CN114924184A - 一种隔离开关分闸状态实时监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力系统一次设备的在线监测技术领域的一种隔离开关分闸状态实时监测装置。其包括金属封装壳、取能电路、以及用于感知隔离开关导电杆姿态的姿态传感器，所述取能电路与姿态传感器封装于所述金属封装壳内，所述金属封装壳能够感应所述隔离开关导电杆周围电场以获取电能；本发明通过取能电路感应隔离开关导电杆周边空间电场实现取能，且取能电路配置有常开型微动开关，以实时感应隔离开关的分闸状态，仅当隔离开关分闸状态下，常开型微动开关闭合，姿态传感器得电，无需额外配置电源，不仅实现了监测装置的自供能，且能够保证姿态传感器监测结果的实时性、可靠性和有效性。
Description
技术领域
本发明涉及一种隔离开关分闸状态实时监测装置，属于电力系统一次设备的在线监测技术领域。
背景技术
隔离开关合闸不到位可能会导致被检修设备带电，为避免给运维人员带来极大的安全隐患，需要对隔离开关的分闸状态进行检测。
目前变电站对高压隔离开关分闸状态主要依赖于人工勘察，虽然部分在线监测方案被提出，如：激光测距技术、开关导电杆弹簧压力监测技术等，但各感知元件的供电问题却难以解决，现有电力设备状态监测装置仍采用电池或太阳能等供能方式，但由于制造成本、气候条件、技术水平、环境保护等客观因素，上述供电方式仍难以实施；另外，当前对于隔离开关导电杆检修采用动作特性测试仪，但这将导致隔离开关定检周期长，难以保证隔离开关监测结果的实时性、有效性与可靠性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种隔离开关分闸状态实时监测装置，无需额外配置电源，能够通过感应空间电场实现自供能，且能够实时监测隔离开关分合闸状态。
为达到上述目的/为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：
一种隔离开关分闸状态实时监测装置，包括金属封装壳、取能电路、以及用于感知隔离开关导电杆姿态的姿态传感器。
所述取能电路与姿态传感器封装于所述金属封装壳内，所述金属封装壳能够感应所述隔离开关导电杆周围电场以获取电能。
所述取能电路至少包括储能电容和常开型微动开关，所述储能电容用于存储所述金属封装壳获取的电能。
隔离开关分闸状态下，常开型微动开关闭合，储能电容通过闭合的常开型微动开关为所述姿态传感器输送电能。
进一步地，所述取能电路还包括DC/DC稳压电路，所述DC/DC稳压电路并联于姿态传感器的输入端。
进一步地，所述储能电容的两端并联有用于将储能电容电压钳制在其耐压范围内的电压钳制电路，所述电压钳制电路包括串联连接的限流电阻和多组齐纳二极管。
进一步地，所述取能电路还包括整流电路，所述整流电路的两输入端分别与隔离开关导电杆、金属封装壳电联，整流电路的输出端与所述储能电容并接。
进一步地，还包括固定机构，所述金属封装壳通过固定机构与隔离开关触指固定连接。
进一步地，所述固定机构包括U型夹紧装置，U型夹紧装置与金属封装壳之间铺设有绝缘层。
进一步地，所述取能电路还包括用于传输姿态传感器所感知信号的天线，所述金属封装壳上开设有供天线传输感知信号的孔洞。
进一步地，所述金属封装壳的侧面对应常开型微动开关处开设有通槽，所述常开型微动开关设于所述通槽内，常开型微动开关的刀闸位于金属封装壳外；隔离开关合闸状态下，隔离开关触头能够通过机械力使常开型微动开关保持常开；隔离开关分闸状态下，隔离开关的触头的机械力移除，常开型微动开关闭合。
进一步地，所述姿态传感器包括加速度传感器、角度传感器中的一种或两种。
进一步地，所述金属封装壳朝向地面的一个侧面设有用于增大金属封装壳对地电容的金属板。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
该隔离开关分闸状态实时监测装置，通过取能电路感应隔离开关导电杆周边空间电场实现取能，且取能电路配置有常开型微动开关，以实时感应隔离开关的分闸状态，仅当隔离开关分闸状态下，常开型微动开关闭合，姿态传感器得电，无需额外配置电源，不仅实现了监测装置的自供能，且能够保证姿态传感器监测结果的实时性、可靠性和有效性；
该隔离开关分闸状态实时监测装置，通过在固定机构与金属封装壳间铺设绝缘层，保障隔离开关与取能电路间建立可靠的绝缘间隙，保证检修人员及电气设备的安全；
