CN208538717U - 一种高压隔离刀闸姿态传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压隔离刀闸姿态传感器，高压隔离刀闸姿态传感器可拆卸安装在高压隔离刀闸动触臂上，包括壳体和位于壳体内的欧拉角测量组件；欧拉角测量组件包括用于测量高压隔离刀闸三种欧拉角变化量的6轴姿态传感模块和MCU微控制单元；6轴姿态传感模块和MCU微控制单元连接，用于MCU微控制单元根据6轴姿态传感模块测量的姿态角变化量计算高压隔离刀闸的姿态数据和位移轨迹，并根据姿态数据和位移轨迹判断高压隔离刀闸的分合闸状态；本实用新型通过采用6轴姿态传感模块监测高压隔离刀闸动触臂的姿态角变化量，实现高压隔离刀闸分合闸动作状态的在线监测；结构简单、安装方便且适用于弹簧和非弹簧刀闸结构的高压隔离刀闸。

Description

一种高压隔离刀闸姿态传感器

技术领域

本实用新型涉及高压隔离刀闸状态在线监测装置领域，尤其涉及一种高压隔离刀闸姿态传感器。

背景技术

随着变电站自动化技术的推广，电力输变配电系统的无人值守变电站越来越多。其中，高压隔离刀闸是变电站中非常重要、数量最多的一次设备，对电力系统中执行开合、转换线路、对电力系统进行控制和保护的可操作式电器设备，主要应用于电力高压隔离刀闸的在线分合闸动作的状态监测，适用于电力系统的“一键顺控”中的刀闸状态确认工序。

由于在运行中受周围环境、气候条件、制造设备以及其本身严重超载运行等原因的影响，高压隔离刀闸容易产生机械或电气方面的故障。能否准确监测高压隔离刀闸开合闸是否到位是解决高压隔离刀闸“一键顺控”操作的关键。

目前监测高压隔离刀闸开合闸是否到位的方法主要有：光学法、图像法和测力法。光学和图像法监测设备较贵，安装和维护不方便，测量存在较大的误差。其中测力法最直接，但是测力传感器的应用范围受到局限，仅适用于有压接弹簧的刀闸结构，没有弹簧的刀闸结构难以安装和监测。随着电力系统智能化的发展，市场需要一种结构简单、成本更低、测量准确、安装方便且适用于弹簧和非弹簧刀闸结构的状态监测传感器。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种高压隔离刀闸姿态传感器，解决了现有技术监测高压隔离刀闸开合闸是否到位的装置结构复杂、安装不方便或不适用于非弹簧刀闸结构的高压隔离刀闸的问题。

本实用新型采用以下技术方案实现：

一种高压隔离刀闸姿态传感器，所述高压隔离刀闸姿态传感器可拆卸安装在高压隔离刀闸动触臂上，所述高压隔离刀闸姿态传感器包括壳体和位于壳体内的欧拉角测量组件；

所述的欧拉角测量组件包括用于测量高压隔离刀闸三种欧拉角变化量的6轴姿态传感模块和MCU微控制单元；所述6轴姿态传感模块和MCU微控制单元连接，用于MCU微控制单元根据6轴姿态传感模块测量的姿态角变化量计算高压隔离刀闸的姿态数据和位移轨迹，并根据姿态数据和位移轨迹判断高压隔离刀闸的分合闸状态；所述MCU微控制单元预先置有根据高压隔离刀闸欧拉角变化量得到高压隔离刀闸的姿态数据和位移轨迹的计算模块以及根据姿态数据和位移轨迹判断高压隔离刀闸的分合闸状态的判断模块。

所述欧拉角测量组件为PCB组件，所述的PCB组件包括PCB板、以及安装于PCB板上的6轴姿态传感模块、MCU微控制单元、测试按键开关、监测触发组件和用于为PCB组件供电的电池；监测触发组件与6轴姿态模块连接，用于为6轴姿态传感模块提供启动信号。

所述6轴姿态传感模块包括用于监测高压隔离刀闸姿态数据的6轴姿态MEMS器件和ARM芯片；所述ARM芯片与6轴姿态MEMS器件连接，用于ARM芯片根据监测的姿态数据计算高压隔离刀闸姿态角变化量。

所述6轴姿态MEMS器件包括3轴加速度和3轴陀螺仪探测器件。

所述的PCB组件还包括无线通讯模块和弹簧天线，其中无线通讯模块与MCU微控制单元连接，所述无线通讯模块还通过433MHZ无线通道与外部无线接收设备连接。

所述高压隔离刀闸姿态传感器还包括光能取电组件，所述PCB组件还包括电源管理模块，其中光能取电组件通过导线与电源管理模块电连接。

所述光能取电组件采用DC5V的光伏发电板。

所述高压隔离刀闸姿态传感器还包括CT取电组件，所述CT取电组件包括高导磁金属环、取电线圈、线圈支架和紧固喉箍，其中，所述取电线圈与电源管理模块电连接，且取电线圈安装于线圈支架上，所述线圈支架内设有第一空腔，所述高导磁金属环穿过线圈支架的第一空腔并环绕高压隔离刀闸动触臂，所述高导磁金属环通过紧固喉箍压紧固定。

