，所述支撑结构包括万向球结和伸缩杆，所述万向球结固定于所述检测模块的主体上，所述伸缩杆一端与万向球结的活动端固定连接，另一端与电动机构的壳体固定连接。

另一方面，本发明还提供一种有载分接开关电动机构的状态检测方法，基于本发明任一实施例所述的有载分接开关电动机构检测装置实现，包括以下步骤：

通过各所述霍尔传感器检测磁场发生器产生的磁场变化，并转换为电脉冲信号输入至所述处理器；

所述处理器根据电脉冲信号变化确定输出转轴的转动起始时间和终止时间；

根据所述输出转轴的转动起始时间和终止时间确定电动机构的单次动作时长；

根据各电脉冲信号的触发时间计算所述输出转轴的转动频率；

通过电动机构的单次动作时长以及输出转轴的转动频率判断电动机构状态是否异常。

作为优选实施方式，还包括档位检测步骤，具体如下：

根据各所述霍尔传感器产生的电脉冲信号的顺序确定当前电动机构动作时输出转轴的转动方向；

根据电动机构的初始档位信息和当前电动机构动作时输出转轴的转动方向确定电动机构动作后的档位。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明一种有载分接开关电动机构检测装置，通过设置磁场发生器与电动机构的输出转轴同步转动，再设置包含霍尔传感器的检测模块，磁场发生器随输出转轴转动时磁场发生变化，霍尔传感器检测磁场变化产生电脉冲信号，可根据电脉冲信号判断电动机构状态是否异常，相比于较为常用的霍尔电流传感器方法，成本更低，判断电动机构状态异常更容易。

2、本发明一种有载分接开关电动机构检测装置，固定装置设置有多个夹爪，夹爪包含“L”形夹子，可将磁场发生器与输出转轴的方形钢管侧壁有效固定在一起，实现同步转动。

3、本发明一种有载分接开关电动机构检测装置，夹爪中还包含了弹性件，可对“L”形夹子施加弹力，使“L”形夹子压紧在输出转轴外端，且可使本装置更加便捷的安装和拆除。

4、本发明一种有载分接开关电动机构的状态检测方法，通过检测各霍尔传感器的电脉冲信号，计算电动机构的起停时间、单次动作时长和输出转轴的转动频率，可快速判断分接开关电动机构是否出现档位切换不到位(单次动作时长不足)，滑档(单次时长过长)，卡涩(动作过程中转动频率波动大)，提高分接开关工作的可靠性，从而保障电网的稳定运行。

5、本发明一种有载分接开关电动机构的状态检测方法，还提出一档位检测步骤，可根据各霍尔传感器的电脉冲信号触发顺序确定输出转轴的转动方向，再根据分接开关电动机构的初始档位信息计算完成动作后的档位，实现分接开关电动机构的档位信息采集。

附图说明

图1为本发明实施例中有载分接开关电动机构检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中磁场发生器通过固定装置与输出转轴连接的结构示意图；

图3为本发明实施例中磁场发生器及固定装置的爆炸图；

图4为本发明实施例中检测模块的外部结构示意图；

图5为本发明实施例中检测模块的内部结构示意图；

图6为本发明实施例中三个霍尔传感器检测到的电脉冲信号示意图。

图中附图标记为：

1、电动机构；2、转轴转速检测装置；22、磁场发生器；222、永磁体；223、导向管；224、“L”形夹子；225、弹性件；23、检测模块；231、上端盖；232、霍尔传感器；233、印刷电路板；234、信号处理电路；235、下端盖；236、万向球结；237、伸缩杆；3、输出转轴。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

实施例一：

参见图1，本实施例提出一种有载分接开关电动机构检测装置，包括磁场发生器22、固定装置和检测模块23；

在本实施例中，有载分接开关的电动机构1的输出转轴3朝上设置，从电动机构1壳体的顶盖上方伸出；

所述磁场发生器22用于产生磁场；

所述磁场发生器22通过固定装置固定套设在电动机构1的输出转轴3的外端，能够随着电动机构1的输出转轴的转动进行同步转动；

所述检测模块23固定设置于电动机构1壳体的顶盖上，且位于磁场发生器22的下方，调整检测模块23主体的位置使之与磁场发生器22的主体所在平面平行，并调整检测模块23主体的位置与磁场发生器22的主体之间的距离使两者在相对运动时不产生碰撞；检测模块23包括处理器以及与处理器电连接的若干霍尔传感器232，所述霍尔传感器232用于检测磁场发生器22的磁场变化并产生电脉冲信号，所述处理器用于根据各电脉冲信号判断电动机构1的状态。