该隔离开关分闸状态实时监测装置，采用整流电路与高耐压大容量的储能电容结合的电场取能基本拓扑，通过高压电场的位移电流为取能电路的储能电容充电，以便在隔离开关分闸阶段取能电路能够通过稳压电路为姿态传感器提供所需恒定电压；
该隔离开关分闸状态实时监测装置，可通过在金属封装壳朝向地面的一侧增设用于增大对地电容的金属板，从而提升位移电流大小，以提高电场取能功率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种隔离开关分闸状态实时监测装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的监测装置的安装结构示意图；
图3是本发明图1中取能电路的电路图。
图中：1、隔离开关；101、触指；102、触头；103、弹簧；104、触指座；105、防雨罩；106、导电杆；2、取能电路；201、储能电容；202、限流电阻；203、齐纳二极管；204、整流电路；205、天线；3、固定机构；4、姿态传感器；5、金属封装壳；6、常开型微动开关；7、绝缘层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
本发明提供了一种隔离开关分闸状态实时监测装置，请参阅图1-3， 一种隔离开关分闸状态实时监测装置，包括金属封装壳5、取能电路2、以及用于感知隔离开关1导电杆姿态的姿态传感器4。
所述取能电路2与姿态传感器4封装于所述金属封装壳5内，所述金属封装壳5能够感应所述隔离开关1导电杆周围电场以获取电能。
所述取能电路2至少包括储能电容201和常开型微动开关6，所述储能电容201用于存储所述金属封装壳5获取的电能。
本实施例中，隔离开关1可以为GW4型户外隔离开关，已知的，如图2所示，GW4型户外隔离开关包括触指101、触头102、弹簧103、触指座104、防雨罩105和导电杆106。其中，触指座104用于连接触指101与导电杆106；防雨罩105用于防雨，以此对内侧的触指101、弹簧103等结构起到一个保护的作用；当触头102与触指101接触时，隔离开关导通，实现合闸；在触头102与触指101接触后，弹簧103的弹力能够维持该合闸接触状态。
常开型微动开关6可以选用弧形杠杆型、滚轮杠杆型和按钮型中的任一种。为保证监测结果的实时性、有效性和可靠性，仅当隔离开关1分闸状态下，常开型微动开关6闭合，储能电容201通过闭合的常开型微动开关6为所述姿态传感器4输送电能。具体的，所述取能电路2的常开型微动开关6可以与所述隔离开关1触头102衔接；隔离开关1合闸时触头102机械力作用于常开型微动开关6的传动元件，常开型微动开关6处于常开状态，当隔离开关1分闸时，触头102机械力移除，常开型微动开关6切换至闭合状态，隔离开关1的触头102施加于常开型微动开关6上的各向应力不大于常开型微动开关6最大耐受压力值。
为保证在输入电压波动时输出电压仍能保持基本不变，所述取能电路2还包括DC/DC稳压电路，所述DC/DC稳压电路并联于姿态传感器4的输入端，以为姿态传感器4提供电压稳定的电能。
常开型微动开关6是隔离开关1分闸时取能电路2电能释放的触发装置。如图3所示，常开型微动开关6包括公共端（COM端）与常开端（NO端），常开型微动开关6的公共端与储能电容201的正极相连，常开端与DC/DC稳压电路输入端相连。
为使电流在很大范围变化时能够维持电压基本不变，所述储能电容201的两端并联有用于将储能电容201电压钳制在其耐压范围内的电压钳制电路，所述电压钳制电路包括串联连接的限流电阻202和多组齐纳二极管203。
由于隔离开关的导电杆所导通的电流为交流电，因此金属封装壳5所感应的电场为交变电场，输出的电流也必然为交流电，为了将所取交流电变成直流电压给储能电容201充电，所述取能电路2还包括整流电路204，所述整流电路204的两输入端分别与隔离开关1的导电杆106、金属封装壳5电联，整流电路204的输出端与所述储能电容201并接。
作为本发明的一种实施例，整流电路204可以采用现有的肖特基二极管，四个肖特基二极管可以连接成桥式电路，从而构成桥式整流电路，肖特基二极管的具体型号可以为IDM02G120C5，其耐压为1200V，泄露电流为12μA，能够满足取能电路的需求。但不限于此，整流电路还可以采用其它电路结构。