所述高压隔离刀闸姿态传感器还包括固定支架和电池，所述壳体包括上壳体和下壳体，上壳体与下壳体形成一个具有容纳空间的腔体，其中，光能取电组件安装于上壳体上，所述CT取电组件、PCB组件和电池均安装于上壳体与下壳体形成的腔体内，所述腔体内设有第二空腔，且第二空腔与线圈支架的第一空腔形成套孔结构，所述壳体安装于固定支架上。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供的高压隔离刀闸姿态传感器通过监测高压隔离刀闸动触臂的姿态角变化量来得到当前高压隔离刀闸的姿态数据和位移轨迹，从而判断出当前高压隔离刀闸的分合闸状态；采用6轴姿态传感模块监测高压隔离刀闸动触臂的姿态角变化量，可以精确监测动触臂任意姿态角的变化，从而实现了高压隔离刀闸分合闸动作状态的在线监测；本实用新型是一种结构简单、成本低、测量准确、安装方便且适用于弹簧和非弹簧刀闸结构的状态监测传感器；能适用于没有弹簧的高压隔离刀闸，适用范围广。

同时本实用新型通过无线通讯方式发送到外部的无线接收装置，无需任何单独的通讯线路，与传统的人工刀闸操作监测相比，可靠、稳定、全天候作业、远程监控，实现了无人值守操作，节省人力物力；与视频在线监测相比，体积小巧，重量轻，成本低、安装简单、操作方便；

而且，本实用新型采用两种感应自取电和后备电池供电的综合供电管理模式，保证高压隔离刀闸姿态传感器在高压隔离刀闸分或合的不同稳定状态都可以长期工作。

附图说明

图1为本实用新型一种高压隔离刀闸姿态传感器安装在高压隔离刀闸动触臂上的结构示意图；

图2为本实用新型一种高压隔离刀闸姿态传感器安装在高压隔离刀闸动触臂上的局部示意图；

图3为本实用新型一种高压隔离刀闸姿态传感器的PCB组件的左上侧示意图；

图4为本实用新型一种高压隔离刀闸姿态传感器的PCB组件的右下侧示意图；

图5为本实用新型一种高压隔离刀闸姿态传感器的结构爆炸示意图；

其中：100、高压隔离刀闸姿态传感器；200、高压隔离刀闸动触臂；1、光能取电组件；2、上壳体；3、CT取电组件；4、PCB组件；5、下壳体；6、固定支架；7、电池；8、螺栓螺母；31、取电线圈；32、线圈支架；33、高导磁金属环；34、紧固喉箍；41、PCB板；42、6轴姿态传感模块；43、MCU微控制单元；44、无线通讯模块；45、测试按键开关；46、弹簧天线；47、电源管理模块。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例：

本实用新型提供了一种高压隔离刀闸姿态传感器，为使更好理解本实用新型，现通过实施例对本实用新型进行描述：

实施例1：以一种110KV双柱水平(V形)旋转式隔离刀闸为例作为本实用新型传感器的安装监测对象，请参照图1和图2所示，一种高压隔离刀闸姿态传感器，高压隔离刀闸姿态传感器100可拆卸安装在高压隔离刀闸动触臂200上，高压隔离刀闸姿态传感器100包括壳体和位于壳体内的欧拉角测量组件；欧拉角测量组件包括用于测量高压隔离刀闸三种欧拉角变化量的6轴姿态传感模块42和MCU微控制单元43；6轴姿态传感模块42和MCU微控制单元43连接，用于MCU微控制单元43根据6轴姿态传感模块42测量的姿态角变化量计算高压隔离刀闸的姿态数据和位移轨迹，并根据姿态数据和位移轨迹判断高压隔离刀闸的分合闸状态；MCU微控制单元43预先置有根据高压隔离刀闸欧拉角变化量得到高压隔离刀闸的姿态数据和位移轨迹的计算模块以及根据姿态数据和位移轨迹判断高压隔离刀闸的分合闸状态的判断模块。高压隔离刀闸的分合动作的路径是特定的和固定的轨迹，根据几何学的计算方法，以及高压隔离刀闸的分合动作的路径和轨迹，MCU微控制单元43可根据姿态角变化量，得到高压隔离刀闸的姿态数据以及描绘出高压隔离刀闸的运动轨迹，从而判断出高压隔离刀闸的分合闸状态。