作为本实施例的优选实施方式，参见图2，所述磁场发生器22的主体为环形，主体上嵌设有2k(k为大于2的整数)个永磁体222，各所述永磁体222沿磁场发生器22的主体的圆周方向均匀分布，相邻两永磁体222的磁极朝向相反，形成k个对极磁场。

作为本实施例的优选实施方式，参见图2，所述固定装置包括四个夹爪，所述夹爪一端固定于所述磁场发生器22的主体内圆周侧壁上，另一端设置有“L”形夹子224，通过“L”形夹子224夹持在输出转轴3的方形钢管外侧壁上，相邻夹爪间的夹角为90度，呈“十”字分布，使得各“L”形夹子224夹持在输出转轴3的外壁后，将磁场发生器22与输出转轴3调整为同轴转动；“L”形夹子224内表面可采用橡胶等材料，增加夹紧时的摩擦力。

作为优选实施方式，参见图3，所述夹爪包括导向管223、弹性件225和“L”形夹子224，所述导向管223一端固定于所述磁场发生器22的主体内侧壁上，且内部空心设置；所述弹性件225放置于所述导向管223的内部；所述“L”形夹子224远离夹持部的一端滑动套设于所述导向管223的内部，并与弹性件225活动连接，弹性件225能够向“L”形夹子224施加弹力，使“L”形夹子224有效夹持在输出转轴3的方形钢管外侧壁上。利用这种夹爪固定结构，可使本装置更加便捷的安装和拆除。

作为本实施例的优选实施方式，参见图4和图5，所述检测模块23的主体为圆环形，包括上端盖231、下端盖235、霍尔传感器232和处理器，本实施例中处理器由印刷电路板233和信号处理电路234组成，各所述霍尔传感器232固定设置在印刷电路板233上并与信号处理电路234电连接；

参见图5，本实施例中霍尔传感器232的数量为三个，分别为图中的H1、H2和H3，沿印刷电路板233的圆周方向均匀分布，处于中间的霍尔传感器232(H2)与两边的霍尔传感器232(H1和H3)之间的夹角为60度，夹角应根据磁场发生器22中对极磁场的数量改变，计算式为θ＝120/k，k为磁场发生器22中对极磁场的数量；对于图2所示了磁场发生器22，电动机构1的输出转轴3转过360度，每个霍尔传感器232可检测到2个上升沿，图6示出了信号示意图。

参见图5，本实施例中，所述检测模块23的主体靠近电动机构1的壳体的一侧设置有若干支撑结构，所述支撑结构包括万向球结236和伸缩杆237，所述万向球结236固定于下端盖235的底部，所述伸缩杆237一端与万向球结236的活动端固定连接，另一端与电动机构1的顶盖固定连接，通过调制各个伸缩杆237的长度，使检测模块23的主体与磁场发生器22的主体所在平面平行，通过本实施例提出的若干支撑结构，可使本装置适应输出转轴3非垂直安装的情况。

实施例二：

本实施例提供一种有载分接开关电动机构的状态检测方法，基于本发明任一实施例所述的有载分接开关电动机构检测装置实现，可对分接开关电动机构的起停时间，单次动作时长，转动方向进行检测，在这些检测的基础上，可以判断出电动机构带动的分接开关，是否出现滑档(单次动作时长过长)，未完成切换(单次动作时长不足)和卡涩(动作过程中转速频率波动大)的缺陷；

本实施例提出一种具体实施方式，包括以下步骤：

通过各所述霍尔传感器232检测磁场发生器22产生的磁场变化，并转换为电脉冲信号输入至信号处理电路；

检测模块中的信号处理电路连续检测到电脉冲信号时，当电脉冲信号的数量超过预设的阈值时，判断为电动机构起动，记录起动时间t_s；本实施例中，阈值数量设定为电动机构1的输出转轴3连续转动2圈所需要的电脉冲信号数量；确定输出转轴3的转动起始时间和终止时间；

本实施例中，信号处理电路利用3个定时器，分别对3个霍尔传感器232输出的电脉冲信号进行检测，定时器频率为f_c，电动机构的输出转轴每转过360度，每个定时器可检测到2个上升沿，3个定时器在两个上升沿间的计数值分别计为N₁、N₂、N₃，取3个定时器计数均值平滑数据波动，电动机构的输出转轴的转动频率计算公式为：