本实施例中的金属封装壳5可以设置为铝制长方体，其外壳处的六面铝板均作为电场取能的电极板，考虑导电杆动作间隔数十天甚至数百天，采用整流电路204与高耐压大容量的储能电容201结合的电场取能基本拓扑，通过高压电场的位移电流为取能电路2的储能电容201充电，如图3所示，其中金属封装壳5与大地之间存在等效电容C2，金属封装壳5与隔离开关1的导电杆106存在等效电容C1。
取能电路2的取能是这样实现的，金属封装壳5作为电极板从周围的高压电场取电，通过整流电路204将交流电变成直流电给储能电容201充电，实现电能存储；当隔离开关1处于分闸状态时，常开型微动开关6导通，储能电容201通过DC/DC稳压电路为姿态传感器4提供所需恒定电压，姿态传感器4仅在隔离开关1处于分闸状态时通电工作，合闸状态下不工作，不仅能够节约电能，且能够保证检测结果的实时性、有效性和可靠性；其中，CU²/2≥Pt+Wd，C为储能电容201的电容值，U为储能电容201的充电电压，P为姿态传感器4采样和传输信号的功率，t为隔离开关1从隔离开关1的触头102机械力从常开型微动开关6传动元件移除后到合闸完成时所需时间，Wd为DC/DC稳压电路工作耗能。
为了实现金属封装壳5与隔离开关1之间的相对固定，本发明实施例提供的监测装置还配置有固定机构3，所述金属封装壳5通过固定机构3与隔离开关触指101固定连接。
如图2所示，金属封装壳5的嵌入位置可以选为弹簧103与触头102之间；当然，还可以是其它可能的嵌入位置。但需要说明的是，金属封装壳5安装位置不应影响隔离开关1正常分合闸，且不影响弹簧103、触指座104、防雨罩105和导电杆106等器件的正常安装。
如图1所示，在金属封装壳5内部，取能电路2进线口连接固定机构3，取能电路2出线口连接于金属封装壳5内壁。
作为本发明的一种实施例，所述固定机构3包括U型夹紧装置，如图1所示，U型夹紧装置与金属封装壳5之间铺设有绝缘层7，绝缘层7通过塑料螺栓固定于U型夹紧装置与金属封装壳5之间。不限于此，固定机构3还可以是其它类能够实现金属封装壳5与隔离开关1之间衔接的装置，如：可通过螺栓调节的夹紧装置、挂扣等。
为实现姿态传感器4所感知信号的传输，所述取能电路2还包括用于传输姿态传感器4所感知信号的天线205，所述金属封装壳5上开设有供天线205传输感知信号的孔洞。
为实现金属封装壳5内的常开型微动开关6能够与隔离开关1的触头102相配合，所述金属封装壳5的侧面对应常开型微动开关6处开设有通槽，所述常开型微动开关6设于所述通槽内，常开型微动开关6的刀闸位于金属封装壳5外；隔离开关1合闸状态下，隔离开关1的触头102能够通过机械力使常开型微动开关6保持常开；隔离开关1分闸状态下，隔离开关1的触头102的机械力移除，常开型微动开关6闭合。
为实现姿态传感器4对导电杆106姿态的感知，所述姿态传感器4可以选用加速度传感器、角度传感器中的一种或两种。加速度传感器和/或角度传感器能够精准掌控隔离开关1的导电杆106的旋转加速度信息和/或转动角度，并通过天线205进行传输，运维人员随之可以利用上位机将这些信息与历史数据比较，能够判断隔离开关1的导电杆机械结构是否存在卡塞或卡死等现象，方便运维人员提前维护或更换隔离开关轴承座等相关器件。
为增加对地电容，以提升位移电流大小，从而提高电场的取能功率，所述金属封装壳5朝向地面的一个侧面设有用于增大金属封装壳5对地电容的金属板。
综上所述，本发明实施例提供的监测装置将金属封装壳5作为电极板于高压电场中取电，通过取能电路2中的整流电路204将交流电变成直流电，并通过为储能电容201充电实现储能；当隔离开关1分闸时，常开型微动开关6处于常闭状态，取能电路2为姿态传感器4提供所需恒定电压，通过姿态传感器4中能够精准掌控隔离开关1的导电杆的转动角度和/或旋转加速度信息，并通过天线205进行传输，用于判断隔离开关1的导电杆的机械结构是否存在卡塞或卡死等现象，方便运维人员提前维护或更换隔离开关轴承座等相关器件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种隔离开关分闸状态实时监测装置，其特征在于，包括金属封装壳（5）、取能电路（2）、以及用于感知隔离开关（1）导电杆姿态的姿态传感器（4）；
所述取能电路（2）与姿态传感器（4）封装于所述金属封装壳（5）内，所述金属封装壳（5）能够感应所述隔离开关（1）导电杆周围电场以获取电能；
所述取能电路（2）至少包括储能电容（201）和常开型微动开关（6），所述储能电容（201）用于存储所述金属封装壳（5）获取的电能；