具体的，欧拉角测量组件为PCB组件4，PCB组件4包括PCB板41、以及安装于PCB板41上的6轴姿态传感模块42、MCU微控制单元43、测试按键开关45、监测触发组件和电池7。具体的，监测触发组件安装在PCB板41的侧面上部，用于给6轴姿态传感模块提供一个触发信号。优选的，采用一个超低功耗3轴加速度传感器件作为监测触发组件，当高压隔离刀闸姿态传感器100由静止状态发生任何角度变化或位移时，即发出启动信号，作为实施例，6轴姿态传感模块可同时当作监测触发组件来使用。

具体的，6轴姿态传感模块42包括用于监测高压隔离刀闸姿态数据的6轴姿态MEMS器件和ARM芯片；ARM芯片与6轴姿态MEMS器件连接，用于ARM芯片根据监测的姿态数据计算高压隔离刀闸姿态角变化量。6轴姿态MEMS器件包括3轴加速度和3轴陀螺仪探测器件。优选的，6轴姿态传感模块42采用广州阿路比电子科技有限公司的LPMS-ME1模组型芯片，其内置有姿态角角度算法，直接输出姿态角的变位量。

如图3和图4所示，PCB组件4还包括无线通讯模块44和弹簧天线46，其中无线通讯模块44与MCU微控制单元43连接，无线通讯模块44还通过433MHZ无线通道与外部无线接收设备连接。优选的，弹簧天线46采用弹性铜材制作。无线通讯模块44将姿态角变化量的遥测量和刀闸分合状态的遥信量通过无线通讯通道上传到附近的无线接收装置。从而实现了刀闸分合动作到位状态的在线监测。无线通讯模块44优选的采用频率为433MHz无线通讯模块。

无线通讯模块44将姿态角的变化量的遥测量和刀闸分合状态的遥信量通过无线通讯通道上传到附近的无线接收装置，从而实现了对刀闸分合动作以及分合状态的在线监测。而且，与传统的人工刀闸操作监测相比，通过采用无线通讯方式，而无需其他任何单独的通讯线路，具有可靠、稳定的效果，并能实现全天候作业和远程监控，节省了人力物力。

具体的，测试按键开关45安装在PCB板41的侧面上部，可用于控制高压隔离刀闸姿态传感器100在安装调试时，以及在无线通讯功能测试时的启动和关闭。

请参照图1和图5所示，高压隔离刀闸姿态传感器100还包括光能取电组件1，PCB组件4还包括电源管理模块47，其中光能取电组件1通过导线与电源管理模块47电连接。优选的，光能取电组件1采用DC5V的光伏发电板。

高压隔离刀闸姿态传感器100还包括CT取电组件3，CT取电组件3包括高导磁金属环33、取电线圈31、线圈支架32和紧固喉箍34，其中，取电线圈31与电源管理模块47电连接，且取电线圈31安装于线圈支架32上，线圈支架32内设有第一空腔，高导磁金属环33穿过线圈支架32的第一空腔并环绕高压隔离刀闸动触臂200，高导磁金属环33通过紧固喉箍34压紧固定。为更好的实现本实用新型的效果，高导磁金属环33为坡莫合金材料，制作成薄片条形状，安装时，可环绕多层，取电线圈材料优先选用铜。

通过采用光能取电组件1、CT取电组件3以及电池7作为供电电源，实现了两种自取电和后备电池供电的综合供电管理模式，保证高压隔离刀闸无论是位于分或合的哪种稳定状态，高压隔离刀闸姿态传感器100都可以长期工作。

具体的工作原理是，CT取电组件3、光能取电组件1和电池7通过电源管理模块47进行统一管理，当高压隔离刀闸处于合闸状态并且刀闸有电流经过时，以CT取电组件3的供电方式为主，电池7作为后备电源；当高压隔离刀闸处于分闸状态或刀闸没有电流时，以光能取电供电方式为主，电池7作为后备电源，即当外界环境光照强度大于等于100LM时，光能取电组件1所产生的电能即可独立支持高压隔离刀闸姿态传感器100正常工作。

具体的，高压隔离刀闸姿态传感器100包括固定支架6和电池7，将壳体安装于固定支架6上，壳体具体的包括上壳体2和下壳体5，上壳体2与下壳体5形成一个具有容纳空间的腔体，其中，光能取电组件1安装于上壳体2上，CT取电组件3、PCB组件4和电池7均安装于上壳体2与下壳体5形成的腔体内，腔体内设有第二空腔，且第二空腔与线圈支架32的第一空腔形成套孔结构。