当任何两个计数器，均超过阈值时间无法检测到电脉冲信号，可判断出电动机构停止动作，信号处理电路记录终止时间t_e；

根据所述输出转轴3的转动起始时间和终止时间确定电动机构1的单次动作时长为：

t_d＝t_e-t_s

根据三个霍尔传感器232产生的电脉冲信号的顺序确定当前电动机构1动作时输出转轴3的转动方向；

以图5所示的三个霍尔传感器232的布置方式为例，当磁场发生器22顺时针旋转时(俯视)，三个霍尔传感器232输出上升沿的顺序为H1，H2，H3，逆时针旋转时，三个霍尔传感器232输出上升沿的顺序变为H3，H2，H1。

设定动作时长阈值，本实施例中动作时长阈值包括单次最长动作时间和单次最短动作时间，当电动机构1的单次动作时长超过单次最长动作时间时或小于单次最短动作时间时，判断电动机构1的状态出现异常。

根据给定的电动机构1的初始档位信息和升降档所对应的电动机构1的输出转轴3的转动方向，以及当前电动机构1动作时输出转轴3的转动方向，由检测模块23计算出每次电动机构1完成动作后的档位。

对于特定类型的开关，例如华明的CM型开关，根据转动方向和初始档位，检测模块23可判断出当前状态属于奇数档到偶数档切换，还是偶数档到奇数档切换。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种有载分接开关电动机构检测装置，其特征在于：包括磁场发生器(22)、固定装置和检测模块(23)；

所述磁场发生器(22)用于产生磁场；

所述磁场发生器(22)通过固定装置固定套设在电动机构(1)的输出转轴(3)的外端，并与输出转轴(3)同轴转动；

所述检测模块(23)固定设置于电动机构(1)的壳体上，检测模块(23)包括处理器以及与处理器电连接的若干霍尔传感器(232)，所述霍尔传感器(232)用于检测磁场发生器(22)的磁场变化并产生电脉冲信号，所述处理器用于根据各电脉冲信号判断电动机构(1)的状态。

2.根据权利要求1所述的一种有载分接开关电动机构检测装置，其特征在于：所述磁场发生器(22)的主体为环形，主体上嵌设有(2)k个永磁体(222)，各所述永磁体(222)沿磁场发生器(22)的主体的圆周方向均匀分布，相邻两永磁体(222)的磁极朝向相反，形成k个对极磁场。

3.根据权利要求2所述的一种有载分接开关电动机构检测装置，其特征在于：所述固定装置包括四个夹爪，所述夹爪一端固定于所述磁场发生器(22)的主体内侧壁上，另一端设置有“L”形夹子(224)，通过“L”形夹子(224)夹持在输出转轴(3)的方形钢管外侧壁上。

4.根据权利要求3所述的一种有载分接开关电动机构检测装置，其特征在于：所述夹爪包括导向管(223)、弹性件(225)和“L”形夹子(224)，所述导向管(223)一端固定于所述磁场发生器(22)的主体内侧壁上，且内部空心设置；所述弹性件(225)放置于所述导向管(223)的内部；所述“L”形夹子(224)远离夹持部的一端滑动套设于所述导向管(223)的内部。

5.根据权利要求1所述的一种有载分接开关电动机构检测装置，其特征在于：所述检测模块(23)的主体为圆环形，所述处理器和各所述霍尔传感器(232)固定设置在检测模块(23)的主体内，且各所述霍尔传感器(232)沿检测模块(23)的主体的圆周方向均匀分布；所述检测模块(23)的主体靠近电动机构(1)的壳体的一侧设置有若干支撑结构，所述支撑结构包括万向球结(236)和伸缩杆(237)，所述万向球结(236)固定于所述检测模块(23)的主体上，所述伸缩杆(237)一端与万向球结(236)的活动端固定连接，另一端与电动机构(1)的壳体固定连接。

6.一种有载分接开关电动机构的状态检测方法，基于权利要求1～5任一权利要求所述的有载分接开关电动机构检测装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

通过各所述霍尔传感器(232)检测磁场发生器(22)产生的磁场变化，并转换为电脉冲信号输入至所述处理器；

所述处理器根据电脉冲信号变化确定输出转轴(3)的转动起始时间和终止时间；

根据所述输出转轴(3)的转动起始时间和终止时间确定电动机构(1)的单次动作时长；

根据各电脉冲信号的触发时间计算所述输出转轴(3)的转动频率；

通过电动机构(1)的单次动作时长以及输出转轴(3)的转动频率判断电动机构(1)状态是否异常。

7.根据权利要求6所述的一种有载分接开关电动机构的状态检测方法，其特征在于，还包括档位检测步骤，具体如下：

根据各所述霍尔传感器(232)产生的电脉冲信号的顺序确定当前电动机构(1)动作时输出转轴(3)的转动方向；

根据电动机构(1)的初始档位信息和当前电动机构(1)动作时输出转轴(3)的转动方向确定电动机构(1)动作后的档位。

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