隔离开关（1）分闸状态下，常开型微动开关（6）闭合，储能电容（201）通过闭合的常开型微动开关（6）为所述姿态传感器（4）输送电能。
2.根据权利要求1所述的隔离开关分闸状态实时监测装置，其特征在于，所述取能电路（2）还包括DC/DC稳压电路，所述DC/DC稳压电路并联于姿态传感器（4）的输入端。
3.根据权利要求1或2所述的隔离开关分闸状态实时监测装置，其特征在于，所述储能电容（201）的两端并联有用于将储能电容（201）电压钳制在其耐压范围内的电压钳制电路，所述电压钳制电路包括串联连接的限流电阻（202）和多组齐纳二极管（203）。
4.根据权利要求1或2所述的隔离开关分闸状态实时监测装置，其特征在于，所述取能电路（2）还包括整流电路（204），所述整流电路（204）的两输入端分别与隔离开关导电杆、金属封装壳（5）电联，整流电路（204）的输出端与所述储能电容（201）并接。
5.根据权利要求1所述的隔离开关分闸状态实时监测装置，其特征在于，还包括固定机构（3），所述金属封装壳（5）通过固定机构（3）与隔离开关触指（101）固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种隔离开关分闸状态实时监测装置，其特征在于，所述固定机构（3）包括U型夹紧装置，U型夹紧装置与金属封装壳（5）之间铺设有绝缘层（7）。
7.根据权利要求1所述的一种隔离开关分闸状态实时监测装置，其特征在于，所述取能电路（2）还包括用于传输姿态传感器（4）所感知信号的天线（205），所述金属封装壳（5）上开设有供天线（205）传输感知信号的孔洞。
8.根据权利要求1所述的一种隔离开关分闸状态实时监测装置，其特征在于，所述金属封装壳（5）的侧面对应常开型微动开关（6）处开设有通槽，所述常开型微动开关（6）设于所述通槽内，常开型微动开关（6）的传动元件位于金属封装壳（5）外；隔离开关（1）合闸状态下，隔离开关（1）的触头（102）能够通过机械力使常开型微动开关（6）保持常开；隔离开关（1）分闸状态下，隔离开关（1）的触头（102）的机械力移除，常开型微动开关（6）闭合。
9.根据权利要求1所述的一种隔离开关分闸状态实时监测装置，其特征在于，所述姿态传感器（4）包括加速度传感器、角度传感器中的一种或两种。
10.根据权利要求1所述的一种隔离开关分闸状态实时监测装置，其特征在于，所述金属封装壳（5）朝向地面的一个侧面设有用于增大金属封装壳（5）对地电容的金属板。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Lu Yongling Inventor after: Zhu Xueqiong Inventor after: Xue Hai Inventor after: Wang Zhen Inventor after: Hu Chengbo Inventor after: Yang Jinggang Inventor after: Sun Rong Inventor after: Jia Jun Inventor after: Fu Hui Inventor after: Li Shuangwei Inventor after: Liu Ziquan Inventor before: Lu Yongling Inventor before: Zhu Xueqiong Inventor before: Xue Hai Inventor before: Wang Wei Inventor before: Xu Chenjin Inventor before: Ren Hanlin Inventor before: Wang Zhen Inventor before: Hu Chengbo Inventor before: Yang Jinggang Inventor before: Sun Rong Inventor before: Jia Jun Inventor before: Fu Hui Inventor before: Li Shuangwei Inventor before: Liu Ziquan |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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