本实用新型高压隔离刀闸姿态传感器的工作原理如下：

高压隔离刀闸姿态传感器100安装在高压隔离刀闸动触臂200上，当高压隔离刀闸动触臂200动作时，高压隔离刀闸姿态传感器100跟随高压隔离刀闸动触臂200同时动作，6轴姿态传感模块42通过监测高压隔离刀闸姿态传感器100的姿态数据，计算出传感器姿态角(姿态角又被称为欧拉角)的变化量，发送到MCU微控制单元43中，MCU微控制单元43根据姿态角变化量和预先设定的数据信息，计算出当前高压隔离刀闸的姿态数据和位移轨迹，判断并给出当前高压隔离刀闸的分合闸状态，为电力系统的“一键顺控”作业提供不同源的第二判据。

具体的，固定支架6上设有两个安装孔，固定支架6通过螺栓螺母8固定安装于高压隔离刀闸动触臂200的安装孔上。通过监测高压隔离刀闸动触臂200的姿态角变化量来得到当前高压隔离刀闸的姿态数据和位移轨迹，从而判断出当前高压隔离刀闸的分合闸状态，可适用于没有弹簧的刀闸型号，适用范围广。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高压隔离刀闸姿态传感器，其特征在于，所述高压隔离刀闸姿态传感器可拆卸安装在高压隔离刀闸动触臂上，所述高压隔离刀闸姿态传感器包括壳体和位于壳体内的欧拉角测量组件；

所述的欧拉角测量组件包括用于测量高压隔离刀闸三种欧拉角变化量的6轴姿态传感模块和MCU微控制单元；所述6轴姿态传感模块和MCU微控制单元连接，用于MCU微控制单元根据6轴姿态传感模块测量的姿态角变化量计算高压隔离刀闸的姿态数据和位移轨迹，并根据姿态数据和位移轨迹判断高压隔离刀闸的分合闸状态；所述MCU微控制单元预先置有根据高压隔离刀闸欧拉角变化量得到高压隔离刀闸的姿态数据和位移轨迹的计算模块以及根据姿态数据和位移轨迹判断高压隔离刀闸的分合闸状态的判断模块。

2.根据权利要求1所述的高压隔离刀闸姿态传感器，其特征在于，所述欧拉角测量组件为PCB组件，所述的PCB组件包括PCB板、以及安装于PCB板上的6轴姿态传感模块、MCU微控制单元、测试按键开关、监测触发组件和用于为PCB组件供电的电池；监测触发组件与6轴姿态模块连接，用于为6轴姿态传感模块提供启动信号。

3.根据权利要求2所述的高压隔离刀闸姿态传感器，其特征在于，所述6轴姿态传感模块包括用于监测高压隔离刀闸姿态数据的6轴姿态MEMS器件和ARM芯片；所述ARM芯片与6轴姿态MEMS器件连接，用于ARM芯片根据监测的姿态数据计算高压隔离刀闸姿态角变化量。

4.根据权利要求1所述的高压隔离刀闸姿态传感器，其特征在于，所述6轴姿态MEMS器件包括3轴加速度和3轴陀螺仪探测器件。

5.根据权利要求2所述的高压隔离刀闸姿态传感器，其特征在于，所述的PCB组件还包括无线通讯模块和弹簧天线，其中无线通讯模块与MCU微控制单元连接，所述无线通讯模块还通过433MHZ无线通道与外部无线接收设备连接。

6.根据权利要求2所述的高压隔离刀闸姿态传感器，其特征在于，所述高压隔离刀闸姿态传感器还包括光能取电组件，所述PCB组件还包括电源管理模块，其中光能取电组件通过导线与电源管理模块电连接。

7.根据权利要求6所述的高压隔离刀闸姿态传感器，其特征在于，所述光能取电组件采用DC5V的光伏发电板。

8.根据权利要求6所述的高压隔离刀闸姿态传感器，其特征在于，所述高压隔离刀闸姿态传感器还包括CT取电组件，所述CT取电组件包括高导磁金属环、取电线圈、线圈支架和紧固喉箍，其中，所述取电线圈与电源管理模块电连接，且取电线圈安装于线圈支架上，所述线圈支架内设有第一空腔，所述高导磁金属环穿过线圈支架的第一空腔并环绕高压隔离刀闸动触臂，所述高导磁金属环通过紧固喉箍压紧固定。

9.根据权利要求8所述的高压隔离刀闸姿态传感器，其特征在于，所述高压隔离刀闸姿态传感器还包括固定支架和电池，所述壳体包括上壳体和下壳体，上壳体与下壳体形成一个具有容纳空间的腔体，其中，光能取电组件安装于上壳体上，所述CT取电组件、PCB组件和电池均安装于上壳体与下壳体形成的腔体内，所述腔体内设有第二空腔，且第二空腔与线圈支架的第一空腔形成套孔结构，所述壳体安装于固定支架上。